Diferencial

 

Diferencial – O que é

Diferencial – Carro

Um diferencial é um conjunto de engrenagens com três eixos que tem a propriedade de que a velocidade angular de um eixo é a média das velocidades angulares dos outros, ou um múltiplo fixado da referida média.

O diferencial é um dispositivo mecânico que tem a função de dividir o torque entre dois semi-eixos, permitindo que os mantenha com velocidades de rotações distintas.

A utilização do diferencial garante que o valor do torque aplicado é igual para ambos os semi-eixos, independentemente das suas velocidades de rotação.

Um diferencial transfere por meio de rodas dentadas (engrenagens) as rotações da esquerda para direita da transmissão, pelo eixo cardã e transforma em movimento para frente, ou, para trás quando se engata a ré, (lembre-se que a ré muda o sentido de rotação do eixo cardã, e não o diferencial), ou seja, com a ré engatada o eixo cardã move-se da direita para esquerda e o diferencial gira para trás.

Em geral, o diferencial é aplicado nos veículos terrestres tracionados por motores de qualquer natureza. O torque é produzido pelo motor e chega ao diferencial através do Eixo cardã, e assim é dividido entre as duas rodas de tração. Uma das principais atuações do diferencial é no momento da curva, onde uma roda precisa girar mais do que a outra. O diferencial mantém o torque igual entre elas.

O diferencial tem um efeito que pode ser considerado como indesejado quando uma das rodas motoras perde aderência devido a piso escorregadio ou muito irregular. Nessas circunstâncias, o diferencial faz com que a roda com menor aderência gire rapidamente, desperdiçando toda potência mecânica produzida pelo motor. Este efeito pode ser eliminado com diferenciais auto-bloqueantes ou com diferenciais com bloqueio manual ou eléctrico.

Os veículos de tração 4X4 apresentam três diferenciais. Um diferencial em cada eixo e um diferencial central destinado a dividir o torque entre os dois eixos.

Hoje em dia, algumas empresas especializadas produzem adaptações para motos e alguns casos bicicletas tracionadas por um eixo cardã e um diferencial

Diferencial – Engrenagens

O diferencial é um conjunto mecânico de engrenagens que tem funções distintas e de extrema importância para a estabilidade e segurança dos caminhões.

Transmitir a potência do motor para as rodas de tração, mesmo em alta velocidade fazendo girar mais rapidamente a roda externa em uma curva,  compensando as diferentes distâncias do veículo, são algumas das finalidades do eixo diferencial.

Os principais itens de um diferencial são as engrenagens satélites,planetárias e semi-eixos. Os satélites são instalados na cruzeta do diferencial e engrenados nas planetárias, que por sua vez são acopladas nos semi-eixos, fazendo girar as rodas.

O funcionamento difere conforme o percurso do veículo: se está rodando em linha reta, as rodas estão girando na mesma velocidade, os satélites não se movem.

Por outro lado, em uma curva, a velocidade das rodas são diferentes e obrigam os satélites a girarem na cruzeta, o que permite velocidades diferentes entre as planetárias e, consequentemente, entre as rodas.

O eixo cardan é a conexão para transmitir a potência do motor para a transmissão, esta para o diferencial para as  rodas . A peça é acoplada ao pinhão ou eixo de entrada do diferencial, que está engrenado com a coroa e este a caixa dos satélites. Esse conjunto transmite o movimento dos semi-eixos e estes para as rodas.

Coroa e pinhão

A coroa e o pinhão são itens que merecem muita atenção na hora da manutenção, principalmente, se o veículo opera em condições severas. Esse conjunto é formado por duas engrenagens que permitem a redução do torque vindo do motor para as rodas, devido as combinações de dentes do par coroa e pinhão. A divisão entre o número de dentes da coroa e do pinhão é a redução, que significa as voltas que o pinhão precisa dar para a coroa completar uma volta. Quanto maior for a redução mais força e menos velocidade terá o veículo e quanto menor for a redução mais velocidade e menos força terá o veículo.

“Os dentes da coroa e do pinhão podem ser fabricados com diferentes formas de geometria. A ArvinMeritor utiliza o tipo hipóide, mais resistente, silencioso e leve, além de contar com dimensões possíveis da coroa e do pinhão”, comenta Gabriel. “Devido ao tipo de engrenamento, o tipo hipóide possui uma característica chamada “off-set”, que é a distância entre a linha de centro da coroa e a linha de centro do pinhão no sentido vertical”, completa.

Manutenção

A lubrificação do carro é um dos itens mais importantes para manter o conjunto do diferencial em boas condições porque reduz desgaste do atrito, protege o metal de oxidação e corrosão, e dissipa o calor excessivo

Utilizar o lubrificante automotivo correto (SAE 85W 140 API GL 5), e no nível indicado, é indispensável. O nível e a viscosidade do óleo devem ser checados a cada 2 mil km e a troca é recomendada quando o veículo atinge 160 mil Km ou um ano de uso. Em condições severas de trabalho, esse prazo diminui para 50 mil km ou a cada seis meses.

A falta de lubrificação, nível baixo, óleo vencido, não apropriado, e vazamento do vedador do pinhão ou dos cubos de roda, podem causar sérios danos ao componente do diferencial. Todos os torques e ajustes aplicados deverão seguir as especificações da montadora.

Diagnóstico de falhas

Danos no conjunto do eixo diferencial podem ser causados pelos seguintes fatores: aplicação, operação do motorista, falta de manutenção, modificação do veículo ou do trem de força, uso incorreto do Peso Total Bruto (PTB) e do Peso Total Bruto combinado (PTBC). O componente mais sujeito a sofrer avarias é o semi-eixo.

Os problemas podem ser causados por fadiga do eixo, fadiga por choque, dentes quebrados e quebra no anel do ajuste do lado da flange, entre outros defeitos provocados por desgaste natural ou por fatores externos

A quebra por carga de choque causa fratura instantânea ou trinca (a parte danificada é visível) e pode acontecer devido ao acionamento incorreto do bloqueio na passagem para tração. Outros defeitos são fadiga do eixo traseiro e fadiga de superfície. Rolamentos avariados também prejudicam o conjunto.

Alguns fatores são: falta de lubrificação automotiva, manuseio incorreto, lubrificante automotivo contaminado e carga excessiva.

O contato e a folga entre os dentes do par coroa e pinhão são muito importantes, pois podem aparecer trincas prematuras ou provocar ruído nos componentes.

Desmontagem e montagem

Utilizar ferramentas adequadas e equipamentos de proteção, como luvas e óculos, principalmente, se estiver manuseando peças quentes ou martelo são essenciais para sua segurança.

Diferencial – Como Funciona

Diferencial – Funcionamento

Instrumento tão importante quanto o motor, transmissão, embreagem e freios, o diferencial é o componente do veículo capaz de transmitir a potência do motor às rodas, direcionar a potência do motor para cada roda e atuar como o último regulador da transmissão para o controle perfeito das marchas.

Qual a necessidade do diferencial?

Devido à uma lei física, a da inércia, as rodas giram de forma diferente, principalmente quando se tratam de curvas, onde as rodas que estão por dentro andam menos do que as que estão por fora. Uma vez que a velocidade é o resultado da divisão do tempo pela distância a ser percorrida, as rodas que andam “menos” tem que rodar a uma velocidade menor também

Nos carros sem tração (roda dianteira nos carros de tração traseira e roda traseira nos carros de tração tração dianteira), isso é primordial para que um mesmo motor e transmissão possam girar as rodas sem fadiga dos eixos, sem patinação de uma das rodas e sem desgaste prematuro dos pneus, especialmente hoje no piso de concreto em que se transformaram às rodovias.

O que é então

O diferencial é um mecanismo que permite dividir a potência do torque do motor para que as rodas possam girar de acordo com que as necessidades do terreno pedem, ou até mesmo, permitam

Em todos os veículos é necessário que exista um diferencial no conjunto de rodas em que a tração não as controle. Nos veículos com tração nas quatro rodas, é necessário então que hajam dois diferenciais, um em cada conjunto de rodas

Quanto o sistema de tração nas quatro rodas é temporário, as rodas não possuem diferencial, e sim uma ligação direta nas rodas da frente e detrás, para controlarem conforme o acionamento do motorista. Note que estes veículos tem dificuldade de condução quando a tração nas quatro está ligada sobre o asfalto.

Tipos de diferencial

Diferencial aberto:

Quando de andar numa reta, todas as rodas são submetidas à uma mesma velocidade. O pinhão aciona a coroa que não deixa nenhuma das engrenagens satélites rodarem, deixando o movimento para as planetárias se moverem, causando a distribuição uniforme

O pinhão é reduzido em relação à coroa. Geralmente, esta é a última engrenagem disposta a reduzir a velocidade do carro. Quando você escutar algo como relação de diferencial em 4:10:1 significa que a coroa tem 4,10 mais dentes que o pinhão. Quando o carro faz uma curva, o peso que inércia exerce sobre um dos lados do carro faz com que o pinhão entre em ação, fazendo com que as rodas de dentro rodem menos que às de fora, através da movimentação das engrenagens satélites do lado que foi exercido peso em detrimento da frenagem das planetárias do lado de fora.

Diferencial – Carros

O diferencial, ao contrário de outros itens mecânicos, tem basicamente três papéis diferentes e fundamentais no adequado movimento do carro. Não necessariamente em ordem de importância, primeiramente é através do diferencial que a mudança de direção do torque ocorre, fazendo com que o movimento de rotação do eixo cardan seja transferido aos semi-eixos traseiros (nos carros de tração traseira e motor dianteiro).

Seu segundo papel e o fator responsável pelo seu nome é possibilitar que as rodas de tração girem em velocidades diferentes em uma curva, já que a roda externa percorre uma distância maior nesta situação. E por último, é no diferencial que ocorre a redução final da velocidade transmitida pelo câmbio

Comecemos de trás para frente. A redução de velocidade de rotação do câmbio é necessária, tanto para imprimir às rodas uma velocidade compatível, como para aumentar o torque fornecido. Por exemplo, adotemos um motor que esteja a 2000 rpm. Em primeira marcha, com uma relação de 4.00:1, teremos uma velocidade de 500 rpm na saída da caixa de câmbio. Se o diferencial tiver uma redução maior do que a da primeira marcha (5.00:1), então teremos 100 rpm, que é a velocidade com que a roda vai girar

A relação de redução de um diferencial é dada, pela diferença no número de dentes da coroa e do pinhão. Assim se uma coroa tiver 48 dentes e o pinhão 12, para cada volta da coroa, o pinhão dá 4 voltas. Ainda, tendo em mente que torque e velocidade são inversamente proporcionais, uma redução de 4 vezes na velocidade, produz por outro lado um aumento de 4 vezes no torque, o que explica porque utilizamos marchas mais baixas quando queremos mais “força” do motor

O segundo papel do diferencial é o que responde pelo seu nome e tem como função melhorar a dirigibilidade do veículo em curvas e até mesmo impedir a quebra do eixo de tração, que certamente ocorreria se este fosse inteiriço e rígido. O sistema que responde por fazer as rodas assumirem velocidades diferentes, é composto por dois pares de engrenagens chamadas de planetárias e satélites. Cada planetária se liga a cada semi-eixo de tração e têm ligação mecânica entre si, por meio do par de satélites.

As engrenagens satélites por sua vez, estão fixadas à coroa e são articuladas em seu eixo. Quando o carro está em linha reta, o giro da coroa é transmitido às planetárias de forma idêntica, porém quando entra em uma curva, a “resistência” da roda interna em girar é transmitida às satélites, que começam a girar em torno de seu próprio eixo, fazendo com que a planetária da roda externa à curva ganhe mais velocidade.

E como se não bastasse o papel de redução da velocidade do motor e câmbio e transferência diferenciada de torque para as rodas de tração, o diferencial ainda é responsável por mudar o orientação de rotação que vem do motor e câmbio. Imagine que em carros com tração traseira e motor dianteiro, o eixo de rotação do cardan é longitudinal (no sentido do comprimento do veículo).

Neste caso o diferencial também é responsável por fazer com que a rotação mude de direção em 90º para o eixo das rodas, através de um sistema de pinhão e coroa. Antigamente os dentes da corao e do pinhão eram retos, o que submetia as engrenagens a muito esforço, já que toda a força era aplicada em apenas um dente de cada vez. Atualmente, os dentes são helicoidais, reduzindo o esforço, pois sempre há mais de um dente em contato simultâneo

Entretanto, muitos já puderam comprovar na prática que o diferencial convencional apresenta um certo inconveniente em determinadas situações.

Imagine que você tenha apenas uma das rodas de tração do seu carro atolada em uma lamaçal. Esta roda girará em falso e a outra estará parada e por causa do funcionamento do diferencial, não terá torque para mover o carro, mesmo que esta tenha aderência. Por esta e por outras razões surgiram outros tipos de diferencial

A aplicabilidade e variações de diferenciais, estão sendo cada vez maiores, sobretudo nos veículos 4×4 e AWD (All Wheel Drive).

Nestes carros particularmente, costuma-se encontrar três conjuntos de diferenciais, sendo um para cada eixo e um central, que responde por fazer a distribuição de torque entre cada eixo. Além do chamado diferencial convencional ou aberto, que foi abordado aqui, ainda há diferenciais “especiais”, como o de acoplamento viscoso, blocado, de deslizamento limitado e Torsen, cada um deles com características próprias e aplicações diferenciadas.

O diferencial de acoplamento viscoso é basicamente constituído de um conjunto de discos intercalados na ponta de cada semi-eixo e envoltos em um fluído de elevada viscosidade. Na situação em que uma roda gire em falso, por exemplo, e a outra fique parada, o arrasto produzido pelo conjunto de discos da roda que gira em falso, faz com que os discos da roda imóvel adquiram movimento por arrasto do meio viscoso.

Diferencial – Veículos

Diferencial – Carro

Quando um veículo anda em linha reta as suas rodas percorrem um mesmo  caminho e portanto o número de giros para as rodas de mesmo diâmetro é igual. No entanto quando o veículo faz uma curva as rodas não fazem o mesmo percurso. Há uma circunferência menor a ser percorrida e outra maior. Analisemos  um veículo com tração traseira. Vemos que foi preciso encontrar uma maneira de transferir a força do motor para os semi-eixos de cada roda, considerando o fato de terem essas rodas trajetórias diferentes.

Essa invenção que foi chamada diferencial que quando se se entende o seu funcionamento percebe-se que é algo realmente simples, genial, admirável. Esta invenção é atribuida ao francês Onesiforo Pecqueur (Chefe de Oficina no Conservatório de Artes e Ofícios de Paris) em 1827.

O motor ao girar transmite seu movimento através do câmbio de marchas para o eixo de Transmissão. Este faz girar a coroa. Observe que a coroa não está diretamente ligada aos semi-eixos. Solidários à coroa estão os Satélites que transmitem então os movimentos aos semi-eixos. Então quando o carro está trafegando em linha reta as rodas tem a mesma rotação e repare que os satélites estão parados. Eles não estão girando sobre seus eixos. Estão transmitindo o movimento circular da coroa aos semi-eixos. Se o veículo não fizesse curvas o eixo de transmissão e a coroa dariam conta do recado.

Quando o veículo inicia uma curva então os satélites passam a girar, fazendo com que as rodas interna e externa girem em velocidades diferentes para compensar a diferença entre o raio que a roda interna percorre em relação ao raio que a roda externa percorre. Se o motor estiver em funcionamento e sómente uma das rodas estiver apoiada ao chão, esta não se movimentará, e a outra será acelerada.

Se então a roda que está suspensa que está a girar  – for segura, perceber-se-á que a roda apoiada ao chão ganhará tração. Quando uma das rodas perde contato com o chão a aceleração brusca da roda que perdeu o contato com o chão irá colocar o sistema blocante em funcionamento transferindo a tração para a roda oposta.

Se a velocidade do veículo permanecer constante (100%) em curvas e a velocidade da roda interna cair para 90%, a roda externa terá sua velocidade elevada para 110%. Se a velocidade for nula (roda parada), a outra rodará a 200%.

O diferencial é fator de equilíbrio, repartindo o esforço de giro entre as duas rodas igualmente, isto acarreta um incoveniente: quando, por qualquer motivo, uma roda motriz perde aderência, a potência desenvolvida é transferida  sobre essa roda, aumentando sua rotação. Esta repartição em partes iguais faz com que uma das rodas gire em falso e a outra (com aderência, mas sem força) não possua torque suficiente para deslocar todo o peso do veículo. É necessário então a  aplicação de dispositivos autobloqueantes.

O autobloqueante é um limitador da atividade do diferencial. Quando uma roda gira em falso, ainda que momentaneamente, haja uma transmissão integral de força para a roda oposta, dobrando sua rotação e absorvendo todo o torque (o torque se concentra na roda que teve sua aderência ao solo reduzida ou eliminada), enquanto a oposta está destracionada, gera uma situação inconveniente em uma curva, por exemplo. A incorporação do autobloqueante ao diferencial convencional evita a perda da tração. O mais conhecido e aplicado, por sua eficácia e baixa manutenção, é o de placas de atrito.

Diferencial – Componentes

Diferencial – Componentes

O diferencial conecta o eixo de saída da caixa de câmbio aos dois semi-eixos que fazem mover as rodas traseiras.

O diferencial permite que, numa curva, a roda externa gire mais rápido que a roda interna, enquanto continua a transmitir potência da caixa de câmbio.

Essa liberdade de movimento relativo entre os dois semi-eixos pode ser uma desvantagem no limite de aderência: uma roda pode perder tração enquanto a outra ganha tração e começar a girar em falso.

Isso pode ser evitado usando-se um diferencial com acoplamento adicional entre os dois semi-eixos. A rigidez do acoplamento pode ser ajustada de acordo com o tipo de circuito e com seu estilo de pilotagem.

Todos os diferenciais quando o carro não está fazendo uma curva mantém as rodas direita e esquerda do carro com a mesma velocidade. Neste momento, as engrenagens internas do diferencial estão paradas, isto quer dizer que as pontas de transmissão do diferencial giram na mesma velocidade funcionando como um eixo rígido, sendo o diferencial autoblocante ou não.

Nas curvas as engrenagens internas do diferencial entram em funcionamento fazendo com que as rodas internas e externas do carro girem em velocidades DIFERENTES para compensar a diferença entre o raio que a roda interna percorre em relação ao raio que a roda externa percorre. Quando uma das rodas do eixo dianteiro ou eixo traseiro perdem contato com o chão, a roda do lado oposto ao que perdeu contato com o chão fica totalmente sem tração.

Quando uma das rodas perde contato com o chão ou tem sua carga de mola diminuida (as rodas do lado interno da curva), a aceleração brusca da roda que perdeu contato com o chão coloca o sistema blocante em funcionamento e transfere tração para a roda oposta. À medida que a rotação das rodas se estabiliza, o sistema deixa de funcionar passando a ter as características de um diferencial convencional.

Fonte: www.lmada.com/www.colegiosaofrancisco.com.br