CAIXA DE VELOCIDADES

Caixa de velocidades

Uma caixa de câmbio (português brasileiro) ou caixa de velocidades (português europeu) de um automóvel serve para desmultiplicar a rotação do motor para o diferencial ou diretamente para as rodas, por forma a transformar a potência do motor em força ou velocidade, dependendo da necessidade.
De uma forma geral e simplificada, quanto maior a rotação do motor em relação à rotação do eixo, maior será a força e, quanto menor a rotação do motor em relação à rotação do eixo, maior será a velocidade. Note-se que o eixo não gira à mesma rotação nem da cambota, nem da saída do diferencial (semi-eixos). Em suma, a cada marcha ou velocidade da caixa a proporção rotação do motor/rotação do eixo varia solidariamente. Normalmente esta proporção expressa-se tecnicamente por 10:1, 9:1, 1:1.05, 1:8 e assim por diante. Entenda-se, portanto, uma caixa de velocidade como multiplicador de força e/ou velocidade do motor.
Na caixa de velocidades típicas existem duas séries principais de carretos:
a do veio principal, que recebe do volante do motor a rotação do motor por intermédio da embreagem,
e a do veio secundário (de saída), que transmite um submúltiplo dessa rotação ao eixo.
Os carretos do veio principal encontram-se em rotação livre, o que permite que, em ponto morto (i.e., sem nenhuma velocidade engatada), não ocorra a transferência da rotação.
No entanto, os carretos do veio secundário (à excepção de um carreto isolado, o de marcha-atrás) encontram-se firmemente ligados ao veio secundário. A cada carrego do veio primário corresponde um outro carreto, devidamente engatado, do veio secundário. São as dimensões dos carretos (e o princípio da alavanca) que especificam a proporção da (des)multiplicação desejada — obedecendo a leis triviais da física.
Quando da selecção de uma mudança, é engatado um carreto ao veio principal por meio de um bloqueador (do movimento livre do carreto para o veio) que, nos dias de hoje, desempenha a função de sincronizador. Com um funcionamento semelhante ao da embraiagem (transmissão por acoplagem), embora os carretos disponham de dentes que facilitam o encaixe do sincronizador, a força do veio principal transmite-se do carreto bloqueado para o carreto correspondente do veio secundário.
No caso da marcha atrás, entra em contacto um carreto suplementar do bloco secundário responsável pela mudança de direcção da rotação do eixo (e, consequentemente, da marcha). Este carreto (e aquele onde engrena respectivamente no veio primário) é de dimensões tipicamente semelhantes ao da primeira velocidade, o que permite ao automóvel dispor de força para realizar manobras em superfícies íngremes.

1-Caixa de Velocidades Manual

A caixa de velocidades manual é um sistema de engrenagens e com alavanca que permite ao condutor do automóvel trocá-las manualmente, em oposição ao sistema de caixa de velocidades automático, escolhendo a marcha mais apropriada para o deslocamento do veículo.
A transmissão manual, conhecida como câmbio manual, é um dispositivo que utiliza engrenagens para permitir ao condutor optar por maior ou menor velocidade e torque em função das condições de carga do veículo e do terreno em que trafega, de modo a obter maior eficiência em relação ao consumo de combustível e tempo de deslocamento.
A quantidade de marchas ou velocidades, teoricamente, é ilimitado, no entanto, na prática, por problemas de espaço e mesmo de complexidade em termos de dirigibilidade, a caixa de velocidades pode possuir 18 ou 36 marchas para veículos pesados como caminhões e veículos fora de estrada. Isso não é uma indicação da potência do motor do veículo, na verdade podemos dizer que quanto mais torque o motor puder fornecer, menor o número de marchas necessário à realização do trabalho. Portanto, entre veículos destinados a um mesmo tipo de trabalho, o que possuir menor número de marchas é o que terá o motor mais potente.
As condições de dirigibilidade do veículo, velocidade e torque, são definidas através de cálculos de engrenamento baseados no torque máximo do motor, conhecidos como diagrama dente de serra, entre outras técnicas.
A marcha desejada é selecionada através do posicionamento da alavanca do câmbio, que fica no interior da cabine do motorista, podendo ou não ser auxiliada por válvulas pneumáticas ou hidráulicas. Essa alavanca permite, através de um mecanismo de seleção e engate, a escolha da marcha apropriada. O engate se dá através da utilização simultânea da alavanca com o acionamento da embreagem, cuja função nesse contexto é interromper o torque proveniente do motor, permitindo ao sistema de engate vencer apenas a inércia gerada pelo disco da embreagem, eixo piloto (eixo de entrada), contra eixo (eixo intermediário) e a engrenagem correspondente à marcha engatada.

2-Caixa de Velocidades Automático

O caixa de velocidades automático é um sistema empregado em automóveis e motocicletas para troca de marchas realizada pelo sistema de transmissão do automóvel, que detecta a relação entre a velocidade (km/h) e a rotação do motor (rpm) para decidir pela troca automática da marcha, desta forma o sistema se propõe a manter a rotação do motor quase constante e o câmbio automaticamente faz a troca das marchas. Nos sistemas modernos com câmbio automático a troca das marchas está quase imperceptível ao motorista.
O câmbio automático foi inventado por dois engenheiros brasileiros, José Braz Araripe e Fernando Lemos. A GM produziu o primeiro carro “hidramático”, em 1938 depois de desenvolver o câmbio com o protótipo e o projeto vendidos pelos inventores em 1932.
Nos Estados Unidos desde a década de 50 quase todos os veículos utilizam-se deste sistema. Este sistema se opõe ao sistema de câmbio mecânico ou câmbio manual.

Funcionamento

Ao contrário do sistema de câmbio manual onde se trabalha com engrenagens de tamanhos diferentes e engatadas individualmente, no câmbio automático utiliza-se o sistema de engrenagens planetárias, elas possuem tamanhos diferentes, mas todas elas estão sempre engatadas entre si, a relação da força é dada de acordo com a ordem que essas engrenagens estão conectadas.

Vantagens e desvantagens

Vantagens: facilidade, conforto, segurança, maior durabilidade do motor e de todos os componentes da transmissão (caixa, eixos, diferencial, etc).
Desvantagens: maior consumo e custo elevado em relação ao câmbio mecânico (essencialmente pela baixa procura; observa-se o oposto em países nos quais a popularidade do cambio automático é maior que a do câmbio manual, como nos Estados Unidos). Outra desvantagem é o fato de a cada 50.000 Km rodados, em média, se faz necessária a troca do fluido (em geral muito mais caro que na transmissão manual) e qualquer defeito que der no equipamento, o custo de reparo pode chegar entre 20% e 40% do valor de venda do veiculo, dependendo do ano e modelo, poderá ultrapassar essa percentagem.

Configuração

Normalmente o câmbio automático apresenta as seguintes opções:
P - Park: para estacionar, recomendado para dar a partida e desligar o motor do automóvel. Bloqueia as rodas de tração.
R - Reverse: marcha-a-ré.
N - Neutral: ponto morto. Posição que pode ser usada ao dar a partida e desligar. Não bloqueia as rodas de tração.
D - Drive: para movimentar o veículo para frente, usado na maior parte do tempo de direção.
4 - 3 - 2 - 1: Posições que permitem o bloqueio das marchas 4, 3, 2 e 1. O bloqueio é usado em situações extremas quando o veículo troca várias vezes de uma marcha para outra. Por exemplo, em um aclive acentuado, ao se colocar na posição 2, impede-se o veículo de automaticamente trocar para a posição 3. Dessa forma bloqueia-se uma posição de marcha específica e não ocorre a troca automática entre elas. O mesmo procedimento é usado no freio motor.

3-Caixa de Velocidades Semiautomático

O câmbio semiautomático ou câmbio automatizado é um sistema que usa computadores e sensores para executar trocas de marchas, esse sistema foi projetado por montadoras de automóveis a fim de dar uma melhor experiência de dirigibilidade para os condutores, principalmente em cidades onde se há uma grande troca de marchas pelo motorista.

Funcionamento

Ao contrário da caixa de velocidades automático onde se usa o sistema de engrenagens planetárias que estão sempre engatadas entre si, no modelo semi-automático é utilizado o mesmo sistema do modelo manual, com cada engrenagem representando uma marcha e sendo engatadas individualmente.
Também ao contrário do câmbio automático que usa o conversor de torque no lugar da embreagem para mudar a posição das engrenagens (mudando assim a marcha do carro), no modelo semi-automático utiliza-se um equipamento eletrônico para controlar a embreagem (eliminando a necessidade de utilização do pedal) que também tem a função de ajustar o timing e o torque para fazer as trocas de marchas serem rápidas e suaves.
A posição das marchas pode ser do modelo do tradicional H do câmbio manual, contudo esse tipo de modelo raramente é usado, na maioria dos carros costuma-se usar o modelo de câmbio sequencial que pode estar localizada no mesmo local onde é colocado o câmbio manual, ou atrelado à direção (os chamados paddle shifts ou "borboletas").
Atualmente muitos sistemas de câmbio semi-automático também podem operar como câmbio automático, deixando o computador de transmissão fazer as trocas de marchas automaticamente, esses sistemas eletrônicos são aperfeiçoados a cada dia, alguns sistemas tem a função de diminuir as marchas automaticamente em freagens mesmo no modo manual, alguns também tem a função de se adaptar ao modo de dirigir do motorista.

Nomenclatura

Apesar do câmbio semiautomático ser um padrão de sistema de troca de marchas, muitos fabricantes de automóveis usam sistemas diferentes de detecção para troca de marchas em seus computadores, muitas fabricantes mantém em segredo seus sistemas e patenteando seus nomes como Dualogic (Fiat), Easytronic (Chevrolet), I-Motion (Volkswagen), Durashift (Ford), Quickshift (Renault), 2-Tronic (Peugeot), I-Shift (Honda), ou SMT (Toyota). Mas quem pensa que essa tecnologia é de hoje, está enganado, pois nos anos de 1961 até 1967, a DKW oferecia o seu câmbio semiautomático Saxomat para toda a linha, só que o seu sistema funcionava por contrapesos e centrífuga. A própria Fiat no final dos anos 90 já lançara também o Citymatic para o Fiat Palio, mas não obteve sucesso.

Utilização

A utilização do câmbio semi-automático vem ganhando preferência em relação ao câmbio automático em principalmente em veículos de pequeno e médio porte.

Vantagens

O câmbio semiautomático vem ganhando preferência devido ao custo de fabricação mais barato em relação ao câmbio automático, também por dar a comodidade ao motorista de poder alternar entre o modo automático e manual e por diminuir o desgaste dos freios já que quando o motorista pisa no freio o sistema desengata as engrenagens.
O sistema eletrônico também é projetado para minimizar o impacto do engate das marchas aumentando a vida útil das engrenagens em relação ao câmbio manual, também consegue diminuir o consumo de combustível já que o equipamento sabe a hora certa de passar a marcha seguinte.

Desvantagens

Caso o sistema eletrônico apague torna-se impossível a troca de marchas.
Podem existir alguns incômodos como alguns trancos na hora do engate de algumas marchas (principalmente em altas rotações), também existem algumas reclamações sobre incertezas do dispositivo eletrônico em saber qual a marcha que deve ser engatada, principalmente em mudanças bruscas de aceleração ou inclinação do terreno. No modo de troca manual também podem existir reclamações de atrasos para se mudarem as marchas. Todas essas desvantagens dependem muito do modelo do carro e do modo de dirigir do motorista sendo muito importante a realização do test drive para avaliação desses pontos.

Configuração

Geralmente o câmbio semi-automático apresenta as opções abaixo, lembrando que é sempre recomendável que na troca dessas opções o motorista esteja pisando no freio:
N (Neutral): Posição neutra de ponto morto que deve ser usada ao dar a partida e desligar. Não bloqueia as rodas de tração.
R (Reverse): Marcha-a-ré.
A/M (Automatic/Manual) ou D/M (Drive/Manual): Alterna entre o modo de troca de marchas automático feito pelo computador; ou manual, feito pelo motorista.
S (Sport): Botão que ativa o modo esportivo, usado para acelerações rápidas onde as marchas são mudadas a altas rotações (serve apenas para o modo automático).
+ e -: Utilizados para aumentar ou diminuir a marcha de modo sequencial, é usada apenas para o modo manual, também podem estar dispostos próximos a direção do motorista (os chamados paddle shifts).