SEM Aula 9 Engrenagens e Trens de Engrenagens

Apresentação em tema: "SEM Aula 9 Engrenagens e Trens de Engrenagens"— Transcrição da apresentação:

1 SEM0104 - Aula 9 Engrenagens e Trens de Engrenagens
Prof. Dr. Marcelo Becker SEM - EESC - USP

2 Sumário da Aula Introdução Software TEPiciclo (Visual Basic 5.0)
Representações Cinemática e Análise de Torque Montagens Transmissões Veiculares Software TEPiciclo (Visual Basic 5.0) Exemplos EESC-USP © M. Becker 2009

3 Introdução Trens de Engrenagens
Tipos: Simples: 1 engrenagem / eixo Compostos: 2 ou + engrenagens / eixo Planetários: elemento de suporte Simples Composto Planetário c c EESC-USP © M. Becker 2009

4 Introdução Trens de Engrenagens Planetárias
Anular Solar Planeta Braço EESC-USP © M. Becker 2009

5 Introdução Trens de Engrenagens
Elemento Fixo: Braço Solar SH Planeta Anular Elemento Fixo: Anular Solar SH Planeta Braço Elemento Fixo: Solar Braço SH Planeta Anular SAH SAH SH SH EESC-USP © M. Becker 2009

6 Introdução Trens de Engrenagens Planetárias
Histórico Leonardo da Vinci: 1.500 FORD T: 1908 a 1927 Hoje em dia… Carruagem Chinesa: a.C. Arquimedes: 212 a.C. EESC-USP © M. Becker 2009

7 Introdução Trens de Engrenagens Planetárias
Carruagem Chinesa (2.634 a.C.) Imperador Huang Di (China) EESC-USP © M. Becker 2009

8 Introdução Trens de Engrenagens
Carruagem Chinesa (2.634 a.C.) Diferencial Automotivo EESC-USP © M. Becker 2009

9 Introdução Trens de Engrenagens
                                                                                                                                                 EESC-USP © M. Becker 2009

10 Introdução Trens de Engrenagens Planetárias
2 GDL Alta Complexidade Cinemática “Difícil de Entender” Permanentemente Engrenado Alta Confiabilidade Compacto Alta Redução / Multiplicação Adição ou Divisão de Torque Múltiplas RTs EESC-USP © M. Becker 2009

11 Introdução TEPs Engrenagens Cilíndricas ou Cônicas TEP Básico
ZA>ZS ZA=ZS Engrenagens Cilíndricas ou Cônicas TEP Básico TEP Simples TEP Ligado EESC-USP © M. Becker 2009

12 Introdução TEPs Foco da Aula EESC-USP © M. Becker 2009

13 Sumário da Aula Introdução Software TEPiciclo (Visual Basic 5.0)
Representações Cinemática e Análise de Torque Montagens Transmissões Veiculares Software TEPiciclo (Visual Basic 5.0) Exemplos EESC-USP © M. Becker 2009

14 Representações Representações de TEPs EESC-USP © M. Becker 2009
Esquemática Grafo Funcional Convencionall Corte 3D Juntas e barras Diagrama de Blocos Convencional Nova Canônica I II c P1 AB 12 P 2 S1 a S 1 A 21 B 3 b d Diagrama de Torque EESC-USP © M. Becker 2009

15 Representações EESC-USP © M. Becker 2009 AS C* P BB AS P S P S BB C*
1 BB 12 2 AS C* C*=Carcaça S S 1 P AS 12 BB 2 C* AS 12 P 2 EESC-USP © M. Becker 2009

16 Sumário da Aula Introdução Software TEPiciclo (Visual Basic 5.0)
Representações Cinemática e Análise de Torque Montagens Transmissões Veiculares Software TEPiciclo (Visual Basic 5.0) Exemplos EESC-USP © M. Becker 2009

17 Cinemática Determinação da Rotação de Saída: Velocidade Relativa...
Fixo Razão Básica Out In EESC-USP © M. Becker 2009

18 Cinemática Determinação da Rotação de Saída: Produtórios...
Razão Básica EESC-USP © M. Becker 2009

19 Cinemática Razão Básica Equação Geral 1 TEP Razão Básica
EESC-USP © M. Becker 2009

20 Cinemática 1 TEP TEP 1 Entrada 1 Saída 1 Elem. Fixo entrada saída fixo
(a) (b) (c) 1 Entrada 1 Saída 1 Elem. Fixo (d) (e) (f) EESC-USP © M. Becker 2009

21 Cinemática 1 TEP Equações (a) (b) (c) (d) (e) (f)
EESC-USP © M. Becker 2009

22 Cinemática 1 TEP [>21.833] [1.905; 2.105] [0.955; 1.047]
[0.475; 0.524] [-0.047; 0.045] [-1.105;-0.905] [< ] EESC-USP © M. Becker 2009

23 Cinemática 1 TEP TEP 2 Entradas 1 Saída entrada saída
EESC-USP © M. Becker 2009

24 Cinemática 1 TEP TEP 1 Entrada 2 Saídas saída entrada
EESC-USP © M. Becker 2009

25 Torque 1 TEP Segundo Hsieh: “O torque flui para os engrenamentos ...”
EESC-USP © M. Becker 2009

26 Torque 1 TEP E1 res E2 in out EESC-USP © M. Becker 2009

27 Torque 1 TEP EESC-USP © M. Becker 2009

28 Resultados: aplicando o Método de Gauss
Torque 1 TEP Resultados: aplicando o Método de Gauss EESC-USP © M. Becker 2009

29 Torque 2 TEPs GM Hydra-Matic 440 PGT EESC-USP © M. Becker 2009

30 Torque 2 TEPs EESC-USP © M. Becker 2009

31 Torque 2 TEPs Resultados EESC-USP © M. Becker 2009

32 Sumário da Aula Introdução Software TEPiciclo (Visual Basic 5.0)
Representações Cinemática e Análise de Torque Montagens Transmissões Veiculares Software TEPiciclo (Visual Basic 5.0) Exemplos EESC-USP © M. Becker 2009

33 Número de Eixos Freiados
Montagens Número de Eixos Freiados GDL Número de Conexões EESC-USP © M. Becker 2009 33/81

34 Montagens 1 TEP 6 possíveis montagens (A a F) 6 possíveis posições (1 a 6) Total EESC-USP © M. Becker 2009

35 Montagens 2 TEPs Montagens são uma fç da posição do eixo de saída
24 possíveis montagens (A to D) 6 possíveis posições (PGT I) 6 possíveis posições (PGT II) 864 Montagens EESC-USP © M. Becker 2009

36 Montagens 2 TEPs 11.664 possíveis combinações
Z min Z máx Planeta (Zp) 12 119 Solar (Zs) 226 Anular (Za) 36 250 Za = 2.Zp + Zs possíveis combinações entre “trincas” de dentes de um TEP EESC-USP © M. Becker 2009

37 Montagens 2 TEPs Total: 117.546.246.144 Possíveis Montagens
possíveis combinações TEP I possíveis combinações TEP II 864 possíveis montagens Total: Possíveis Montagens EESC-USP © M. Becker 2009

38 Sumário da Aula Introdução Software TEPiciclo (Visual Basic 5.0)
Representações Cinemática e Análise de Torque Montagens Transmissões Veiculares Software TEPiciclo (Visual Basic 5.0) Exemplos EESC-USP © M. Becker 2009

39 Transmissões Veiculares Ontem
Ford Modelo T ( ) Transmissão Automática Anel Sincronizador BMW Série 7 (2001) Transmissão Automática Transmissões Manuais Fiat Stilo (2008) Transmissão Dual-logic EESC-USP © M. Becker 2009

40 Transmissões Veiculares Hoje
B C D E Motor Embreagem Pedal da Embreagem Caixa de Mudanças Alavanca de Mudanças E D C B A Mercado Nacional EESC-USP © M. Becker 2009

41 Transmissões Automobilísticas Hoje
Mercado Brasileiro: supremacia da Transmissão Manual Mercado Americano: supremacia da Transmissão Automática Mercado Europeu: supremacia da Trans. Automática e Servo-assistida Mercado Asiático: supremacia da Transmissão Automática EESC-USP © M. Becker 2009

42 Transmissões Automobilísticas Amanhã?...
Transmissões CVT (Continuously Variable Transmission) Transmissões Automáticas Transmissões Servo - Assistidas EESC-USP © M. Becker 2009

43 Transmissão Manual Funcionamento Simplificado
Caixa de Transmissão Manual de 5 marchas + Ré Alavanca Garfo Do Motor Para o Diferencial 5a a 3a a1a Ré EESC-USP © M. Becker 2009

44 Transmissão Manual Funcionamento Simplificado
1a marcha 2a marcha 3a marcha 4a marcha 5a marcha marcha ré EESC-USP © M. Becker 2009

45 CVT Polia e Correia Honda Problema: TORQUE EESC-USP © M. Becker 2009

46 CVT Polia e Correia                            VL 300 CVT - Audi EESC-USP © M. Becker 2009

47 CVT Polia e Correia EESC-USP © M. Becker 2009

48 CVT Polia e Correia 1993 Williams FW15C CVT 1968 DAF F3 Rodas Motor
EESC-USP © M. Becker 2009

49 CVTs Spoon Ball and Cone Toroidal EESC-USP © M. Becker 2009

50 CVT Ball and Cone Redução 1:1 Ampliação (a) (b) (c)
EESC-USP © M. Becker 2009

51 CVT Toroidal Problema: Pressão (GPa) EESC-USP © M. Becker 2009

52 CVT Toroidal - LEGO Redução Ampliação Controle Controle Saída Motor
EESC-USP © M. Becker 2009

53 Transmissão Convencional
EESC-USP © M. Becker 2009

54 CVT Toroidal Relação de Transmissão EESC-USP © M. Becker 2009

55 Transmissão Automática
Baseadas em Planetários ANULAR PLANETAS SOLAR EESC-USP © M. Becker 2009

56 Outras Transmissões Cyclo Drive – Sumitomo, Japão
EESC-USP © M. Becker 2009

57 Transmissão Longitudinal Frontal e Traseira Transmissão Automática
Tendência Atual Atualmente a tendência na Indústria Automobilística é, em função dos Torques (Gerhard Wagner - ZF): Motor Longitudinal Frontal Tração Traseira Motor Transmissão Longitudinal Frontal e Traseira Torque Transmissão Manual Transmissão Automática < 180 N.m 5 marchas CVT N.m 6 marchas > 350 N.m EESC-USP © M. Becker 2009

58 Transmissão Transversal Frontal e Traseira Transmissão servo-assistida
Tendência Atual Motor Transversal Frontal Tração 4-Rodas Motor Transmissão Transversal Frontal e Traseira Torque Transmissão Manual Transmissão servo-assistida Transmissão Automática < 180 N.m 5 marchas CVT N.m - > 350 N.m 5 e 6 marchas EESC-USP © M. Becker 2009

59 Transmissões Veiculares Transmissão Automática
Diferencial EESC-USP © M. Becker 2009

60 Transmissões Veiculares Caixa GM HIDRA-MATIC THM – 440 PGT
F3 F2 F1 E1 EESC-USP © M. Becker 2009

61 Transmissões Veiculares Caixa GM HIDRA-MATIC THM – 440 PGT
saída E1 entrada S1 A1 B2 S2 F1 I II B1 A2 F2 E2 F3 entrada EESC-USP © M. Becker 2009

62 Transmissões Veiculares Caixa GM HIDRA-MATIC THM – 440 PGT
saída E1 entrada S1 A1 B2 S2 F1 I II F2 B1 A2 M RT:1 E1 E2 F1 F2 F3 1a 2,92 X 2a 1,57 3a 1,00 4a 0,71 ré -2,38 E2 F3 entrada Zs Zp Za TEP I 26 18 62 TEP II 42 16 74 EESC-USP © M. Becker 2009

63 Transmissões Veiculares Transmissão Automática
BMW 7 Series Sedan EESC-USP © M. Becker 2009

64 Transmissões Veiculares Transmissão Automática
ZF 6HP26 1a Transmissão 6-marchas para automóveis em série fabricada no mundo 1a 2a 3a 4a 5a 6a ré 4,17 2,34 1,52 1,14 0,86 0,69 -3,40 RT EESC-USP © M. Becker 2009

65 Transmissões Veiculares Caixas ZF
ZF 6HP26 Embreagens e Freios Planetário 1 Planetário 2 Conversor de Torque EESC-USP © M. Becker 2009

66 Transmissões Veiculares Caixas ZF
EESC-USP © M. Becker 2009

67 Sumário da Aula Introdução Software TEPiciclo (Visual Basic 5.0)
Representações Cinemática e Análise de Torque Montagens Transmissões Veiculares Software TEPiciclo (Visual Basic 5.0) Exemplos EESC-USP © M. Becker 2009

68 Software TEPiciclo SÍNTESE: Número de Dentes Razão Básica Transmissão
EESC-USP © M. Becker 2009

69 Sumário da Aula Introdução Software TEPiciclo (Visual Basic 5.0)
Representações Cinemática e Análise de Torque Montagens Transmissões Veiculares Software TEPiciclo (Visual Basic 5.0) Exemplos EESC-USP © M. Becker 2009

70 Exemplos 1 TEP Software TEPiciclo – Número de Dentes
Output Position EESC-USP © M. Becker 2009

71 Exemplos 1 TEP Software TEPiciclo – Razão Básica
EESC-USP © M. Becker 2009

72 Exemplos 1 TEP Software TEPiciclo – Transmissão
EESC-USP © M. Becker 2009

73 Relação de Transmissão de -1 : 1
Exemplos 2 TEPs Software TEPiciclo – Transmissão [-1.105;-0.905] Relação de Transmissão de -1 : 1 EESC-USP © M. Becker 2009

74 Exemplos 2 TEPs Software TEPiciclo – Transmissão Pentium III 650 MHz
EESC-USP © M. Becker 2009

75 Exemplos 2 TEPs GM Hydra Matic 440 PGT
Software TEPiciclo – Número de Dentes GM Hydra Matic 440 PGT EESC-USP © M. Becker 2009

76 Cinemática dos Mecanismos M. Becker PUC Minas
Exemplos 1 TEP Software TEPiciclo – Transmissão GM Hydra Matic 440 PGT Gráficos 3D: bI x bII x RT Cinemática dos Mecanismos M. Becker PUC Minas EESC-USP © M. Becker 2009 76/81

77 Exemplos 1 TEP Caixa Simpson Software TEPiciclo – Número de Dentes
EESC-USP © M. Becker 2009

78 Exemplos 1 TEP Software TEPiciclo – Transmissão RTs: 3 :1 1,5 :1 1 :1
Exemplo do Projeto de uma Nova Transmissão Automática RTs: :1 1,5 :1 :1 0,7 :1 -2,5 :1 Tolerância: ± 3% Razão Básica [-0.7; -0.5] TEP II maior que TEP I EESC-USP © M. Becker 2009

79 Exemplos 1 TEP Software TEPiciclo – Transmissão
EESC-USP © M. Becker 2009

80 Sumário da Aula Bibliografia Recomendada EESC-USP © M. Becker 2009

81 Bibliografia Recomendada
Shigley, JE. e Uicker, JJ., 1995, “Theory of Machines and Mechanisms”. MABIE, H.H., OCVIRK, F.W. “Mecanismos e dinâmica das máquinas”. MARTIN, G.H. “Cinematics and dynamics of machines”. NORTON, R. “Machinery dynamics”. Notas de Aula EESC-USP © M. Becker 2009