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

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

2 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP Introdução Introdução Representações Cinemática e Análise de Torque Montagens Transmissões Veiculares Software TEPiciclo (Visual Basic 5.0) Exemplos Sumário da Aula EESC-USP © M. Becker 20092/81

3 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP Introdução Trens de Engrenagens Tipos: Simples: 1 engrenagem / eixo Compostos: 2 ou + engrenagens / eixo Planetários: elemento de suporte Simples Composto Planetário cc EESC-USP © M. Becker 20093/81

4 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP Anular Solar Planeta Braço Introdução Trens de Engrenagens Planetárias EESC-USP © M. Becker 20094/81

5 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP 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 SH EESC-USP © M. Becker 20095/81

6 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP uArquimedes: 212 a.C. uCarruagem Chinesa: a.C. uLeonardo da Vinci: uFORD T: 1908 a 1927 uHoje em dia… Introdução Trens de Engrenagens Planetárias Histórico EESC-USP © M. Becker 20096/81

7 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP Introdução Trens de Engrenagens Planetárias Carruagem Chinesa (2.634 a.C.) Imperador Huang Di (China) EESC-USP © M. Becker 20097/81

8 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP Introdução Trens de Engrenagens Carruagem Chinesa (2.634 a.C.) Diferencial Automotivo EESC-USP © M. Becker 20098/81

9 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP Introdução Trens de Engrenagens EESC-USP © M. Becker 20099/81

10 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP 2 GDL Alta Complexidade Cinemática Difícil de Entender Permanentemente Engrenado Alta Confiabilidade Compacto Alta Redução / Multiplicação Adição ou Divisão de Torque Múltiplas RTs Introdução Trens de Engrenagens Planetárias EESC-USP © M. Becker /81

11 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP Engrenagens Cilíndricas ou Cônicas u TEP Básico u TEP Simples u TEP Ligado Z A >Z S Z A =Z S Introdução TEPs EESC-USP © M. Becker /81

12 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP Introdução TEPs Foco da Aula EESC-USP © M. Becker /81

13 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP EESC-USP © M. Becker /81 Introdução Introdução Representações Representações Cinemática e Análise de Torque Montagens Transmissões Veiculares Software TEPiciclo (Visual Basic 5.0) Exemplos Sumário da Aula

14 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP Representações EESC-USP © M. Becker /81

15 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP P 1 BB 12 P 2 AS 12 C* C*=Carcaça S 1 AS 12 P 2 S 1 P 1 AS 12 BB 12 P 2 C* Representações EESC-USP © M. Becker /81

16 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP EESC-USP © M. Becker /81 Introdução Introdução Representações Representações Cinemática e Análise de Torque Cinemática e Análise de Torque Montagens Transmissões Veiculares Software TEPiciclo (Visual Basic 5.0) Exemplos Sumário da Aula

17 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP Razão Básica Cinemática Fixo InOut Determinação da Rotação de Saída: Velocidade Relativa... EESC-USP © M. Becker /81

18 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP Razão Básica Cinemática Determinação da Rotação de Saída: Produtórios... EESC-USP © M. Becker /81

19 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP Cinemática Razão Básica Equação Geral 1 TEP Razão Básica EESC-USP © M. Becker /81

20 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP Cinemática 1 TEP 1 Entrada 1 Saída 1 Elem. Fixo TEP fixo entrada saída (a) (b) (c) (d) (e) (f) EESC-USP © M. Becker /81

21 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP Cinemática 1 TEP Equações (a) (b) (c) (d) (e) (f) EESC-USP © M. Becker /81

22 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP [>21.833] [1.905; 2.105] [0.955; 1.047] [0.475; 0.524] [-0.047; 0.045] [-1.105;-0.905] [< ] Cinemática 1 TEP EESC-USP © M. Becker /81

23 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP Cinemática 1 TEP 2 Entradas 1 Saída TEP entrada saída EESC-USP © M. Becker /81

24 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP Cinemática 1 TEP 1 Entrada 2 Saídas TEP entrada saída EESC-USP © M. Becker /81

25 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP Segundo Hsieh: O torque flui para os engrenamentos... Torque 1 TEP EESC-USP © M. Becker /81

26 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP E1E1 E2E2 out in res Torque 1 TEP EESC-USP © M. Becker /81

27 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP Torque 1 TEP EESC-USP © M. Becker /81

28 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP Resultados: aplicando o Método de Gauss Torque 1 TEP EESC-USP © M. Becker /81

29 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP GM Hydra-Matic 440 PGT Torque 2 TEPs EESC-USP © M. Becker /81

30 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP Torque 2 TEPs EESC-USP © M. Becker /81

31 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP Resultados Torque 2 TEPs EESC-USP © M. Becker /81

32 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP Introdução Introdução Representações Representações Cinemática e Análise de Torque Cinemática e Análise de Torque Montagens Montagens Transmissões Veiculares Software TEPiciclo (Visual Basic 5.0) Exemplos Sumário da Aula EESC-USP © M. Becker /81

33 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP 33 GDLNúmero de Eixos Freiados Número de Conexões Montagens EESC-USP © M. Becker /81

34 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP 36 Total 6 possíveis montagens (A a F) 6 possíveis posições (1 a 6). 36 Total Montagens 1 TEP EESC-USP © M. Becker /81

35 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP 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 Montagens 2 TEPs EESC-USP © M. Becker /81

36 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP Z min Z máx Planeta (Z p )12119 Solar (Z s )12226 Anular (Z a ) possíveis combinações entre trincas de dentes de um TEP Montagens 2 TEPs Z a = 2.Z p + Z s EESC-USP © M. Becker /81

37 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP 864 possíveis montagens possíveis combinações TEP I possíveis combinações TEP II Total: Possíveis Montagens Montagens 2 TEPs EESC-USP © M. Becker /81

38 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP Introdução Introdução Representações Representações Cinemática e Análise de Torque Cinemática e Análise de Torque Montagens Montagens Transmissões Veiculares Transmissões Veiculares Software TEPiciclo (Visual Basic 5.0) Exemplos Sumário da Aula EESC-USP © M. Becker /81

39 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP Transmissões Veiculares Ontem Ford Modelo T ( ) Transmissão Automática Anel Sincronizador Transmissões Manuais BMW Série 7 (2001) Transmissão Automática EESC-USP © M. Becker /81 Fiat Stilo (2008) Transmissão Dual-logic

40 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP A B C D E Motor Embreagem Pedal da Embreagem Caixa de Mudanças Alavanca de Mudanças E A B C D Mercado Nacional Transmissões Veiculares Hoje EESC-USP © M. Becker /81

41 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP 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 Transmissões Automobilísticas Hoje EESC-USP © M. Becker /81

42 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP Transmissões CVT (Continuously Variable Transmission) Transmissões Automáticas Transmissões Servo - Assistidas Transmissões Automobilísticas Amanhã?... EESC-USP © M. Becker /81

43 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP Caixa de Transmissão Manual de 5 marchas + Ré Garfo Alavanca Do Motor Para o Diferencial 5 a 4 a 3 a 2 a 1 a Ré Transmissão Manual Funcionamento Simplificado EESC-USP © M. Becker /81

44 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP 1 a marcha 4 a marcha 2 a marcha3 a marcha 5 a marchamarcha ré Transmissão Manual Funcionamento Simplificado EESC-USP © M. Becker /81

45 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP CVT Polia e Correia Problema: TORQUE Honda EESC-USP © M. Becker /81

46 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP VL 300 CVT - Audi CVT Polia e Correia EESC-USP © M. Becker /81

47 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP CVT Polia e Correia EESC-USP © M. Becker /81

48 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP Motor Rodas 1968 DAF F Williams FW15C CVT CVT Polia e Correia EESC-USP © M. Becker /81

49 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP CVTs Spoon Ball and Cone Toroidal EESC-USP © M. Becker /81

50 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP CVT Ball and Cone (a) (b) (c) Redução1:1 Ampliação EESC-USP © M. Becker /81

51 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP CVT Toroidal Problema: Pressão (GPa) EESC-USP © M. Becker /81

52 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP CVT Toroidal - LEGO Redução Ampliação Motor Controle Saída EESC-USP © M. Becker /81

53 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP Transmissão Convencional EESC-USP © M. Becker /81

54 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP CVT Toroidal Relação de Transmissão EESC-USP © M. Becker /81

55 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP Transmissão Automática Baseadas em Planetários SOLAR ANULAR PLANETAS EESC-USP © M. Becker /81

56 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP Cyclo Drive – Sumitomo, Japão Outras Transmissões EESC-USP © M. Becker /81

57 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP Tendência Atual Transmissão Longitudinal Frontal e Traseira Torque Transmissão Manual Transmissão Automática < 180 N.m5 marchasCVT N.m6 marchasCVT > 350 N.m6 marchas Motor Atualmente a tendência na Indústria Automobilística é, em função dos Torques (Gerhard Wagner - ZF): Motor Longitudinal Frontal Tração Traseira EESC-USP © M. Becker /81

58 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP Tendência Atual Motor Transversal Frontal Tração 4-Rodas Transmissão Transversal Frontal e Traseira Torque Transmissão Manual Transmissão servo- assistida Transmissão Automática < 180 N.m5 marchas CVT N.m5 marchas-CVT > 350 N.m--5 e 6 marchas Motor EESC-USP © M. Becker /81

59 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP Transmissões Veiculares Transmissão Automática Transmissão Automática Diferencial EESC-USP © M. Becker /81

60 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP Transmissões Veiculares Caixa GM HIDRA-MATIC THM – 440 PGT F1F1 E2E2E2E2 E1E1E1E1 F2F2 F3F3 EESC-USP © M. Becker /81

61 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP Transmissões Veiculares Caixa GM HIDRA-MATIC THM – 440 PGT III S1S1 A1A1 B1B1 B2B2 S2S2 A2A2 F1F1 F3F3 E1E1E1E1 E2E2E2E2 entrada saída F2F2 EESC-USP © M. Becker /81

62 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP Transmissões Veiculares Caixa GM HIDRA-MATIC THM – 440 PGT III S1S1 A1A1 B1B1 B2B2 S2S2 A2A2 F1F1 F3F3 E1E1E1E1 E2E2E2E2 entrada saída F2F2 MRT:1E1E1 E2E2 F1F1 F2F2 F3F3 1a1a 2,92XX 2a2a 1,57XX 3a3a 1,00XX 4a4a 0,71XX ré-2,38XX ZsZs ZpZp ZaZa TEP I TEP II EESC-USP © M. Becker /81

63 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP Transmissões Veiculares Transmissão Automática BMW 7 Series Sedan EESC-USP © M. Becker /81

64 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP ZF 6HP26 1 a Transmissão 6-marchas para automóveis em série fabricada no mundo Transmissões Veiculares Transmissão Automática 1a1a 2a2a 3a3a 4a4a 5a5a 6a6a ré 4,172,341,521,140,860,69-3,40 RT EESC-USP © M. Becker /81

65 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP Transmissões Veiculares Caixas ZF ZF 6HP26 Planetário 1Planetário 2 Conversor de Torque Embreagens e Freios EESC-USP © M. Becker /81

66 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP Transmissões Veiculares Caixas ZF EESC-USP © M. Becker /81

67 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP Introdução Introdução Representações Representações Cinemática e Análise de Torque Cinemática e Análise de Torque Montagens Montagens Transmissões Veiculares Transmissões Veiculares Software TEPiciclo (Visual Basic 5.0) Software TEPiciclo (Visual Basic 5.0) Exemplos Sumário da Aula EESC-USP © M. Becker /81

68 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP SÍNTESE: Número de Dentes Razão Básica Transmissão Software TEPiciclo EESC-USP © M. Becker /81

69 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP Introdução Introdução Representações Representações Cinemática e Análise de Torque Cinemática e Análise de Torque Montagens Montagens Transmissões Veiculares Transmissões Veiculares Software TEPiciclo (Visual Basic 5.0) Software TEPiciclo (Visual Basic 5.0) Exemplos Exemplos Sumário da Aula EESC-USP © M. Becker /81

70 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP Output Position Exemplos 1 TEP Software TEPiciclo – Número de Dentes EESC-USP © M. Becker /81

71 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP Exemplos 1 TEP Software TEPiciclo – Razão Básica EESC-USP © M. Becker /81

72 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP EESC-USP © M. Becker /81 Exemplos 1 TEP Software TEPiciclo – Transmissão

73 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP [-1.105;-0.905] Relação de Transmissão de -1 : 1 Exemplos 2 TEPs Software TEPiciclo – Transmissão EESC-USP © M. Becker /81

74 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP EESC-USP © M. Becker /81 Pentium III 650 MHz Exemplos 2 TEPs Software TEPiciclo – Transmissão

75 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP EESC-USP © M. Becker /81 GM Hydra Matic 440 PGT Exemplos 2 TEPs Software TEPiciclo – Número de Dentes

76 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP Cinemática dos Mecanismos M. Becker PUC Minas 76 Gráficos 3D: b I x b II x RT GM Hydra Matic 440 PGT Exemplos 1 TEP Software TEPiciclo – Transmissão EESC-USP © M. Becker /81

77 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP EESC-USP © M. Becker /81 Caixa Simpson Exemplos 1 TEP Software TEPiciclo – Número de Dentes

78 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP Exemplo do Projeto de uma Nova Transmissão Automática RTs: 3 :1 1,5 :1 1 :1 0,7 :1 -2,5 :1 Tolerância: ± 3% Razão Básica [-0.7; -0.5] TEP II maior que TEP I Exemplos 1 TEP Software TEPiciclo – Transmissão EESC-USP © M. Becker /81

79 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP EESC-USP © M. Becker /81 Exemplos 1 TEP Software TEPiciclo – Transmissão

80 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP Bibliografia Recomendada Bibliografia Recomendada Sumário da Aula EESC-USP © M. Becker /81

81 Prof. Dr. Marcelo Becker - SEM – EESC – USP Bibliografia Recomendada EESC-USP © M. Becker /81 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


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