1. Analise elementar do mecanismo da caixa de velocidades

1.1. Identificar o tipo de engrenagens1.1.1.Conceito de engrenagem

Engrenagens são rodas com dentes padronizados que servem para transmitir movimento e força entre dois eixos. Muitas vezes, as engrenagens são usadas para variar o número de rotações e o sentido da rotação de um eixo para o outro.

Figura 1 – Constituição de uma engrenagem

1.1.2.Tipos de corpos de engrenagem

Figura 2 - Corpo em forma de discocentral

Figura 3 - Corpo em forma de disco com cubo e furo central

Figura 4 - Corpo com 4 furos, cubo e furo central

Figura 5 - Corpo com braços, cubo e furo central

1.1.3. Tipos de engrenagens

Engrenagens Cilíndricas Rectas: Possuem dentes paralelos ao eixo de rotação da engrenagem. Transmitem rotação entre eixos paralelos.

Figura 6 - Engrenagens Cilíndricas Rectas

Engrenagens Cilíndricas Helicoidais: Possuem dentes inclinados em relação ao eixo de rotação da engrenagem. Podem transmitir rotação entre eixos paralelos e eixos concorrentes (dentes helicoidais). A inclinação dos dentes induz o aparecimento de forças axiais.

Figura 7 - Engrenagens Cilíndricas Helicioidais com eixos paralelos

Figura 8 - Engrenagens Cilíndricas Helicoidais com eixos concorrentes

Engrenagens Cónicas: Possuem a forma de tronco de cones. São utilizadas principalmente em aplicações que exigem eixos que se cruzam (concorrentes). Os dentes podem ser retos ou inclinados em relação ao eixo de rotação da engrenagem.

Figura 9 - Engrenagens Cilíndricas Cônicas com dentes helicoidais

Figura 10 - Engrenagens Cilíndricas Cónicas com dentes rectos

Parafuso sem fim – Engrenagem coroa (Sem fim - coroa): O sem fim é um parafuso acoplado com uma engrenagem coroa, geralmente do tipo helicoidal. Este tipo de engrenagem é bastante usado quando a relação de transmissão de velocidades é bastante elevada.

Figura 11 - Parafuso Sem fim - Coroa

Pinhão - Cremalheira: Neste sistema, a coroa tem um diâmetro infinito, tornando-se reta. Os dentes podem ser rectos ou inclinados. O dimensionamento é semelhante às engrenagens cilíndricas rectas ou helicoidais. Na seguinte figura está mostrado um exemplo destas engrenagens. Consegue-se através deste sistema transformar movimento de rotação em translação.

Figura 12 - Engrenagens Pinhão-cremalheira

1.1.4.Nomenclatura

Figura 13 - Nomenclatura das Engrenagens Cilíndricas Rectas

Circunferência Primitiva: É uma circunferência teórica sobre a qual todos os cálculos são realizados. As circunferências primitivas de duas engrenagens acopladas são tangentes. O diâmetro da circunferência primitiva é o diâmetro primitivo (d).

Passo frontal (p): É a distância entre dois pontos homólogos medida ao longo da circunferência primitiva.

Módulo (m): É a relação entre o diâmetro primitivo e o número de dentes de uma engrenagem. O módulo é a base do dimensionamento de engrenagens no sistema internacional. Duas engrenagens acopladas possuem o mesmo módulo. A figura 14 mostra a relação entre o módulo e o tamanho do dente. O módulo deve ser expresso em milímetros.

Passo Diametral (P): É a grandeza correspondente ao módulo no sistema inglês. É o número de dentes por polegada.

Altura da Cabeça do Dente ou Saliência (a): É a distância radial entre a circunferência primitiva e a circunferência da cabeça.

Altura do pé ou Profundidade (b): É a distância radial entre a circunferência primitiva e a circunferência do pé.

Altura total do dente (ht): É a soma da altura do pé com a altura da cabeça, ou seja, ht= a+ b.

Figura 14 - Relação entre Módulo (mm) e tamanho de dente

Ângulo de acção ou de pressão (φ): É o ângulo que define a direcção da força que a engrenagem motora exerce sobre a engrenagem movida. A figura 15 mostra que o pinhão exerce uma força na coroa, formando um ângulo (φ) com a tangente comum às circunferências primitivas (tracejadas na figura).

Figura 15 - Ângulo de acção de duas engrenagens acopladas

Circunferência de base: É a circunferência em torno da qual são gerados os dentes.

1.1.5.Equações Básicas

N é o número de dentes da engrenagem.

O diâmetro da circunferência de base (db) é calculado pela Equação:

Um par de engrenagens onde o pinhão gira com rotação de np rpm e a coroa com rotação

de nc rpm apresenta a seguinte relação cinemática:

1.1.6. Sistemas de Dentes

Um sistema de dentes é um padrão, normalizado, onde todas as dimensões de uma engrenagem são fixadas em função do módulo. A Tabela 1 mostra as dimensões para

ângulos de ação de 20, 22½ e 250

.

Tabela 1- Padrões de dentes para engrenagens cilíndricas rectas (m = módulo)

Módulos padronizados (mm): 0,2 ≤ m ≤ 1,0

Variação: 0,1 mm 16,0 ≤ m ≤ 24,0

Variação: 2,0 mm

1,0 ≤ m ≤ 4,0

Variação : 0,25 mm 24,0 ≤ m ≤ 45,0

Variação: 3,0 mm

4,0 ≤ m ≤ 7,0

Variação: 0,5 mm 45,0 ≤ m ≤ 75,0

Variação: 5,0 mm

7,0 ≤ m ≤ 16,0

Variação : 1,0 mm

Módulos mais usados: 1 – 1,25 – 1,5 – 2 – 2,5 – 3 – 4 –5 –6 –7 – 8 – 10 – 12

16 – 20 – 25 – 32 - 40 – 50 mm.

Segunda Escolha: 1,125 – 1,375 – 1,75 – 2,25 – 2,75 – 3,5 – 4,5 – 5,5 – 7 –9 – 11

– 14 - 18 – 22 – 28 – 36 – 45 mm.

1.2. Engrenagem da caixa de velocidades do Kart

A caixa de velocidades do kart em estudo tem três engrenagens, estas engrenagens são cónicas com dentes rectos. Uma delas é o designado pinhão de ataque, as outras 2 são exactamente iguais, estão colocadas paralelamente uma outra à outra e estão concorrentes em relação ao pinhão de ataque, tal como se pode verificar na figura 16.

Com as duas engrenagens opostas, facilmente se percebe que o Kart tem apenas 2 mudanças, sendo uma delas para colocar o Kart a rodar para a frente e a outra para rodar para trás.

Figura 16 - Caixa de velocidades do Kart

1.2.1.Dimensões das engrenagens da caixa de velocidades

(Ver e colocar os desenhos/modelação e as dimensões das engrenagens)Figura 17 - Engrenagem motora (pinhão de ataque)

Figura 18 - Engrenagem Movida

2. Relação de transmissão para as diferentes velocidades (entre a entrada e a saída da caixa)

2.1. Conceito de relação de transmissão

Os conjuntos formados por polias e correias e os formados por engrenagens são responsáveis pela transmissão da velocidade do motor para a máquina.Geralmente, os motores possuem velocidade fixa. No entanto, esses conjuntos transmissores de velocidade são capazes também de modificar a velocidade original do motor para atender às necessidades operacionais da máquina.

Assim, podemos ter um motor que gire a 600 rotações por minuto (rpm) movimentando uma máquina que necessita de apenas 60 rotações por minuto.Isso é possível graças aos diversos tipos de combinações de polias e correias ou de engrenagens, que modificam a relação de transmissão de velocidade entre o motor e as outras partes da máquina.

2.2. Rotações por minuto

A velocidade dos motores é dada em rpm. Esta sigla quer dizer rotação por minuto. Como o nome já diz, a rpm é o número de voltas completas que um eixo, ou uma polia, ou uma engrenagem dá durante um minuto.

A velocidade fornecida por um conjunto transmissor (através de engrenagens) depende da relação entre o numero de dentes das engrenagens. Engrenagens com o mesmo número de dentes apresentam a mesma rotação.

Figura 19 - Engrenagens com igual nº de dentes

Engrenagens com números diferentes de dentes apresentam mais ou menos rpm, dependendo da relação entre o menor ou o maior número de dentes das engrenagens motora e movida, tal como se pode verificar nas figuras 19 e 20.

Figura 20 - Engrenagens com nº diferente de dentes

Figura 21 - Engrenagens com nº diferente de dentes

Essa relação pode ser expressa matematicamente:

i=Z 2Z 1

=N 2N 3

Onde:

i=Relação de transmissão

Z1=Númerode dentes daroda dentadamotora ( pinhãode ataque)

Z2=Número dedentes daroda dentadamovida

N 2=Númerode rotaçõesna poliamotora(rpm)

N 3=Númerode rotaçõesna poliamovida(rpm)

2.3. Relação transmissão na caixa de velocidades do Kart

Pelos dados fornecidos pelo construtor do motor temos que o motor roda a 3100 rpm. Através da aplicação da formula da relação transmissão é possível calcular o número de rotações no pinhão de ataque ou engrenagem motora e nas engrenagens movidas, então temos:

Rotações no motor = 3100 rpm Rotações no pinhão de ataque ou engrenagem motora = 790,20 rpm Rotações nas engrenagens movidas = 243.13 rpm

Para saber as rpm nas engrenagens movidas tem-se que calcular as rpm desde o motor. Os cálculos efectuados para chegar a estas rotações são apresentados no ponto 2.3.1..

2.3.1.Calculos para a relação transmissãoi) Rpm Motor – Rpm eixo do pinhão de atque

i=d 2d 1

= N 1N 2

=15,33,9

=3100N 2

Então,

N 2=3,9∗310015,3

=790,20 rpm

ii) Rpm eixo do pinhão de atque – Rpm engrenagens movidas

i=Z 2Z 1

=N 2N 3

=6520

=790,20N 3

Então,

N 3=20∗790,2065

=243,13 rpm

3. Veios na caixa de velocidades (apoios/chumaceiras, enchavatamento)

4. Lubrificação na caixa de velocidades