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Glauco Bueno da Silva

Mecânica Aplicada a Sistemas Automotivos. / NT Editora.

-- Brasília: 2014. 224p. : il. ; 21,0 X 29,7 cm.

ISBN - 978-85-8416-108-9

Sistemas automotivos, engrenagens, eixo cardan, corrente, polia, correia automotiva, molas, hidráulica, sistemas articulados.

AutorGlauco Bueno da SilvaGraduado em Engenharia Mecânica – Universidade de Brasília (UnB), Pós-graduado em Engenharia de Seguran-ça do Trabalho – Instituto Laboro – Universidade Estácio de Sá, Pós-graduado em Docência do Ensino Superior – FACTED Brasília, especialista em gestão de frotas de veículos leves e pesados, desenvolvimento de projetos de revitalização de veículos militares e especiais, gestão de manutenção industrial leve e pesada, consultor autôno-mo nas áreas de segurança do trabalho em altura, segurança de máquinas com foco em oficinas metalúrgicas e mecânicas veiculares pesadas e leves. Experiência como docente das disciplinas de Matemática e Física, níveis fundamental e médio, Dinâmica das Organizações, nível superior, e Formação e Treinamento de CIPAS e Sesmts.

Coautor

Tiago de Bortoli LucianoGraduado em Engenharia Mecânica pelo Centro Universitário do Distrito Federal (UDF). Possui experiência na área de projetos mecânicos civis e militares, com atuação na função de Coordenador de projetos em engenharia mecânica industrial, automotiva e de defesa. Possui conhecimentos e habilidades em controle dimensional, instru-ção e treinamento, formação de diagnósticos e relatórios, estudos de viabilidade técnica (EVTEA). Experiência como docente das disciplinas Cálculo I, II e III e Física de nível superior.

RevisãoNT Editora

Projeto GráficoNT Editora

Editoração EletrônicaNT Editora e Figuramundo

IlustraçãoDino Motta

CapaFiguramundo

NT Editora, uma empresa do Grupo NTSCS Q. 2 – Bl. D – Salas 307 e 308 – Ed. Oscar NiemeyerCEP 70316-900 – Brasília – DFFone: (61) [email protected]

Copyright © 2014 por NT Editora.Nenhuma parte desta publicação poderá ser reproduzida por

qualquer modo ou meio, seja eletrônico, fotográfico, mecânico ou outros, sem autorização prévia e escrita da NT Editora.

LEGENDA

ÍCONES

Prezado(a) aluno(a),Ao longo dos seus estudos, você encontrará alguns ícones na coluna lateral do material didático. A presença desses ícones o ajudará a compreender melhor o conteúdo abor-dado e também como fazer os exercícios propostos. Conheça os ícones logo abaixo:

Saiba MaisEste ícone apontará para informações complementares sobre o assunto que você está estudando. Serão curiosidades, temas afins ou exemplos do cotidi-ano que o ajudarão a fixar o conteúdo estudado.

ImportanteO conteúdo indicado com este ícone tem bastante importância para seus es-tudos. Leia com atenção e, tendo dúvida, pergunte ao seu tutor.

DicasEste ícone apresenta dicas de estudo.

Exercícios Toda vez que você vir o ícone de exercícios, responda às questões propostas.

Exercícios Ao final das lições, você deverá responder aos exercícios no seu livro.

Bons estudos!

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Sumário

1. TECNOLOGIA AUTOMOTIVA ..................................................................................71.1 Definição de componentes, sistemas e integração de sistemas ...................................... 71.2 Apresentação dos principais sistemas automotivos ..........................................................101.3 Definição da integração e interatividade entre os sistemas automotivos .................261.4 Sistemas automotivos para veículos de passeio ..................................................................271.5 Sistemas automotivos para veículos comerciais ..................................................................30

2. ENGRENAGENS ......................................................................................................342.1 Definição e elementos constitutivos ........................................................................................342.2 Princípio da transmissão de energia por engrenagens .....................................................382.3 Elementos definidores de uma engrenagem .......................................................................422.4 Principais tipos de engrenagens................................................................................................442.5 Princípios construtivos ..................................................................................................................492.6 Princípios operacionais .................................................................................................................512.7 Onde se encontram engrenagens em um veículo? ............................................................53

3. EIXO CARDAN ........................................................................................................593.1 Definição e elementos constitutivos ........................................................................................593.2 Princípio da transmissão de energia por torque ..................................................................653.3 Tipos de cardans e suas aplicações ...........................................................................................663.4 Dimensionamento de cardans ...................................................................................................683.5 Juntas e uniões de acoplamento mais comumente usadas ............................................693.6 Princípios construtivos ..................................................................................................................733.7 Onde se encontram cardans e eixos de transmissão em um veículo? .........................74

4. CORRENTES ...........................................................................................................804.1 Definição e elementos constitutivos .......................................................................................804.2 Princípio da transmissão de energia por correntes ............................................................874.3 Correntes de rolos, coroas e seus elementos definidores ................................................894.4 Princípios construtivos ..................................................................................................................934.5 Princípios operacionais .................................................................................................................944.6 Onde se encontram correntes em um veículo? ...................................................................99

5Administração Mercadológica

5. CORREIAS E POLIAS ........................................................................................... 1045.1 introdução .......................................................................................................................................1045.2 Definição e elementos constitutivos ......................................................................................1055.3 Princípio de transmissão de energia entre correias e polias .........................................1105.4 Tipos de polias e suas associações aos tipos de correias ................................................1145.5 Princípios construtivos de polias e de correias ...................................................................1215.6 Princípios operacionais ...............................................................................................................1225.7 Onde se encontram correias e polias em um veículo? ....................................................126

6. MOLAS ................................................................................................................. 1326.1 Definições e elementos constitutivos ....................................................................................1326.2 Princípio de transmissão de energia na mola .....................................................................1386.3 Tipos de molas e suas aplicações ............................................................................................1426.4 Princípios construtivos ................................................................................................................1526.5 Princípios operacionais ...............................................................................................................1546.6 Onde se encontram molas em um veículo? ........................................................................154

7. SISTEMAS HIDRÁULICOS .................................................................................. 1627.1 Definição de sistema hidráulico ...............................................................................................1637.2 Princípio de transmissão de energia por fluidos hidráulicos ........................................1707.3 Tipos de sistemas hidráulicos ...................................................................................................1807.4 Princípios construtivos ................................................................................................................1817.5 Princípios operacionais ...............................................................................................................1847.6 Onde se encontram sistemas hidráulicos em um veículo? ............................................187

8. SISTEMAS ARTICULADOS ................................................................................. 1978.1 Definição de sistemas articulados ...........................................................................................1978.2 Princípio da transmissão de energia em sistemas articulados .....................................2048.3 Onde encontramos elementos articulados em veículos? ..............................................208

GLOSSÁRIO ............................................................................................................. 219

BIBLIOGRAFIA ........................................................................................................ 224

APRESENTAÇÃO

6 NT Editora

Seja bem-vindo ao curso de mecânica aplicada a sistemas automotivos, ao longo das lições você irá aprender mais sobre os conjuntos mecânicos que compõem um veículo, seus princípios cons-trutivos e operacionais.

Ao final do curso, você será capaz de identificar através do formato, funcionamento ou dos efeitos produzidos por alguns dos itens presentes em boa parte dos sistemas mecânicos automotivos, a serem eles: Engrenagens, eixos cardan, correntes, correias e polias, molas, sistemas hidráulicos e sistemas articulados. Você também conhecerá os princípios físicos que regem a construção e a funcio-namento de cada um desses itens.

Não perca tempo! Aproveite esta oportunidade para adquirir e consolidar os seus conhecimentos, é de extrema importância sua dedicação e organização para realizar seus estudos, não esqueça que você também deverá responder aos questionários ao final de cada lição para verificar seu aprendizado.

Bons estudos,

Glauco Bueno

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7Mecânica Aplicada a Sistemas Automotivos

1. TECNOLOGIA AUTOMOTIVA

Objetivos

Nesta lição, você irá conhecer os conceitos básicos para entendimento dos sistemas automotivos e a diferenciação entre componentes, sistemas e integração de sistemas, também serão apresen-tados a você os principais sistemas automotivos

que constituem um veículo, bem como ocorrem o funcionamento em conjunto desses sistemas.

Vamos lá!

1.1 Definição de componentes, sistemas e integração de sistemas

Olá, este é nosso tópico introdutório e nele trataremos sobre os conceitos básicos da Tecnologia Automotiva. Primeiramente, devemos entender o que é um “componente”, este nome tão utilizado no dia a dia dos profissionais ligados às áreas afins do segmento automotivo tem definição denotativa como sendo “algo que entra na composição de alguma coisa”, ou seja, o componente é cada um dos elementos que entram na composição de um corpo, conjunto ou sistema.

Observe a figura 1.1 e vejam alguns exemplos de componentes automotivos:

Figura 1.1 – Exemplos de componentes (Engrenagens, polias e eixo cardan).

Componente: elemento unitário.

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Outro termo de relevância conceitual e que se mostra muito empregado é o de “integração”, que podemos definir como agrupamento de componentes que configurem uma estrutura funcio-nal visando uma atividade distinta, por exemplo, o motor de um veículo conta com a integração de uma série de componentes (arvore de manivelas, bielas, bicos injetores etc.) que juntos cumprem o objetivo de converter a energia térmica do combustível em energia mecânica, que será utilizada para produzir o movimento do veículo. A figura 1.2 indica alguns componentes do sistema de motorização.

Figura 1.2 – Exemplo de um sistema de motorização.

Pois bem, com esses dois novos conhecimentos, estamos aptos a entender a definição de “sistema”!

Um sistema pode ser visto como uma reunião de componentes que de algum modo, mecânico ou elétrico, estabelece a comunicação entre cada componente (peças) separados ou já integrados, com a combinação das melhores características individuais de cada uma delas, de modo a resultar na produção de um efeito conjunto que os componentes não alcançariam de maneira isolada.

Você sabia que os sistemas também po-dem ser integrados?

Biela: elemen-to de ligação entre o pistão e o eixo do virabrequim (ou eixo de manivelas).

Peça: ele-mento que se aplica na montagem de um sistema automotivo.

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A integração da qual estamos falando é a conexão, interligação ou comunicação de montagem e operacional entre sistemas diferentes, visando objetivo comum.

Como exemplo de sistema integrado de sucesso, podemos citar o automóvel que, como mostra a figura 1.3, conta com o trabalho conjunto de uma série de componentes, que quando integrados em harmonia, resultam no produto final que conhecemos.

Figura 1.3 – Exemplo de integração de sistemas.

OK, vamos conferir o que você aprendeu até agora?

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Até aqui você conheceu os conceitos de componente, integração e sistemas, então, sem hesitar responda à pergunta abaixo:

Exercitando o conhecimento...

Classifique numerando de 1 a 3 a ordem correta na qual devem ser avaliados os siste-mas antes de suas integrações:

( ) Componente – peça isolada.

( ) Sistema – conjunto de componentes atuando para geração de um efeito específico.

( ) Integração – comunicação entre os componentes e sistemas.

...

Resp. 1, 3, 2. Muito bom!

Você já está compreendendo os conceitos base para prosseguir no estudo, mesmo tendo a ideia que peça, componente e sistema parecem ser a mesma coisa, você verá que não são. Vamos caminhar mais um pouco!

Saiba Mais!

A palavra SISTEMA também é utilizada para descrever estruturas sociais, econômicas e modos de pensamento, sua aplicação está intimamente ligada a forma como se organiza algum assunto.

Agora que você conhece os conceitos básicos para prosseguir no estudo dos componentes, sua integração e a identificação dos sistemas, que em nosso estudo estarão voltados a segmento automotivo.

Vamos em frente!

1.2 Apresentação dos principais sistemas automotivosO grupo de produtos formado por carros de passeio, caminhões, ônibus, motocicleta ou qual-

quer outro veículo que se mova sobre rodas e transporte pessoas ou cargas em estradas; caracterizam o segmento automotivo da indústria, logo, os sistemas voltados a composição de cada um desses veículos também são classificados como automotivos, melhor falando, “Sistemas Automotivos”.

Existem inúmeros sistemas mecânicos que não necessariamente são automotivos, sistemas in-dustriais pneumáticos, hidráulicos, de transmissão, filtragem e elétricos por exemplo.

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Parece complicado?Na verdade não é!

Trata-se da aplica-ção do conceito de

“Partes do Todo”

As Partes são os Sistemas Automotivos que integrados compõem o veículo que é o Todo. Para entender melhor imagine o gráfico pizza abaixo, onde cada fatia representa um dos sistemas automo-tivos e todas elas juntas formam uma pizza completa que em nosso estudo é um veículo.

Podemos analisar a pizza inteira ou cada uma das partes que a compõe.

Figura 1.4 – Gráfico pizza para entendimento de partes e todo.

Um dos principais motivos para dividir um veículo em sistemas é justamente poder avaliar o efeito que cada parte tem sobre o todo, ou seja, entender como cada sistema automotivo atua para o funcionamento do veículo.

Vencida a etapa das terminologias vamos passar a conhecer os principais sistemas automotivos constituintes dos veículos que conhecemos.

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Visando melhor compreensão dos Sistemas Automotivos, iremos separá-los em grupos e apre-sentar breve explicação sobre cada um deles.

Antes de prosseguirmos vamos verificar a fixação de alguns conceitos.


Em relação aos sistemas automotivos é correto afirmar que:

a) podem ser analisados em separado ou após estarem integrados, sendo que separa-dos avalia-se o estado, integrados avalia-se os efeitos que provocam.

b) não importa o critério utilizado para realizar qualquer análise.

c) não exibem os conceitos de integração que caracterizam qualquer sistema

...

Muito bom!

Nesse ponto tenho que fazer uma pequena observação, a ideia de avaliar os sistemas inte-grados ou separados reside numa necessidade simples.

Quando em funcionamento, estão integrados, ou seja, operam simultaneamente produ-zindo resultados positivos, ou, manifestando inconvenientes (defeitos), no momento em que formos atuar sobre um componente defeituoso, localizado em um sistema específico, o estare-mos fazendo analisando esse sistema em separado dos demais.

Aqui também vale a antiga máxima, unidos no sucesso, separados nos problemas para nos reunirmos no sucesso outra vez. Traduzindo... Quando tudo está bem, somos sistemas integra-dos, quando ocorrer um problema, você será um sistema em separado até ser reparado para reintegrar a operação de todos os sistemas.

Vamos em frente!

Motor

Olá, nesse tópico apresentaremos as informações sobre motores de combustão interna, um dos sistemas automotivos mais complexos e com maiores variações construtivas e de aplicação.

O motor é um dispositivo que converte outras formas de energia em energia mecânica, de modo a induzir movimento a uma máquina ou, no nosso caso, a um veículo. Ele é o gerador de energia motriz para o veículo.

Os motores também são conhecidos como “máquinas térmicas”, pois realizam conversão de calor, proveniente da queima da mistura ar combustível, em trabalho (energia de movimento).

Em um motor de combustão interna a queima do combustível (seja o álcool, gasolina, diesel, biodiesel ou gás natural veicular) dentro dos cilindros do motor gera a movimentação de seus pistões, que por sua vez acionam o virabrequim a partir de onde será acoplada embreagem e caixa de câmbio para transferência de movimento ao eixo das rodas.

Energia mo-triz: energia que gera movimento.

Cilindros: elementos formatados no bloco do mo-tor, também conhecidos como câmara de combustão e câmara de explosão.

Virabrequim: eixo interno ao motor ao qual são conecta-das as bielas.

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Abaixo, segue um exemplo de vista externa de motor de combustão interna.

Figura 1.5 – Motor diesel modelo OM364.

Se o motor é uma peça compacta, como é considerado um sistema automotivo?

Mesmo sendo uma peça compacta, um motor é resultado da integração de várias peças (com-ponentes), móveis e fixas, como citado no tópico 1, que juntas formam o sistema automotivo motor.

Um motor de combustão interna pode ser classificado em função de seus detalhes constituti-vos e operacionais, a título de informação relacionamos abaixo alguns desses detalhes os quais não serão analisados nesse livro:

• Tipodecombustívelqueutiliza(diesel,gasolina,álcool,gásnatural).

• Alinhamentodosseuscilindros(V,linha,90º,contrapostos,radiais).

• Performance (baixa, média e alta).

• Temposdefuncionamento(quatrooudoistempos).

• Posiçãodeinstalaçãonoveículo(dianteiro,intermediária,traseira).

• Tipodeuso(veicular,estacionárioouindustrial).

• Tipodesistemaalimentação(injeçãodireta,gerenciamentoindireto,cargadireta,carbu-rados etc.).

Performance: rendimento funcional.

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Saiba Mais!

Os primeiros veículos de passeio produzidos eram impulsionados por motores a vapor e não por motores a combustão interna. Originalmente os motores foram concebidos para aplicações industriais e não automotivas.

Vamos verificar o seu aprendizado?


Complete a frase a seguir.

Os motores à combustão interna, também conhecidos como , reali-zam a conversão do , proveniente da de combustí-vel, em (energia de movimento).

...

Resposta:

Os motores a combustão interna, também conhecidos como “máquinas térmicas”, realizam conversão de calor, proveniente da queima do combustível, em trabalho (energia de movimen-to). Você está realmente prestando atenção na lição, na verdade, o motor a combustão interna (ou de combustão interna) é uma das várias modalidades de máquinas térmicas, pois como vimos o que as define é justamente a capacidade de transformação de uma fonte de energia em energia de trabalho.

Alimentação, admissão e escape

O motor para gerar energia é alimentado com um combustível, o qual é misturado com ar, essa mistura é queimada em suas câmaras de combustão liberando em seguida energia em forma de tra-balho (movimento), calor (irradiação) e os resíduos da queima (escape).

Calor: irradia-ção de energia sentida pelo aumento da temperatura.

Combustão: queima da mistura ar combustível.

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O sistema de alimentação é definido pelo conjunto formado pelo tanque de combustível, tubula-ção, filtros e sistema de injeção de combustível nas câmaras de combustão, conforme esquema apresen-tado na figura 1.6, que representa o sistema de alimentação para a um veículo movido a Diesel.

Figura 1.6 – Esquema do sistema de alimentação de combustível para um motor diesel.

O conjunto alimentação acima descrito é então integrado ao

motor, temos como resultado o layout apresentado na figura 1.7.

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Figura 1.7 – Sistema de alimentação integrado a um motor diesel.

Saiba Mais!

Em um projeto de motor a combustão interna os sistemas de alimentação, admissão e escape são considerados críticos para se atingir os objetivos de performance desejados em um motor.

Os sistemas de injeção de combustível variam de layout e funcionamento em função do tipo de combustível utilizado e da finalidade de aplicação do motor, veicular, industrial ou estacionário.


Com base no conhecimento adquirido marque os tipos de combustíveis que podem ser utilizados por motores de combustão interna.

a) Diesel.

b) Gasolina e álcool.

c) Gás natural.

d) Carvão em pedra.

e) Gás refrigerante.

f ) Lenha (madeira).

Admissão: entrada de ar e combustível.

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Muito bem!

Vale a pena lembrar que na verdade a queima acontece pela queima da mistura ar combus-tível, sem descer a detalhes devemos entender combustível como qualquer substância capaz de fornecer energia mediante a ocorrência de um processo físico-químico que no final resulte em trabalho.

O trabalho de que estamos falando não é somente a geração de movimento, também deve-remos considerar o aumento de temperatura, geração de corrente elétrica, aumento de pres-são e outros processos que necessitem o trânsito de energia para que ocorram. Simplificando, o combustível é uma fonte de energia.

Vamos retomar nosso estudo.

Nesse momento faz-se necessário destacar a função do cabeçote, um dos conjuntos que com-põe o sistema motor, ele é responsável pelo gerenciamento da entrada de ar e saída de gases de quei-ma das câmaras de combustão. Realiza essa tarefa através da abertura e fechamento das válvulas de admissão e escape nele instaladas.

Abaixo, segue a figura de um cabeçote com a descrição dos principais itens que o compõem.

Figura 1.8 – Cabeçote e lista de principais componentes.

Cabeçote: subsistema do motor que agrega as válvulas de admissão e escape e rea-liza o controle de entrada de ar e saída dos gases da queima.

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Nos motores a quatro tempos (admissão, compressão, queima e escape) para cada câmara de combustão haverá no mínimo 2 válvulas, uma de admissão outra de escape, instaladas no cabeçote, podendo essa configuração ser alterada em função do conceito de projeto do motor. Outra possibi-lidade para controle de admissão e escape, são as janelas de operação presentes nos motores a dois tempos. Estes temas não serão detalhados nesse livro.

Saiba Mais!

Nos motores a quatro tempos são necessárias duas voltas completas no virabrequim para reali-zar o ciclo, já nos motores a 2 tempos somente 1 volta é necessária para realizar o ciclo.

Abaixo, apresentamos a figura 1.9, na qual estão identificadas as válvulas do cabeçote e como se dão os fluxos de admissão e escape nas câmaras de combustão de um motor quatro tempos, me-lhor falando, as etapas de funcionamento do motor 4 tempos.

Figura 1.9 – Válvulas de admissão e escape em funcionamento no motor 4 tempos.

O sistema de Admissão é composto pelo filtro de ar, tubulação de aspiração, coletor de admis-são, conforme figura abaixo que descreve o circuito de admissão e outros elementos complementares típicos a instalação do conjunto em um motor de quatro tempos.

Escape: saída dos gases de queima.

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Figura 1.10 – Filtro de ar e tubulação de admissão de um motor.

O Sistema de Escape, que expulsa os gases provenientes da queima da mistura ar/ combustível é composto pelo coletor de escape, conjunto de escapamento, sonda e catalizador, conforme figura abaixo.

Figura 1.11 – Sistema de escape.

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Os sistemas de Alimentação e Admissão atuam de forma combinada, um dosa o combustível o outro fornece o ar filtrado, visando propiciar a correta mistura de ar/combustível a ser lançada no interior das câmaras de combustão dos motores para que ocorra a queima da mistura.

O conjunto de escape colhe os gases resultantes da queima, em alguns casos utiliza parte do fluxo de exaustão para acionar turbinas ou sistemas de recirculação, filtra o fluxo em seu catalizador e ainda manda informações para o sistema de alimentação do veículo informando a quantidade de oxigênio não queimado remanescente na mistura de exaustão.

Na carburação, é utilizado o componente chamado carburador. Ele combina o combustível com o ar, gerando uma mistura que chegará a câmara de combustão do motor. Na injeção, a quantidade correta de combustível é injetada individualmente em cada cilindro. Em ambos os casos, o combustí-vel passará pela válvula de admissão.

Após a combustão interna do motor, todos os gases gerados nesse processo são coletados nas saídas dos cilindros por um coletor e eliminados pelo escapamento.


Com base no conhecimento adquirido complete o quadro abaixo.

SISTEMA

a - Escape

b - Admissão

c - Alimentação

FUNÇÃO

( ) Fornece o ar para a câmara de combustão do motor.

( ) Fornece o combustível para a câmara de combustão do motor.

( ) Recolhe o resultado da queima da mistura ar combustível.

...

Resposta: b, c, a.

Muito bem, é necessário fixar a seguinte informação, o cabeçote através das válvulas controla a entrada de ar e saída de gases da queima, o coletor de admissão faz a parte fria, o coletor de escape, a parte quente, em ambos estão conectados ao cabeçote, ou seja, são sistemas gerencia-dos pelo cabeçote. A alimentação é controlada pelo sistema de injeção que fornece combustível em função dos parâmetros instantâneos de funcionamento do veículo.

Voltamos ao conceito de integração de sistemas, podemos visualizar a interdependência entre eles durante o funcionamento, mas lembremos que, caso haja algum inconveniente, os sistemas serão observados separadamente.

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Parabéns por já ter chegado até aqui e vamos em frente!

Embreagem

A embreagem está presente em muitas coisas que você provavelmente vê ou utiliza todos os dias: furadeiras sem fio, motosserras, centrífugas e até mesmo em alguns ioiôs.

Ela é o mecanismo utilizado nos automóveis para conduzir a rotação do motor para as engre-nagens da caixa de velocidades, que por sua vez, irá reduzir ou aumentar a velocidade de rotação e transferi-la para o eixo através do diferencial.

Figura 1.12 – Embreagem.

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Câmbio e diferencial

O câmbio é um dispositivo que utiliza engrenagens que permitem que a relação de transmissão entre o motor e as rodas de acionamento mude à medida que a velocidade do carro aumente ou dimi-nua. Alterna-se as marchas para que o motor se mantenha abaixo do seu limite de rotação, buscando mantê-lo próximo a sua faixa de melhor performance.

Figura 1.13 – Câmbio.

Saiba Mais!

Você sabia que se não houvesse caixa de câmbio no veículo, ou seja, o motor fosse conectado diretamente às rodas, a velocidade do veículo não ultrapassaria 8 (oito) km/h. Isto porque as variações no torque do motor seriam insignificantes.

O diferencial é um dispositivo mecânico que tem a função de transferir e distribuir uniforme-mente o torque aos dois semieixos de um carro. O seu papel torna-se mais visível quando considera-mos o carro em uma curva, conforme mostrado na figura 4.

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Figura 1.14 – Sistema diferencial em uma curva.

Ao efetuarmos uma curva (para a direita, no caso da figura), as rodas esquerda e direita irão percorrer distâncias diferentes, representadas pelos arcos. O diferencial, através de seu conjunto de coroa e planetária, faz com que a roda mais externa rotacione mais rapidamente que a interna, garan-tido uma curva mais suave e segura. Estudaremos com mais detalhamento a construção e forma de atuação desse conjunto nas próximas lições.

Saiba Mais!

O diferencial, também conhecido como coroa, pião e planetárias, podem funcionar impulsio-nando tanto eixos traseiros quanto dianteiros.

Suspensão, direção e freios

A função da suspensão é absorver as irregularidades do terreno advindas do atrito entre os pneus e o solo e manter todas as rodas no chão. Seu conjunto de molas e amortecedores se adapta à transmissão de energia da vibração de base (uma lombada, por exemplo) e à capacidade de aderência do veículo ao solo, fornecendo estabilidade na direção com bom controle e assegurando o conforto dos passageiros. Na figura abaixo, podem ser visualizados a Suspensão a Direção e os freios dianteiros de um veículo.

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Figura 1.15 – Conjunto de Direção, Suspensão e Freios dianteiros.

Quando as pessoas pensam sobre o desempenho de um automóvel, geral-mente vem à cabeça potência, torque

ou aceleração. No entanto, toda a força gerada pelo motor é inútil se o moto-

rista não puder controlar o carro.

É nesse sentido que se percebe a importância da direção. O volante é a conexão entre o condu-tor e a direção de um veículo. Cada movimento de revolução é convertido em movimentos coinciden-tes com as rodas, que se dão por força da caixa de direção que age como um multiplicador de força, exigindo pouco esforço do condutor para alterar a orientação dos pneus.

É fácil perceber que pressionar o pedal de freio faz com que um veiculo reduza progressivamen-te a sua velocidade e está é sua função. Ao pressionar o pedal de freio, ele usa a pressão provocada por seu pé para acionar o fluido que acionará as pinças e cilindros de freio. Como os freios necessitam de uma força muito maior do que você poderia aplicar com seu pé, seu carro precisa multiplicar esta força utilizando a forca de atrito dos pneus e a forca de alavanca. Geralmente, essa multiplicação acontece por ação de um sistema auxiliar chamado de servo freio, hidrovácuo ou bomba de vácuo, assim uma leve pressão sobre o pedal resultará em um grande esforço transmitido aos conjuntos de frenagem.

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Os sistemas de freios têm várias configurações, a tambor nas quatro rodas, a disco nas rodas dianteiras, a disco nas quatro rodas, com sistemas antibloqueio e outras assistências eletro eletrônicas, essas diferenciações não serão tratadas nesse livro.

Abaixo, uma representação de um sistema de freio simples, com disco nas quatro rodas.

Figura 1.16 – sistema de freios a disco nas quatro rodas de um veículo.

Vamos exercitar os conhecimentos adquiridos!


Complete a frase a seguir:

O motor funciona produzindo rotação, a acopla ao volante do motor do veículo e faz com que o funcione e transmita por sua vez energia de movi-mento para o diferencial e este para as do veículo.

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Resposta:

O motor funciona produzindo rotação, a embreagem acopla ao volante do motor do veí-culo e faz com que o câmbio funcione e transmita por sua vez energia de movimento para o diferencial e este para as rodas do veículo.

Muito bem!

Não há força que não precise de controle para construção de algo positivo!

A frase não é estranha! Não é mesmo! Chega a ser um conceito óbvio.

O motor gera a força, a embreagem realiza o acoplamento entre ele e a caixa de câmbio, que controla a transmissão de energia para as rodas. A força sobre controle gerando resul-tado positivo.

Voltemos aos estudos!

Elétrica e eletrônica embarcada

Que o veículo moderno está repleto de sistemas eletrônicos e comandos computadorizados, você já deve saber, a eletrônica embarcada é a eletrônica desenvolvida para uma aplicação móvel, como automóveis, aviões etc.

A eletrônica vem se mostrando cada vez mais presente, pois boa parte dos automóveis já sai de fábrica com injeção eletrônica, painéis digitais, freio ABS (antiblocante), alarmes, e muitos outros equipamentos em todas as partes do mundo.

Em carros tradicionais, a eletrônica controla quase tudo na parte mecânica e elétrica dos carros e em veículos híbridos ela controla praticamente toda a parte mecânica e elétrica.

O Sistema elétrico de um carro é alimentado por uma bateria recarregável que extrai sua força do motor, que atua como um gerador. A bateria é usada para ligar o carro, fornecendo o movi-mento inicial do motor e alimentação de itens como a bomba de combustível e motor de arranque. A Bateria de um carro também é usada para alimentar os faróis, rádio, medidores de painel, piscas e uma série de sensores de segurança. A maioria dos carros também têm usos adicionais para o sistema elétrico de potência, como janelas automáticas ou fechadura. Todos esses itens elétricos são ligados à bateria com uma série de fusíveis, garantindo que o sistema elétrico pode continuar a funcionar mesmo se uma parte falhar.

1.3 Definição da integração e interatividade entre os sistemas automotivos

Integração é a união dos componentes que gera os sistemas, interatividade é como ocorre o funcio-namento do veículo, bem como participa cada um dos sistemas automotivos durante esse funcionamento.

Fazer com que todos os sistemas atuem de forma “integrada”, gerando os melhores rendimen-tos, conforto, economia, segurança e durabilidade possíveis, é o que diferencia as marcas e modelos

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de veículos de passeio e utilitários. Conseguir a melhor resposta dos sistemas automotivos de um veículo, por assim dizer, define e diferencia o produto final.

As fábricas de automóveis, motos, caminhões e utilitários, projetam sistemas cada vez melhores e aproveitam ao máximo as capacidades de cada um (motor, alimentação, embreagem e câmbio) para criarem um produto final que possa nos auxiliar como um meio de transporte.

Esse esforço levou as industrias a cada vez mais recorrerem a aplicações de eletrônica embarca-da, engenharia de novos materiais, processos de fabricação diferenciados e até mudanças na prática da manutenção de pós-venda, inclusive mudando os antigos conceitos de sistemas automotivos, que se orientavam pela relação de peças e força, mas que agora também levam em consideração as possi-bilidades de controles ativo e passivo de tudo que ocorre em cada sistema.

A figura 1.17 ilustra um modo comum de integração de alguns sistemas automotivos.

Figura 1.17 – Integração dos sistemas automotivos.

1.4 Sistemas automotivos para veículos de passeioNos veículos de passeios a força motriz é dada por motores do ciclo otto (4 tempos) a gasolina,

a álcool, ou mistos (flex). Os sistemas automotivos nessa modalidade privilegiam o conforto, rapidez, economia, baixa vibração e a possibilidade de transporte de um número reduzido de pessoas. Todos os sistemas são dimensionados para operar priorizando a segurança, normalmente atuando em re-giões abaixo dos seus limites operacionais de projeto.

Ciclo otto: referente ao ci-clo termodinâ-mico utilizado pelos motores a explosão de 4 tempos que demandam presença de centelha para queima.

Flex: denomi-nação atribu-ída a veículos que podem utilizar mais de um tipo de combustível.

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Figura 1.19 – Acionando o pedal da embreagem.

O sistema de suspensão, freios e transmissão guardam dimensões e especificações proporcio-nais às cargas a que o veículo está submetido. Destaque-se que os sistemas de injeção de combustível e transmissão têm atualmente um alto nível de desenvolvimento tecnológico, elevando as condições operacionais dos veículos atuais a quase duas vezes e meia se comparado a veículos de dez anos de uso.

Outro aspecto peculiar dos sistemas automotivos para veículos de passeio é o compromisso com o design do veículo, compondo não só um produto de beleza diferenciada, mas um veículo ao mesmo tempo potente, seguro, confortável, econômico e de preço acessível.

Figura 1.18 – Veículo de passeio.

Desta forma, devemos saber que dos sistemas automotivos empregados nos veículos de pas-seio, os motores são responsáveis por gerar potência e torque aos demais componentes do automó-vel, contando com a ajuda dos sistemas de embreagem e câmbio passando pela transmissão (eixos cardan e diferencial) para depois transferir e controlar as rotações das rodas motrizes e a equalização das velocidades de giro delas em operações nas curvas, assim propiciando que ao se ligar o motor e acelerar o veículo saia da imobilização ao movimento, utilizando o sistema de freios para diminuir a velocidade do veículo ou imobilizá-lo quando necessário.

A embreagem tem a função de conectar e desconectar o motor a caixa de marchas de maneira suaves e preci-sas. Ela se acopla ao volante do motor que gira à mesma velocidade que o virabrequim. Quando você pressiona o pedal da embreagem, figura 1.19, o motor e a transmissão ficam desco-nectados, o que faz com que o motor possa girar livremente com o carro em movimento ou parado.

Assim, com a embreagem acio-nada é possível realizar o engrena-mento de marchas do câmbio e, ao soltar o pedal, o motor e o eixo princi-pal da caixa de marchas ficam conec-tados um ao outro, passando ambos a girar na mesma rotação e o automóvel ganha movimento.

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O câmbio tem a função de ajustar as rotações do motor à velocidade requerida pelas rodas, tan-to para mais como para menos, através de variadas combinações de engrenagens que possui em seu interior, é possível permitir uma gama de reduções e multiplicações de forças, o que deixa os conjuntos móveis posteriores à caixa de marcha girando em velocidades diferentes da do virabrequim do motor.

Saiba Mais!

Você sabia que a relação entre a velocidade e a força é indiretamente proporcional, ou seja, se a relação de transmissão escolhida aumenta a velocidade do veículo, você passará a contar com uma menor força, ou o contrário.

Com este raciocínio você estará apto a entender as relações entre os sistemas automotivos de um veículo, por exemplo, se a rotação do eixo principal da caixa de marchas for igual à rotação do eixo que vai para as rodas, a relação de transmissão é de 1:1, da mesma forma, se a rotação do eixo das rodas for de ¼ da rotação que sai do eixo principal do câmbio, a relação de transmissão será de 0,25:1.

Temos também o diferencial que, como estudado, é formado por várias engrenagens e nesta integração de sistemas permite que as rodas de um mesmo eixo girem em velocidades diferentes, o que facilita fazer uma curva, por exemplo.

Ainda não apresentado, temos um sistema de suma importância para a segurança veicular, você imagina do que estamos falando? Do sistema de freios!!!

Todos nós sabemos que ao pressionar o pedal de freio o carro começar a reduzir progressiva-mente sua velocidade. Mas como isso acontece? Como o carro transmite a força do seu pé para as rodas do veículo? Como multiplica a força de modo que seja suficiente para parar um objeto com a massa e dimensões de um automóvel?

Quando o pedal de freio é pressionado, este sistema transmite a força aplicada para as lonas ou discos de freios por meio de um fluido. Como os freios em si requerem uma força muito maior do que você poderia aplicar com seu pé, existem componentes que fazem a multiplicação da força hidráulica.

Saiba Mais!

Você sabia que os freios transmitem a força aos pneus usando o atrito?! E os pneus, por sua vez, transmitem essa força à estrada usando também o atrito?! Através do atrito a energia mecânica do veículo é contida pela superfície estática (estrada) até que o carro possa parar.

Outra curiosidade é que o pedal de freio é projetado de tal maneira que pode multiplicar a força da sua perna diversas vezes antes mesmo que ela seja transmitida ao fluido de freio.

Por fim, temos os eixos cardan, que são instalados em carros com o motor na frente e tração traseira, devemos atentar que os automóveis com motor na dianteira e com tração dianteira ou com o motor atrás e tração nas rodas de trás dispensam o uso do eixo cardan.

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1.5 Sistemas automotivos para veículos comerciaisNos veículos comerciais a força motriz é dada por motores a diesel, com ciclo Diesel. Como não

é o foco deste curso, em outra oportunidade estudaremos os detalhes deste tipo de motor e aprende-remos mais sobre como ele transforma a energia térmica do combustível em energia mecânica para propulsão dos sistemas automotivos.

A figura 1.20 ilustra um veículo comercial da linha pesada, devemos entender que a grosso modo esse tipo de sistema automotivo segue os mesmos princípios que acabamos de estudar nos veículos de passeio, com diferenças principalmente no tipo de motor, que agora passa a apresentar configurações que visam torque.

Figura 1.20 – Veículo comercial.

Os sistemas mecânicos aplicados a veículos diesel têm a mesma concepção de origem, toda-via o objetivo a que se propõem é de carga, ou seja, serem capazes de deslocarem grandes cargas, logo, os sistemas motor, freio, e suspensão naturalmente serão maiores do que os aplicados nos veículos de passeio.

Os motores, que geralmente são alimentados a diesel, têm característica de fornecimento de torque (tração de carga), ao contrário dos do ciclo otto que tem característica de potência (velocida-de); consequentemente, embreagem, câmbio, diferenciais e eixos cardan também estarão projetados para o mesmo fim.

Os sistemas de freios e suspensão continuam a seguir os princípios hidráulicos, contudo, o flui-do utilizado passa ser o ar, constituindo assim, sistemas pneumáticos de frenagem. No caso das sus-pensões, também são aplicadas do tipo a molas, sempre visando à possibilidade de maior capacidade de carga e resistência.

O sistema de transmissão passa a priorizar a alta resistência, e a força no lugar da velocidade. Os chassis são superdimensionados para suportar as solicitações de carga, os pneus são maiores e

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Parabéns,

você finalizou esta lição!

Agora responda às questões ao lado.

em maior quantidade e outra diferença é a reserva de espaço para carga, sendo diferente apenas em ônibus que visam o transporte de pessoas.

Nesses conceitos, devemos saber que toda essa robustez faz com que o custo de produção desses veículos seja muito superior ao dos veículos de passeio.

Parabéns! Você chegou ao final da primeira lição, espero que você

já tenha os conceitos de componentes, sistema e de integração bem fixados; também conheceu um pouco

a respeito dos principais sistemas automotivos que compõem um veículo, como interagem durante o fun-

cionamento do veículo e por que há diferenças entre os sistemas de carros de passeio e os veículos utilitários.

Agora, é hora de conferir tudo o que você aprendeu,

vamos responder o questio-nário de verificação a seguir.

Exercícios

Questão 01 – Qual o significado de tecnologia automotiva?

a) É o ramo comercial voltado para venda de automóveis e caminhões.

b) É o ramo do ensino técnico e de engenharia que estuda os sistemas que compõem os veículos automotivos.

c) É o estudo dos manuais de proprietário dos automóveis.

d) É definida como a técnica aplicada para produção individual de móveis.

Questão 02 – O que significa o termo automotiva (ou automotivo) em nossos estudos?

a) Que anda sozinho.

b) Refere-se aos conjuntos que são instalados em alturas maiores que 2 metros do solo.

c) Aplica-se exclusivamente aos motores alimentados por gasolina.

d) É utilizado para se referir aos sistemas, peças e partes relacionados aos veículos de transporte de passageiros, cargas e os de passeio.

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Questão 03 – Escolha a alternativa que melhor define o conceito de integração.

a) É a reunião de qualquer coisa para qualquer objetivo.

b) É a união de sistemas visando aproveitar as melhores características de cada um para atingir a um objetivo comum, de forma funcional e satisfatória.

c) É a união de sistemas ou conjuntos sem finalidade específica.

d) É a reunião de sistemas única e simplesmente.

Questão 04 – Como podemos imaginar uma escala progressiva de montagem para componentes, sistemas e integração em relação a um veículo automotivo?

a) Componentes, integração de componentes para geração de um sistema individualizado.

b) Sistemas que integrados geram componentes, a integração só dos componentes re-sulta em um veículo.

c) Componentes, sistemas, integração dos sistemas resultando em um veículo completo.

d) Carro, componentes que, após integrados, resultam em um sistema.

Questão 05 – Do que você aprendeu sobre sistemas automotivos escolha a questão correta.

a) A combinação de sistemas automotivos é que gera um veículo; eles podem ser ana-lisados em separado ou integrados.

b) Os sistemas automotivos só podem ser analisados separadamente.

c) Os sistemas automotivos só podem ser analisados após integrados.

d) A integração de sistemas automotivos não prevê o equilíbrio funcional entre eles, tampouco a consecução de um objetivo comum.

Questão 06 – Qual alternativa abaixo melhor descreve um motor de combustão in-terna veicular.

a) É um equipamento que consome combustível.

b) É uma modalidade de máquina térmica que converte a energia do combustível e trabalho, ou seja, em movimento.

c) É uma modalidade de máquina térmica que só funciona com gasolina.

d) É uma modalidade de máquina térmica que só funciona com diesel.

Questão 07 – Qual alternativa apresenta descrição mais adequada aos sistemas de di-reção, suspensão e freios.

a) A direção orienta, a suspensão eleva o carro do solo e os freios param o veículo.

b) A direção orienta a trajetória do veículo, a suspensão atenua as vibrações transmiti-das do solo ao veículo e os freios realizam a redução da velocidade deslocamento e parada do veículo, todas trabalham de forma integrada.

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c) São sistemas que não se comunicam nem se integram durante o funcionamento do veículo em que estão instalados, têm comportamentos independentes e não se integram operacionalmente.

d) Apesar de funcionarem em um mesmo veículo suas funções não se comunicam mui-to menos se integram operacionalmente.

Questão 08 – Os sistemas envolvidos na movimentação e parada de um veículo são respectivamente.

a) Motor movimenta e o freio só para se o motor for desligado.

b) Diferencial movimenta e o motor para o veículo.

c) Motor, câmbio e diferencial movimentam e o freio para o veículo.

d) Câmbio e diferencial movimentam e a redução da caixa sozinha para o veículo.

Questão 09 – Em que ordem podemos imaginar a composição dos sistemas automo-tivos levando-se em consideração a origem da energia de movimento e sua chegada às rodas do veículo?

a) Motor, embreagem, câmbio, cardan, diferencial e rodas.

b) Câmbio, motor, cardan, embreagem e rodas.

c) Diferencial, motor, câmbio, cardan, diferencial e rodas.

d) Nenhuma das alternativas anteriores.

Questão 10 – Existem algumas diferenças entre os sistemas automotivos de veículos de passeio e os de uso comercial (utilitários de carga), em função disso é correto afirmar:

a) Diferem apenas no tipo de combustível utilizado, não havendo qualquer alteração em relação aos demais sistemas.

b) As diferenças residem apenas na suspensão e tipo de pneus utilizados.

c) As diferenças são significativas apenas nos sistemas elétricos, isso em função do tipo de injeção de combustível utilizado por um e outro.

d) Apresentam diferença no tipo de combustível, no tipo de motor, no dimensionamen-to de freios, suspensão, câmbio, chassis, principalmente em função do esforço necessário e das cargas a serem transportadas.

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