Introdução

Se você dirige um carro manual, pode ter algumas dúvidas a respeito do seu funcionamento.
• Como o estranho padrão em “H” tem relação com as marchas dentro da transmissão? O que está se movendo dentro da transmissão quando eu movo o câmbio?
• Quando erro a mudança de marcha e ouço aquele barulho arranhado, o que realmente está arranhando?
• O que aconteceria se, acidentalmente, eu engatasse a marcha ré enquanto estou em alta velocidade na estrada?

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Imagem cedida pela DaimlerChrysler

Mercedes-Benz Classe C, transmissão manual de 6 velocidades

Neste artigo, responderemos essas perguntas à medida que exploramos o interior de uma transmissão manual.
Os carros necessitam de transmissões devido à física do motor a gasolina. Primeiramente, todo motor possui um limite, um valor de rpm máximo, acima do qual não consegue rodar sem explodir. Em segundo lugar, se você já leu Como funciona a potência do motor sabe que os motores possuem faixas estreitas de rpm e o cavalo de força e o torque estão no seu máximo. Um motor, por exemplo, pode produzir seu máximo de cavalo de força a 5.500 rpm. A transmissão permite que a relação de transmissão entre o motor e as rodas de acionamento mude à medida que a velocidade do carro aumenta ou diminui. Trocam-se as marchas para que o motor mantenha-se abaixo do limite e próximo da faixa de rpm de sua melhor performance.

cambio

O ideal seria que a transmissão fosse tão flexível nas suas relações que o motor pudesse rodar a um único valor de rpm de melhor performance. Essa é a função da transmissão continuamente variável (CVT).
Uma CVT possui uma gama praticamente infinita de relações de transmissão. No passado, as CVTs não podiam competir com as transmissões de quatro e cinco velocidades em termos de custo, tamanho e confiabilidade, pois não se viam CVTs em veículos de série. Hoje, melhorias no design tornaram-nas mais comuns. O Toyota Prius é um carro híbrido que utiliza uma CVT.

transmissao
A transmissão é conectada ao motor pela embreagem. O eixo de entrada da transmissão roda na mesma rpm que o motor.

caixha_cambio

Imagem cedida pela DaimlerChrysler
Mercedes-Benz Classe C Sport Coupé, transmissão manual de 6 velocidades, ilustração gráfica
Uma transmissão de cinco velocidades aplica uma das cinco relações de transmissão, para que o eixo de entrada produza um valor de rpm diferente no eixo de saída. Aqui estão algumas relações de transmissão:

Para mais informações, você pode ler Como funcionam as CVTs (transmissões continuamente variáveis). Agora vejamos uma transmissão simples.
Para compreender a idéia básica de uma transmissão padrão, o diagrama abaixo mostra uma transmissão de duas velocidades bem simples em ponto morto:

Vamos observar cada parte desse diagrama para entender como eles se combinam:
• O eixo verde vem do motor pela embreagem. O eixo e a engrenagem verdes estão conectados como uma só unidade. A embreagem é um dispositivo que permite conectar e desconectar o motor e a transmissão. Quando você pisa no pedal da embreagem, o motor e a transmissão estão desconectados, de forma que o motor pode rodar mesmo que o carro esteja parado. Quando você solta o pedal da embreagem, o motor e o eixo verde são conectados diretamente um ao outro. O eixo e a engrenagem verdes rodam na mesma rpm que o motor.
• O eixo e as engrenagens vermelhas são chamados de eixo secundário. Eles também estão conectados como uma peça única, de forma que todas as engrenagens no eixo secundário e o próprio eixo giram como uma unidade. Os eixos verde e vermelho são conectados diretamente por suas engrenagens entrelaçadas, assim, se o eixo verde estiver girando, o vermelho também estará. Dessa forma, o eixo secundário recebe sua potência diretamente do motor toda vez que a embreagem é utilizada.
• O eixo amarelo é um eixo serrado que conecta-se diretamente ao eixo motor pelo diferencial às rodas de acionamento do carro. Se as rodas estiverem girando, o eixo amarelo estará girando.
• As engrenagens azuis giram em mancais, portanto giram no eixo amarelo. Se o motor estiver desligado mas o carro estiver em movimento, o eixo amarelo pode virar as engrenagens azuis para dentro enquanto elas e o eixo secundário estão parados.
A função do anel é conectar uma das duas engrenagens azuis ao eixo motor amarelo. O anel é conectado ao eixo amarelo pelas chavetas e gira com ele. Entretanto, o anel pode deslizar para a esquerda ou direita ao longo do eixo amarelo, para engatar qualquer uma das engrenagens azuis. Os dentes no anel, chamados de dentes caninos, encaixam-se em buracos nas laterais das engrenagens azuis para engatá-las.

Primeira marcha

A figura abaixo mostra como o anel, quando engatado à primeira marcha, engata a engrenagem azul à direita:
Nesta figura, o eixo verde do motor gira o eixo secundário, que por sua vez gira a engrenagem azul da direita. Essa engrenagem transmite sua energia pelo anel para conduzir o eixo motor amarelo. Enquanto isso, a engrenagem azul da esquerda está girando, mas está solta no seu mancal, não tendo efeito sobre o eixo amarelo.
Quando o anel está entre duas engrenagens (como mostrado na primeira figura), a transmissão está em ponto morto. As engrenagens azuis ficam à esmo no eixo amarelo em relações diferentes, controladas por suas relações no eixo secundário.
Dessa explicação, pode-se responder a várias perguntas:
Quando você comete um erro na troca de marchas e escuta um som arranhado, você não está ouvindo o som do dente da engrenagem mal engatada. Como você pode ver nestes diagramas, todos os dentes de engrenagem estão completamente entrelaçados o tempo todo. O som arranhado é dos dentes caninos tentando, sem sucesso, engatar-se aos buracos nas laterais das engrenagens azuis.
• A transmissão mostrada aqui não possui “sincronizadores” (abordados mais adiante neste artigo), assim, se você estivesse utilizando essa transmissão, teria de utilizar a dupla embreagem. A dupla embreagem era comum em carros antigos e ainda é em alguns carros de corrida. Na dupla embreagem, você pisa no pedal de embreagem uma vez para desengatar o motor da transmissão. Isso tira a pressão dos dentes caninos para que você possa mover o anel para o ponto morto. Então você libera o pedal da embreagem e o motor rotaciona para a “velocidade correta”. A velocidade correta é o valor de rpm sob o qual o motor deveria rodar na próxima marcha. A idéia é pegar a engrenagem azul da próxima marcha e o anel rotacionando na mesma velocidade, para que os dentes caninos possam engatar. Então você pisa no pedal de embreagem novamente e trava o anel na nova marcha. A cada troca de marcha você tem de pisar e liberar a embreagem duas vezes, daí o nome “dupla embreagem”.
• Você também pode ver como um pequeno movimento linear na alavanca permite a troca de marchas. A alavanca de troca de marchas move uma haste conectada ao garfo. O garfo desliza o anel no eixo amarelo para engatar uma das duas engrenagens.

Agora vejamos uma transmissão real. A animação a seguir mostra o funcionamento interno de uma transmissão de quatro velocidades com marcha ré.

 A transmissão manual de cinco velocidades é considerada padrão nos carros de hoje. Internamente, ela é como na figura abaixo.

 

Há três grafos controlados por três hastes que estão engatadas pela alavanca de câmbio. Olhando as hastes de câmbio de cima, elas são assim em marcha ré, primeira e segunda marchas.

Tenha em mente que a alavanca de câmbio possui um ponto de rotação no meio. Quando você empurra a alavanca para frente para engatar a primeira marcha, está na realidade puxando a haste e o garfo para a primeira marcha.
Você pode ver que, ao mover o câmbio para a esquerda e direita, você está engatando garfos diferentes (e, portanto, anéis diferentes). Mover a alavanca para frente e para trás move o anel para engatar a uma das engrenagens.

A marcha ré é controlada por uma pequena engrenagem intermediária (em roxo). Em todos os momentos, a engrenagem de ré azul nesse diagrama está girando na direção oposta de todas as outras engrenagens azuis. Assim, seria impossível jogar a transmissão para a marcha ré enquanto o carro está indo para frente, pois os dentes caninos nunca engatariam. Contudo, farão um enorme barulho.
Sincronizadores
As transmissões manuais nos carros de passeio utilizam sincronizadores para eliminar a necessidade da dupla embreagem. O objetivo de um sincronizador é permitir que o anel e a engrenagem tenham atrito antes de os dentes caninos terem contato. Isso permite que o anel e a engrenagem sincronizem suas velocidades antes de os dentes precisarem engatar, como mostrado abaixo.

O cone na engrenagem azul encaixa na área em forma de cone do anel e o atrito entre o cone e o anel sincroniza o anel e a engrenagem. A porção externa do anel então desliza para que os dentes caninos possam se engatar à engrenagem.
Cada fabricante implementa as transmissões e os sincronizadores de maneiras diferentes, mas essa é a idéia geral.

 

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