Eixo da hélice e eixo de transmissão (automóvel)

o eixo Da Hélice conecta a caixa de engrenagens às engrenagens de acionamento final do veículo através da junta universal e serve como eixo de acionamento. Uma junta universal permite que a unidade seja transmitida através de um ângulo variável. O sistema de acionamento é um arranjo para transmitir o impulso de direção das rodas rodoviárias para o corpo do veículo. O acionamento final é o sistema de transmissão entre o eixo da hélice e o diferencial. O mecanismo diferencial é construído na parte central da unidade final. Isso permite que as rodas girem em velocidades diferentes sem interferir na propulsão do veículo enquanto dão uma volta. No caso de tração traseira, o eixo traseiro é “vivo”, que além de suportar o peso do veículo contém um mecanismo de engrenagem e eixo para acionar as rodas da estrada. O capítulo trata todos esses subsistemas para um sistema de tração traseira. Também apresenta brevemente tração dianteira e sistemas de tração nas quatro rodas.
26.1.

eixo da hélice e eixo de acionamento

o eixo Da Hélice, às vezes chamado de eixo carden, transmite energia da caixa de engrenagens para o eixo traseiro. Normalmente, o eixo tem uma seção tubular e é feito em uma ou duas peças de construção. O arranjo de duas peças é suportado no ponto médio por um rolamento montado em borracha. Eixos de acionamento curtos são incorporados para a transmissão de energia do conjunto de acionamento final para as rodas de estrada nos layouts de tração dianteira e traseira.
26.1.1.

eixos de hélice

este eixo deve ser forte para resistir à ação de torção do torque de acionamento e deve ser resistente para absorver os choques de torção. Deve resistir à tendência natural de ceder sob seu próprio peso porque a vibração ocorre quando o centro de gravidade não coincide com o eixo do eixo.
tubular de seção do eixo da hélice é normalmente usado porque ele tem (i) baixo peso, (ii) proporciona grande resistência ao desalinhamento, especialmente sag, (Hi) tem boa resistência à torção e (iv) proporciona baixa resistência (baixa inércia) a mudanças na velocidade angular, que surgem quando uma hookes tipo de acoplamento é usado para acionar o eixo. Como um eixo de hélice geralmente gira em alta velocidade, especificamente durante o uso da engrenagem de overdrive, ele deve ser fabricado e reparado, atendendo às especificações do projeto e aos bons limites de equilíbrio.
mesmo após um alinhamento estático perfeito, o eixo afunda (ou seja, forma um arco) no centro devido ao seu próprio peso. Quando essa flacidez se torna excessiva, a rotação do eixo faz com que o arco aumente devido ao efeito centrífugo. Essa deformação, ou chicote do eixo, configura uma vibração que se torna severa à medida que se aproxima da velocidade de giro. A velocidade crítica na qual essa condição ocorre depende de duas dimensões vitais, ou seja, o diâmetro médio do tubo e o comprimento do eixo.Como os eixos de hélice dos veículos rodoviários são suficientemente longos e operam em geral em alta velocidade, o giro pode ocorrer em certa velocidade crítica. Isso produz tensões de flexão no material que são maiores do que as tensões de cisalhamento causadas pelo torque transmitido. Enquanto a velocidade crítica aumenta com a diminuição da massa do eixo, o momento de inércia da seção aumenta. A tendência para o eixo da hélice girar deve ser reduzida e, para isso, deve ser tubular e deve ser perfeitamente equilibrado.
a velocidade crítica do eixo da hélice varia diretamente como o diâmetro do tubo e inversamente como o quadrado do comprimento. Portanto, os diâmetros são selecionados o maior possível e os comprimentos o mais curtos possível para manter a frequência de velocidade crítica do eixo acima da faixa de velocidade de direção. Eixos de hélice com mais de 1,5 m de comprimento entre juntas universais causam problemas de desequilíbrio. Os comprimentos do eixo são minimizados usando o alojamento longo da extensão da transmissão e a junção universal do centro com os eixos de hélice de duas partes. Quando usada, a junta universal central é suportada por um rolamento de suporte central que é isolado do chassi do veículo. A tubulação do eixo da hélice é rolada geralmente da folha lisa, endireitada dentro de 0.25 milímetros, corrida-para fora e equilibrado dentro de 0.00018 kg-m. Isto mantém a massa do centro muito quase no centro longitudinal da linha central para minimizar o giro. A velocidade crítica é dada por,

os eixos da hélice são projetados de forma que a velocidade crítica calculada seja cerca de 60% maior do que a velocidade do motor na potência máxima. Os eixos de hélice também podem ser projetados para uma determinada classificação de torque, que é o torque necessário para estressá-los até o limite elástico.

muitos veículos com tração traseira e nas quatro rodas exigem um eixo de hélice longo para se estender entre a caixa de câmbio e a transmissão final. Nessas situações, a linha de acionamento é normalmente dividida e um rolamento é montado para suportar o eixo no ponto de divisão (Fig. 26.1). Este rolamento é montado em borracha para absorver qualquer vibração que, de outra forma, seria transmitida ao corpo.
embora o movimento do eixo seja restrito ao eixo traseiro e as juntas universais sejam instaladas para acomodar esse movimento, são necessárias juntas extras no eixo dianteiro para permitir a ligeira flexão da carroceria do veículo. É praticamente impossível manter os ângulos de acionamento corretos dos acoplamentos do tipo hooke instalados em um layout de eixo de duas peças, portanto, uma ou mais juntas CV são usadas em muitos arranjos.
o eixo de hélice composto mostrado na Fig. 26.2 é uma alternativa ao arranjo dividido. O eixo tubular é feito da resina de cola epoxy, que é reforçada usando fibras do vidro e do carbono, e ligado a uma torneira de aço para a conexão às junções universais. As vantagens do eixo composto sobre os arranjos convencionais de eixo de aço de duas peças são:
(I) redução de peso em cerca de 50%.
(ii) alta absorção de choque interno.
(Oi) Bom ruído, vibração, dureza (NVH) desempenho. (iv) resistência de corrosão excepcional.
exemplo 26.1. Um motor de automóvel desenvolve um torque máximo de 162 Nm. A baixa relação de transmissão é de 2,75, enquanto a relação do eixo traseiro é de 4,25. O raio efetivo da roda é de 0,325 m e o coeficiente de atrito entre o pneu e a superfície da estrada é de 0,6. Se a tensão de cisalhamento
permitida for 32373 x 104 Pa, determine o diâmetro máximo do eixo, assumindo que a carga é quase torcional. Qual é a carga máxima permitida em cada roda ?
solução.
relação total da engrenagem = 2,75 x 4,25

Fig. 26.1. Características do eixo da hélice. A. eixos da hélice. B. movimento do eixo traseiro.

exemplo 26.2. Um motor desenvolve 29,5 kw a 2000 rpm quando o torque é máximo. A relação da engrenagem inferior é 3: 1 e a redução do eixo traseiro é 4.5:1. A carga em cada eixo motriz é 7357.5 n quando o carro está totalmente carregado. Diâmetro Da Roda de estrada sobre os pneus, é 0.71 m e o coeficiente de aderência entre o pneu e a haste é de 0,6. Se a tensão permitida no material do eixo
não for permitida exceder 22072,5 x 104 Pa, encontre o diâmetro do eixo do eixo.

solução.


ambos juntos produzem estresse máximo no centro, o que é muito menor em comparação com o estresse do design. Novamente, a intensidade da tensão de cisalhamento devido à torção é maior na superfície e zero no centro do eixo. Assim, o eixo é bastante seguro em Cisalhamento Direto.
Diâmetro do eixo – 35,3 mm. Ans.
26.1.2.

eixos de transmissão

esses eixos são comparativamente curtos em comprimento e, onde o espaço é uma limitação, são sólidos para fornecer folga para o movimento da suspensão e, caso contrário, a seção tubular leve é frequentemente usada. A curta distância entre a roda da estrada e a caixa de acionamento final, combinada com um grande movimento Da Roda da estrada devido à deflexão da suspensão, causa o ângulo máximo de acionamento das juntas universais e grande variação do comprimento do eixo. Uma junção do CV em cada extremidade do eixo de movimentação cumpre a exigência do ângulo e uma junção do CV do mergulho acomoda a mudança do comprimento. Os veículos de tração traseira com suspensão traseira independente precisam de um eixo de transmissão para conectar a roda da estrada ao conjunto de tração final fixo. Nesses veículos, normalmente, uma junta CV do tipo mergulho é incorporada em cada extremidade do eixo de transmissão.
26.1.3.

Vibração Do Eixo Da Hélice

carros pequenos e vans e caminhões curtos incorporam um único eixo de hélice com uma junta deslizante na extremidade dianteira sem ter nenhuma vibração indesejada. Os veículos com maior distância entre eixos requerem um eixo de hélice mais longo, que tende a ceder e girar sob certas condições de operação (Fig. 26.3). Como resultado, vibrações ressonantes são configuradas no corpo do veículo, de modo que o corpo vibra à medida que o eixo gira.
os principais fatores responsáveis pela frequência ressonante do eixo da hélice que causa a vibração podem ser agrupados da seguinte forma :
(i) Os fatores relacionados ao eixo da hélice são(a) o diâmetro e o comprimento do eixo,
(6) o balanceamento do eixo e das juntas montadas e (c) A resistência à flexão do eixo.

Fig. 26.3. Eixo de hélice simples de uma peça usando uma junta deslizante e duas juntas universais.
(ii) os fatores relacionados à carroceria do veículo são
(a) o tipo e a forma das estruturas da carroceria, reforço
seções de caixa, etc., (6) a localização dos componentes dentro da estrutura da carroceria,
e
(c) As qualidades de fixação por vibração da linha de transmissão fornecidas pelos suportes do motor e da transmissão, isolamento do painel de buchas de mola, etc.
um eixo rotativo gira se o centro de gravidade da massa do eixo for excêntrico devido ao qual a força centrífuga tende a curvar o eixo de modo que ele orbite em torno do eixo longitudinal do eixo. A deflexão excêntrica do eixo aumenta com o aumento da velocidade, como resultado, a força centrífuga também aumenta. O efeito é, portanto, cumulativo e progressivo até que o giro se torne crítico, causando vibração violenta.
o fator responsável pelo deslocamento do centro de gravidade de um eixo circular apoiado horizontalmente entre os rolamentos para um lado do eixo central é o seguinte.
(a) a flacidez do eixo entre os centros.
(B) espessura de parede não uniforme em torno das circunstâncias de um eixo de hélice desenhado sem emenda tubular.
(c) a quantidade de metal de solda pode não ser equivalente à massa no lado oposto de um eixo tubular, enrolado em folha plana.
(d) a excentricidade do eixo ao eixo de rotação causada se o eixo tubular for forçado a recessos do eixo do topo da junta universal, que foram girados entre centros soltos.
(e) se os garfos de junta e os braços de munhão forem montados muito ligeiramente para um lado, quando as juntas universais forem montadas nas extremidades do eixo, que são então apoiadas nos rolamentos.
( / ) se a folga entre as ranhuras macho e fêmea permitir que o eixo seja movido de forma limitada, quando um acoplamento de junta deslizante é usado em uma extremidade do eixo.
a velocidade crítica de giro de um eixo é inversamente proporcional ao quadrado do comprimento do eixo. Por exemplo, se um eixo com uma velocidade de giro crítica de6000 rpm é dobrado em comprimento, a velocidade de giro crítica do novo eixo reduz para 1500 rpm, o quarto desse valor. Por outro lado, ao reduzir pela metade o comprimento do eixo, a velocidade crítica aumenta para quatro vezes, ou seja, 24000 rpm. Assim, reduzir pela metade o comprimento coloca a velocidade crítica consideravelmente acima da velocidade máxima do eixo da hélice para um veículo.
geralmente, a rigidez do eixo da hélice é aumentada estendendo-se a extremidade traseira do eixo principal da caixa de engrenagens e da carcaça (Fig. 26.4 A) ou o eixo e o alojamento do pinhão de acionamento final (Fig. 26.4 B). A abordagem anterior é comum para carros de tamanho médio, e a posterior tem sido usada com algum sucesso em carros maiores com suspensão traseira de mola helicoidal com braços à direita e estabilizadores de tirante. Uma junta deslizante é normalmente instalada na extremidade da caixa de engrenagens do eixo da hélice, o que permite que o eixo da hélice ajuste automaticamente seu comprimento de acordo com as mudanças de deflexão da suspensão.
outro método de resolver o problema de vibração é aumentando o diâmetro do eixo, mas isso aumenta sua resistência além de seus requisitos de transporte de torque. Também isso aumenta sua inércia, que se opõe à aceleração e desaceleração do veículo. Uma solução adotada frequentemente é o uso de eixos de hélice divididos suportados por Rolamentos intermediários ou centrais. Essa abordagem também foi empregada no passado em carros grandes para baixar a transmissão (a) da caixa de câmbio montada na frente para o eixo traseiro. Como resultado, a altura do túnel do piso é reduzida e as desvantagens de um eixo mais espesso são evitadas. “Quando este arranjo é usado em veículos comerciais, grandes offsets ® entre as linhas centrais da caixa de engrenagens e o pinhão de acionamento final , a linha central pode ser fornecida em duas ou três etapas.
equipamento.
26.1.4.

eixos de hélice divididos e seu suporte

linhas de transmissão de duas peças, com dois eixos e um rolamento de suporte intermediário (Fig, 26.5) são geralmente empregados em caminhões com distâncias entre eixos de 3,4 a 4,8 m. O eixo de hélice de duas peças usa três juntas universais. O eixo de hélice preliminar é do fixo-junções-e-tubo-tipo do conjunto, e o eixo de hélice secundário incorpora uma deslizamento-junção na extremidade do apoio-rolamento para tomar de toda a extensão devido ao movimento da suspensão. Geralmente, o eixo primário está alinhado com o eixo do eixo principal da caixa de engrenagens, mas o eixo secundário está ligeiramente inclinado a cruzar o eixo do pinhão do eixo traseiro com acionamento final. No entanto, no caso de veículos montados em chassi alto, ambos os eixos são montados inclinados para reduzir o ângulo de inclinação efetivo do eixo. Quando o eixo primário está alinhado com o eixo de saída da caixa de engrenagens, os acoplamentos universais do tipo borracha às vezes são utilizados para amortecer a vibração de torção transmitida de forma mais eficaz do que as juntas de aço convencionais.
para veículos com distâncias entre eixos superiores a 4,8 m, uma linha de transmissão de três peças com dois rolamentos de suporte intermediário pode ser mais adequada (Fig. 26.6). Quatro universal-junções são empregadas e o eixo intermediário encontra-se paralelo ao eixo de saída da caixa de engrenagens. Somente o eixo de hélice traseiro usa novamente uma junta deslizante para acomodar a mudança no comprimento do eixo.
26.1.5.

Rolamentos de suporte intermediário do Eixo Da Hélice

conjuntos intermediários de rolamento e montagem são incorporados para posicionar e apoiar os eixos de hélice divididos. Esses conjuntos são de (i) Suportes de rolamento auto-alinhados tipo de ( ” ) suportes de rolamento montados flexíveis tipo. Os suportes de rolamento intermediário de auto-alinhamento são usados principalmente em caminhões pesados. Um tipo deste suporte do rolamento é um rolamento de esferas da dobro-fileira com uma raça interna profundo-sulcada e uma raça exterior internamente semicircular (Fig. 26.7 a). Este arranjo compensa qualquer deflexão do eixo através da corrida interna e bolas, que se inclinam sobre o assento esférico de corrida externa fixo.
outro método é o uso de um rolamento de esferas com ranhuras profundas de uma única linha com um perfil esférico na periferia das raças externas. A corrida de bola é então encerrada em um anel de suporte de aço cujo perfil interno corresponde à parte externa do rolamento (Fig. 26.7 B). O movimento relativo do rolamento e do anel pode absorver qualquer desalinhamento. Uma vez que ambos os arranjos acima requerem lubrificação periódica, vedações de óleo são usadas para reter a graxa e também para manter a sujeira fora dos trilhos do rolamento.

Fig. 26.4 unidade de uma peça-linha. A. Com alojamento prolongado da caixa de engrenagens.
B. Com carcaça diferencial estendida-

Fig. 26.5. Unidade de Duas Peças-linha com rolamentos de suporte intermediário único.

Fig. 26.6. Unidade de três peças-linha com dois rolamentos de suporte intermediário.

Fig. 26.7, Divided’propeller-suporte do eixo-conjuntos de rolamento.
A. Suporte de rolamento de auto-alinhamento de duas fileiras de Veículos Comerciais.
B. Corrida de rolamento exterior de auto-alinhamento de linha única de Veículo comercial.
C. montagem resistente do rolamento do borracha-Bloco.
D. suporte de rolamento flexível de médio e pesado.
E. montagem de rolamento de borracha seccionada em v do carro e da van.
F. Montagem do rolamento de borracha da dobra do dobro do carro e da van.
Suportes de rolamento intermediários montados flexíveis são usados para veículos leves e pesados. Esses tipos empregam um rolamento de esferas com ranhuras profundas de uma fileira, que se encaixa diretamente em um dos eixos divididos, e um membro, que envolve esse rolamento, é colocado em uma estrutura de aço. Este conjunto é aparafusado então ao chassi ou ao escudo do corpo para apoiar os eixos intermediários. A montagem de borracha atua como um suporte flexível para o rolamento, que acomoda uma ligeira inclinação do eixo. A borracha flexível igualmente atua como um amortecedor da vibração e Isola todas as vibrações do eixo de hélice dos membros do corpo.
Figura 26.7C ilustra o uso de um bloco de anel de borracha contínua, que caiba sobre um cubo de rolamento para aplicações extra-resistentes. A corrida interna do rolamento é situada pela flange da universal-junção e que a corrida exterior do rolamento é posicionada por uma luva shimmed. Este conjunto requer lubrificação regular. Atualmente, a maioria dos conjuntos de rolamentos intermediários leves e pesados usa rolamentos de ranhura profunda pré – fabricados e selados para a vida. Os defletores de poeira montados no eixo protegem o rolamento contra o grão e o tempo úmido. O elemento de borracha é ligado à embalagem de aço externo e à pressão de aço da rolamento-corrida exterior. Um arranjo de rolamento, ilustrado na Fig. 26.7 D, é usado para veículos comerciais. Um entalhe é feito em cada lado do molde de borracha para melhorar a flexibilidade.
um layout de rolamento adequado para carros e vans é mostrado na Fig. 26.7 E. O elemento de borracha usa uma seção Em Forma de V, que permite que o elemento se dobre e se mova mais facilmente sobre sua posição média. Além disso, isso melhora as propriedades de amortecimento de vibrações do conjunto de borracha. Figura 26.6F representa um layout alternativo para veículos leves. Nesta montagem, a seção de borracha moldada forma braços de ligação duplos, que proporcionam maior rigidez para o rolamento e excelentes propriedades de amortecimento, sem perder suas características de inclinação fácil.