Funcionamento e detalhes da Caixa de Transferência


Crédito foto: http://dalesauto.ca/

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Na história do automóvel sempre foi destacado a motorização, pois de fato, é esta que possibilitou o automóvel se deslocar e atingir grandes velocidade, como observamos atualmente. Entretanto, foi a transmissão que possibilitou o automóvel utilizar a força produzida por esses motores. Mas até então o automóvel sempre foi trabalhado para possuir tração em apenas duas rodas, seja no eixo dianteiro ou traseiro. Inúmeras tentativas sem sucesso de aplicar a tração nas quatro rodas foram realizadas, poucas saíram do papel, e muito menos ainda, deram certo. Os resultados começaram a aparecer em meados dos anos 70, quando a Audi saia da caixa e iniciava a utilização de sistemas de tração nas quatro rodas para competições de rali. O desenvolvimento se estendeu, chegando ao eficiente sistema Quattro utilizado em carros do extinto Grupo B, e que até hoje equipa os modelos da marca.

Mas para todas as rodas possuírem torque motriz, o sistema de transmissão precisa estar equipado com um componente chamado de Caixa de Transferência. Contudo, variações de sistemas de tração nas quatro rodas foram surgindo, atendendo a diferentes tipos de demandas e componentes como Acoplamento Viscoso e o Diferencial Central também surgiram. E serão destes componentes que abordaremos nessa matéria, em especial, a Caixa de Transferência.

Função
Exemplo de sistema de tração nas quatro rodas com caixa de transferência. Repare, que neste caso, um motor elétrico aciona os garfos seletores. Crédito foto: http://www.dennisservice.com/

Exemplo de sistema de tração nas quatro rodas com caixa de transferência. Repare, que neste caso, um motor elétrico aciona os garfos seletores.
Crédito foto: http://www.dennisservice.com/

Para que parte do torque seja transmitido para todos eixos, o sistema de transmissão deve possuir um componente que faça a distribuição de torque entre estes. A caixa de transferência, então foi desenvolvida para prover torque ao dois eixos, podendo ou não, o motorista, selecionar quando utilizar o sistema de tração nas quatro rodas. Além disso a caixa de transferência é, frequentemente, dotada de um sistema de redução que possibilita ao veículo mais torque para superar terrenos acidentados, subidas íngremes, solos arenosos, e situações extremas.

Entretanto, a caixa de transferência é pesada, cara de projetar e fabricar, pois os materiais utilizados nas engrenagens e correntes (se tiver) visam a robustez e durabilidade do conjunto. Não escapando nem mesmo a própria carcaça da caixa de transferência, que é comumente feita de ferro fundido para aguentar as exigências nas quais o componente será submetido, embora já existam caixas com carcaças feitas em alumínio. Dessa forma, a caixa de transferência acabou tornando-se útil apenas em veículos utilitários (picapes médias, SUVs e pequenos caminhões) e veículos pesados.

O mercado também pedia por veículos com tração nas quatro rodas que pudessem atingir grandes velocidades, andar em terrenos levemente acidentados e estradas de neve com segurança. Então surgiu a transferência de torque por acoplamento viscoso. Um sistema com a mesma função da caixa de transferência, mas com capacidade inferior em termos de torque, contudo adequado a exigência de determinadas categorias de veículos. O acoplamento viscoso é utilizado em veículos que a demanda por tração em todas as rodas não é permanente e tão pouco situações extrema, mas é capaz de alternar do modo tração simples para tração total em questão de segundos, sem interferência do motorista, funcionando como um importante sistema de transmissão capaz de prover mais estabilidade ao veículo em momentos que as rodas do eixo motriz nominal perdem tração. É barato, leve, compacto e de funcionamento simples, o que o torna totalmente adequado a uma ampla gama de tipos de veículos, do pequeno K-car ao superesportivo de ponta.

Seria natural dizer que a caixa de transferência ficaria apenas em veículos pesados ou voltados para uso de off-road extremo, pois estes eram capazes de distribuir igualmente o torque sobre todas as quatro rodas, o que é excelente para o uso fora – de – estrada, mas péssimo para ruas pavimentadas. Pois as rodas dos eixos dianteiro e traseiro percorrem distancias diferentes quando contornam uma curva, e se por ventura não houver redução do torque nas rodas dianteiras (rodas traseira devem girar mais rápido), o veículo sofrerá um grande understeering, desgastará rapidamente os pneus, os componentes do diferencial e da caixa de transferência, levando estes a quebra.

Contudo, o mercado não tomou esse rumo, a caixa de transferência evoluiu, ganhou sistemas eletrônicos de acionamento automático, ECU para controle de seu funcionamento, passou a ser integrada a importantes controles eletrônicos e componentes como Tração, Estabilidade, ABS e principalmente, o diferencial central. Um componente capaz de distribuir o torque entre os eixos, mas compensando a velocidade das rodas destes nas curvas. Dessa forma, carros com caixa de transferência tornaram-se capazes de trafegar com tração total, mesmo em estradas pavimentadas, cabendo ao sistema eletrônico ligar e desligar o sistema de acordo com o comando do motorista.

Assim o mercado de veículos com tração nas quatro rodas aumentou expressivamente, disponibilizando no mercado veículos com tração nas quatro rodas com diferentes tipos de utilização, do compacto ao superesportivo passando pelo SUVs, picapes e jipes.

Definições

Caixa de transferência:

Crédito foto: http://image.4wdandsportutility.com/

Crédito foto: http://image.4wdandsportutility.com/

É o principal componente utilizado em sistemas de tração nas quatro rodas. Geralmente, carros que utilizam caixa de transferência recebem a denominação de 4WD (Four-wheel drive), que tornou-se comum à veículos que utilizam sistemas não permanentes (Parti-Time).
É feita em ferro fundido, com engrenagens fabricadas em aço, os componentes responsáveis pela transferência de torque podem ser também engrenagens ou correntes, estas mais silenciosas, contudo menos dispostas exigências extremas, motivo pelo qual caixas com engrenagens são preferidas.

Crédito foto: http://www.thehulltruth.com/

Crédito foto: http://www.thehulltruth.com/

A caixa de transferência, além de distribuir o torque entre os eixos, pode também dispor de um conjunto de engrenagens redutoras, que multiplicam o torque aplicado as rodas. Esse sub-sistema é chamado de reduzida (low), sendo então o acionamento normal da tração 4×4, chamado “alta” (high). A reduzida foi desenvolvida para possibilitar que o veículo supere situações aonde a tração é extremamente baixa.

O acionamento da caixa de transferência, em seus primeiros sistemas, era realizado por meio de uma alavanca semelhante a da caixa de marchas, aliás, é localizada ao lado desta e no seu pomo há indicações como 2WD (tração simples, normalmente nas rodas traseiras), 4WD High (tração nas quatro rodas com relações de marcha iguais a tração simples) e 4WD Low (tração nas quatro rodas com relações reduzidas). Embora ainda se fabriquem sistemas manuais, atualmente existem caixas de transferência com atuadores eletrônicos que efetuam o acionamento da caixa e sua redução por meio de botões ou interruptores no painel. A transição de tração simples para tração nas quatro rodas pode ser realizada com o veículo em movimento, porém até determinada velocidade. O contrario ocorre com a reduzida, que requer imobilidade total do veículo para ser acionada. Além disso, o sistema de tração 4×4 com caixa de transferência requer a desativação da roda livre, um mecanismo que trava os cubos de rodas dianteiros ao diferencial dianteiro. Esse mecanismo era acionado manualmente, sendo necessário que o motorista parasse o veículo para aciona-lo. Atualmente há mecanismos de roda livre automáticos, que ao ser acionada a tração nas quatro rodas, já efetuam o travamento das rodas dianteiras.
A caixa de transferência tem na robustez seu maior atributo, sendo seu maior ponto fraco o peso e o custo.

Acoplamento viscoso:

Crédito foto: https://shufti.files.wordpress.com

Crédito foto: https://shufti.files.wordpress.com

Trata-se de uma tecnologia que permitiu a utilização de tração nas quatro rodas em veículos menores e esportivos, nesta um tambor contem diversas placas internamente. Embora muito próximas, essas placas não se tocam. O tambor possui uma tampa, na qual passa a ponta da árvore de transmissão. Esta, além de passar pela tampa, também encaixa no estriado central de um dos dois conjuntos de placas. O segundo conjunto de placas, possui dentes em sua circunferência exterior, estes engrenam na carcaça do tambor, que é engatada diretamente na na árvore de saída. Cada placa é circular, e dotada ranhuras ou furos em sua superfície.

Orifício de dreno do óleo lubrificante do acoplamento viscoso. Crédito foto: https://shufti.files.wordpress.com

Orifício de dreno do óleo lubrificante do acoplamento viscoso.
Crédito foto: https://shufti.files.wordpress.com

Dentro do conjunto de acoplamento viscoso encontra-se um fluído feito a base de silicone, este preenche todo o espaço livre dentro do tambor, ou seja, os espaço entre as placas. A principal característica desse fluído, é o aumento de sua viscosidade de acordo com o aumento de temperatura, a ponto chegar a um estado quase sólido. O fluído possui a função de transferir o torque recebido pela árvore de transmissão, para a árvore de saída, que neste caso é ligado ao diferencial traseiro (ou dianteiro, dependendo da aplicação).

Dessa forma, o acoplamento viscoso possui um deslizamento natural, que é o momento em que o fluído ainda não se tornou viscoso o suficiente para ser capaz de transmitir torque à árvore de saída. Quando o fluído aquece e alcança uma determinada temperatura, sua viscosidade aumenta a ponto deste conseguir transmitir o torque do eixo dianteiro para o traseiro, e assim prover ao veículo uma distribuição momentânea de torque nas quatro rodas.

Diferencial central:

Diferencial central, em seguida o acoplamento viscoso. Crédito foto: http://www.houseofthud.com/

Diferencial central, em seguida o acoplamento viscoso.
Crédito foto: http://www.houseofthud.com/

Assim como nome, o diferencial central é o mesmo diferencial utilizado em nos eixos motrizes, porém, agora, com a função de distribuir o torque entre os eixo dianteiro e traseiro, equalizando a velocidade destes, e dessa forma, permitindo que o automóvel contorne curvas.

Engrenagens satélites do diferencial central.

Engrenagens satélites do diferencial central.

Também possui engrenagens hipoides, no caso, a coroa, as satélites e as planetárias, que realizam as mesmas funções em relação ao diferencial explicado em matéria própria (leia mais sobre diferencial). Com a diferença, que neste caso as engrenagens não se ligam à semi-árvores e sim, à engrenagens da caixa de transferência ou engrenagens do diferencial dianteiro e a árvore de transmissão. Tudo depende da aplicação.

Conjunto Diferencial, uma mecanismo compacto que aloja tanto o diferencial dianteiro como o central.

Conjunto Diferencial, uma mecanismo compacto que aloja tanto o diferencial dianteiro como o central.

O diferencial central pode estar montado em conjunto com a caixa de transferência ou em conjunto com o diferencial dianteiro, neste último caso, formando um conjunto compacto e mais leve. Quando o diferencial central é montado na dianteira, ligado ao diferencial dianteiro, os dois componentes formam o Conjunto Diferencial, responsável por distribuir o torque motriz entre os eixos e as rodas.

Trem epicicloidal utilizado como diferencial central. Crédito foto: http://www.stealth316.com/

Trem epicicloidal utilizado como diferencial central.
Crédito foto: http://www.stealth316.com/

Em aplicações nas quais o diferencial central é utilizado na caixa de transferência, aquele é um trem epicicloidal, ou conjunto de engrenagens planetárias, que permitem a diferença de velocidade entre o eixos dianteiro e traseiro.
Independente de sua localização, o diferencial central funciona a partir do momento em que o veículo começa a contornar uma curva. As rodas dianteiras devem girar mais devagar em relação as rodas traseiras, e nesse momento, o diferencial permite que o eixo dianteiro gire mais devagar que o traseiro.

Componentes

Caixa de transferência:

Vamos conferir abaixo os componentes básicos de uma caixa de transferência que utiliza engrenagens, ao invés de corrente, para efetuar a transmissão do torque para o eixo dianteiro. Caixas desse tipo são frequentemente utilizadas em aplicações da linha pesada ou onde haverá exigências extremas sobre o powetrain.

Crédito foto: Mercedes - Benz

Crédito foto: Mercedes – Benz

  • Árvore primária;
  • Árvore intermediária;
  • Árvores secundárias;
  • Luvas de engate.

Árvore primária: É a responsável por receber o torque motriz da caixa de marchas, no seu flange está aparafusado o garfo da árvore secundária da caixa de marchas. Na árvore primária estão as engrenagens que motrizes para efetuar a transmissão ou redução do torque para as árvores secundárias da caixa de transferência. Na árvore primária também estão alojadas as luvas de engate, que selecionam a tração, 4×4 ou 4×2, e a redução do conjunto.

Árvore intermediária: Trata-se de um eixo dotado de engrenagens que efetuam a transmissão do torque para as árvores secundárias. As engrenagens da árvore intermediária podem, também, efetuar a redução do torque motriz, a reduzida, geralmente, é acionada por uma luva de engate ou atuador eletro hidráulico. Árvore intermediária é um eixo movido pela árvore primária da caixa de transferência.

Árvores secundárias: É a árvore de saída, que envia o torque direto para os diferenciais dianteiro e traseiro, nesta aplicação de exemplo as árvores compartilham do mesmo eixo, mais não são inteiriças. A árvores secundária dianteira tem movimento independente da árvore secundária traseira, mas pode ser acoplada através da luva de engate. Dessa forma o torque é transmitido para as árvores secundárias.

Luva de engate: Assim como nas caixas de marchas, as luvas de engate possuem a função de acoplar uma árvore de transmissão (neste caso, a do eixo dianteiro), possuem formato de garfo e encaixam em sincronizadores. O movimento da alavanca de acionamento desloca a luva que empurra o sincronizador em direção a engrenagem da outra árvore secundária ou da reduzida.

Acoplamento viscoso:

Crédito foto: http://www.stealth316.com/

Crédito foto: http://www.stealth316.com/

Tambor: Responsável por alojar as placas, o tambor também serve de reservatório para o óleo hidráulico do acoplamento viscoso. Além disso, internamente possui entalhes, aonde as placas que se ligam a árvore de saída engrenam e dessa forma transmitem o torque do fluído para a aquela. Portanto, o tambor tem como principal função, servir de elemento transmissor de torque para a árvore de saída.

Tampa do tambor: A tampa fecha o tambor, impedindo o vazamento do óleo, tanto a tampa quanto o tambor são dotados de retentores. Pela tampa, passa a árvore de transmissão, suas estrias permitem o encaixe do conjunto de placas responsáveis por transmitir o torque motriz da caixa de marchas para o óleo do acoplamento viscoso, e que estas girem solidárias a árvore de transmissão. A tampa, além prover o fechamento do tambor, é também um elemento de suporte da árvore de transmissão.

Placas: São discos de pequena espessura, e diâmetro adequado as medidas do tambor, os disco estão dispostos em dois conjuntos, o que transmite o torque motriz da árvore de transmissão e o que é movido pelo movimento do óleo viscoso. Os conjuntos de placas giram à velocidades diferentes, até que o óleo atinja um determinado nível de viscosidade, que seja capaz de transmitir o torque da árvore de transmissão para o tambor, e claro, deste para árvore de saída. As placas, embora possuam o mesmo formato, possuem furos e ranhuras responsáveis por ampliar a área de contato destas com o fluído. Além disso, cada conjunto de placas também possuem dentes, em sua circunferência interna ou externa, que serve de encaixe destas com a árvore de transmissão e com o tambor.

Óleo: O óleo possui papel fundamental no funcionamento do acoplamento viscoso, que neste caso possui silicone em sua formulação. A característica desse óleo é ficar mais viscoso com o aumento da temperatura. Esta, aumenta quando o movimento relativo entre as duas placas aumenta, ou seja, quando o conjunto de placas ligadas a árvore de transmissão gira mais rapidamente em relação ao conjunto de placas que engrenam com o tambor. A temperatura do óleo, então, aumenta, o óleo fica mais viscoso, e então a árvore de saída começa a girar de acordo a velocidade da árvore de transmissão.

Diferencial central:

Diferencial central do tipo aberto destacado na foto. Crédito foto: http://www.eurocarnews.com/

Diferencial central do tipo aberto destacado na foto.
Crédito foto: http://www.eurocarnews.com/

Sabendo que o tipo de diferencial central varia com a aplicação, quando no montado na caixa de transferência, é geralmente feito como um conjunto de engrenagens planetárias, quando montado no conjunto diferencial, é basicamente um diferencial comum.

Diferencial central – Conjunto diferencial:

Conjunto diferencial - Differential Gear Unit Crédito foto: http://d1r57ja1amoclf.cloudfront.net/

Conjunto diferencial – Differential Gear Unit
Crédito foto: http://d1r57ja1amoclf.cloudfront.net/

Pinhão: Neste caso, o pinhão também possui as mesma características do diferencial utilizado nos eixos dianteiro e traseiro, ou seja, é uma engrenagem cônica. Entretanto, o pinhão, nesta aplicação, é acionado pela coroa, e não acionador. O pinhão está ligado a árvore de transmissão, e esta ao diferencial, geralmente, do eixo traseiro;

Coroa: A coroa transmite o torque, distribuído pelo diferencial central, para o eixo traseiro. Pode, também, incorporar um sistema de bloqueio do diferencial central, quando este for um sistema aberto. Também preserva as mesmas característica de material e design da coroa do diferencial dos eixos dianteiro e traseiro, apenas variando sua função;

Engrenagens satélites: São responsáveis pela distribuição de torque entre os eixos, ou seja, equalização da velocidade quando em curvas. São engrenagens cônicas, assim como as satélites do diferencial dos eixos dianteiro e traseiro;

Engrenagens planetárias: As engrenagens planetárias transmitem o torque para os eixos dianteiro e traseiro. Basicamente, esta é a sua função, mas não estão necessariamente ligadas a eles, pois quando falamos em Conjunto Diferencial, temos dois diferenciais acoplados um no outro. Dessa forma, as engrenagens planetária se ligam, uma delas a caixa do diferencial dianteiro e a outra a árvore de transmissão, que transmite o torque para o eixo traseiro.

Funcionamento

Caixa de transferência:

Fluxo de funcionamento em modo 4x2. Crédito foto: Mercedes-Benz

Fluxo de funcionamento em modo 4×2.
Crédito foto: Mercedes-Benz

Mesmo que o veículo não esteja operando com tração nas quatro rodas, a caixa de transferência funciona transmitindo o torque para o eixo traseiro. A árvore secundária da caixa de marchas é ligada ao flange de entrada da caixa de transferência, então o torque é transmitido a árvore primária. As engrenagens da árvore primária se ligam às engrenagens da árvore intermediária, porém com a ressalva de que a luva de engate da engrenagem redutora não está acionada. Dessa forma não há redução, e a árvore intermediária transmite torque apenas para a árvore secundária traseira, e desta para o seu respectivo eixo de transmissão.

Uma vez que a roda livre foi acionada, o veículo pode ter seu sistema de tração nas quatro rodas (4×4 High) acionado. Alguns veículos permitem que o acionamento se efetue em movimento, quando este for o caso, a luva de engate, aciona um sincronizador, que promove um acoplamento gradual das árvores secundárias traseira e dianteira, equalizando a velocidade entre os eixos.

Fluxo de torque para as árvores de saída dianteira e traseira com engrenagem reduzida. Crédito foto: Mercedes-Benz

Fluxo de torque para as árvores de saída dianteira e traseira com engrenagem reduzida.
Crédito foto: Mercedes-Benz

Quando a demanda de tração for extrema, deverá ser acionada a redução (4×4 Low). Esta redução é uma engrenagem contida na árvore primária, mais que não está acionada devido a luva de engate se encontrar na engrenagem alta (High). Para acionar a reduzida, que geralmente não dispõe de sincronizador, é necessário parar o veículo e acionar a alavanca até posição 4×4 Low. Dessa forma a luva de engate empurra o seletor em direção a engrenagem reduzida, então temos uma nova relação de marchas que privilegia o torque em detrimento da velocidade.

Ao desativar e reduzida, a luva de engate retorna para a engrenagem alta da árvore primaria e as relação passam a ser as nominais. Por fim, acionando novamente a luva de engate da engrenagem da árvore dianteira, temos que a tração voltará a ser transmitida somente para o eixo traseiro.

Nas caixas de transferência que funcionam com corrente, o funcionamento é similar, mas com algumas diferenças. Então, temos que, ao receber o torque da caixa de marchas, a árvore secundária desta aciona a árvore de entrada da caixa de transferência. A árvore de entrada compartilha o mesmo eixo da árvore de saída, mas podendo estas duas girarem independentemente. Na árvore de entrada estão acoplados o trem epicicloidal de redução (4×4 Low) e a luva de engate com o conjunto sincronizador para acionamento do tração nas quatro rodas (4×4 High). Logo após, está a árvore de saída traseira, que contém a engrenagem de transmissão da árvore secundária dianteira. A árvore de saída traseira se liga ao flange de saída da caixa de transferência, e deste para o eixo traseiro.

Quando ativamos o modo de operação com tração nas quatro rodas, ativamos a luva de engate, que empurra o sincronizador de encontro a engrenagem de transmissão da árvore de saída dianteira, ao ser acoplada, esta passa a receber o torque da árvore de saída traseira e então a tração passa a ser nas quatro rodas (4×4 High) com igual distribuição de torque. Ao ser necessário mais torque, ativamos o modo reduzido (4×4 Low), assim ocorrerá o travamento do trem epicicloidal, o que promove uma nova relação entre a engrenagem solar (contida na árvore de entrada) e as planetárias do trem epicicloidal.

Ao desativarmos a reduzida, o trem epicicloidal é liberado e não há mais redução do torque recebido pela caixa de marchas. Desativando também a engrenagem de transmissão da árvore de saída dianteira, volta-se dispor de tração apenas nas rodas traseiras.
Assim como na caixa de transferência por engrenagens, o acionamento da reduzida também deve ser realizado com o veículo parado.

Acoplamento viscoso:

Crédito foto: http://prof-k.ru/

Crédito foto: http://prof-k.ru/

No momento em que o veículo se desloca, a tração é enviada da caixa de marchas para o diferencial do eixo motriz, nesse momento o outro eixo (podendo ser o traseiro ou dianteiro) passa a ser movido pelo deslocamento do veículo. No acoplamento viscoso, a árvore proveniente do eixo motriz acopla no conjunto de placas de entrada, este gira solidário a aquela. Enquanto não há perda de aderência no eixo motriz, ambos os eixos gira a mesma velocidade. Quando, em determinada situação, as rodas do eixo motriz perdem tração, estas passam a girar muito mais rápido que rodas do eixo não motriz, dessa forma os conjuntos de placas desempenham uma velocidade relativa em relação a eles mesmos. Isso faz o óleo aquecer e aumentar ainda mais sua viscosidade, diminuindo o deslizamento entre as árvores de entrada (vinda do eixo motriz) e árvore de saída (que se liga ao tambor do acoplamento viscoso), dessa forma mais torque é enviado para o eixo, anteriormente, não motriz. Dessa forma a tração passa a ser em todas as rodas, mas com uma taxa de distribuição de torque entre os eixo dianteiro e traseiro.

Quando as rodas do eixo motriz recuperam tração a passam a girar sem derrapar, velocidade relativa entre os conjuntos de placas diminui, as árvores de entrada e saída que se ligam a estas voltam a girar com velocidade relativa mínima ou zero, e dessa forma o óleo vai perdendo calor, voltando a sua forma normal. A distribuição de tração, novamente, passa a ser no eixo motriz.
O acoplamento viscoso necessita de um diferencial central, para que o sistema de tração nas quatro rodas seja capaz, também, de fazer curvas.

Diferencial central:

O diferencial central possui algumas variações para atender as necessidades de cada sistema de transmissão. Como um diferencial convencional, com engrenagens planetária e satélites, coroa e pinhão, o diferencial central funciona da seguinte forma:

Conjunto diferencial visto em corte. Repare que, à esquerda da imagem, um pinhão aciona a coroa da caixa do conjunto diferencial.

Conjunto diferencial visto em corte. Repare que, à esquerda da imagem, um pinhão aciona a coroa da caixa do conjunto diferencial.

O Conjunto Diferencial recebe o torque do motor por um pinhão, este aciona a coroa do diferencial central que está ligada a caixa deste. Dessa forma, o diferencial central gira, girando as satélites sobre as planetárias, estas giram acionando respectivamente a caixa do diferencial dianteiro e a árvore de transmissão que leva ao eixo traseiro. Assim, com o diferencial central girando, o diferencial dianteiro também gira, fazendo seu trabalho de distribuição de torque para as rodas dianteiras. A outra engrenagem planetária do diferencial central aciona o árvore de transmissão, esta ligada a uma coroa que aciona o pinhão da árvore de transmissão, sendo esta a última árvore antes do diferencial traseiro.

O Conjunto Diferencial então, funciona com as suas satélites garantindo a distribuição de torque entre as rodas dianteiras (diferencial dianteiro) e os eixos dianteiro e traseiro (diferencial central). As satélites, giram solidárias a caixa do diferencial, mas não sobre o próprio eixo, apenas quando um dos eixos dianteiro ou traseiro, possuem uma variação de sua velocidade. Então, as engrenagens satélites passam girar sobre seu próprio eixo, compensando a diferença de velocidade entre as rodas dianteiras e traseiras.

Outra tipo de aplicação do diferencial central é em caixas de transferência, nestas o diferencial central se resume a um conjunto de engrenagens planetárias, o chamado, trem epicicloidal. Este conecta a árvore de entrada com a árvore de saída, mas ao mesmo tempo que realiza uma conexão, também permite que estas possuam uma diferença de velocidade, permitindo que o veículo contorne curvas.

ct19

Engrenagem solar (maior), e engrenagens planetárias (menores) dentro do seu alojamento.

Partindo do ponto que o veículo está trafegando com tração nas quatro rodas (4×4 High), quando em movimento sem escorregamento, o conjunto de engrenagens planetárias gira como um só, a árvore de entrada e saída possuem a mesma velocidade. A árvore de saída da caixa de transferência transmite o torque para o eixo traseiro, aquela se conecta com a engrenagem solar do trem epicicloidal, enquanto que a árvore de entrada (que transmite o torque da caixa de marchas) se conecta com alojamento do conjunto planetário. É esse alojamento, que ao girar solidário a árvore de entrada, gira todo o trem epicicloidal, além disso o alojamento também é conectado com corrente de transmissão para o a árvore de saída dianteira.

Mas a partir do momento em que o veículo começa a contornar curvas, o eixo dianteiro perde velocidade, dessa forma há uma diferença de velocidade entre a engrenagens solar e o alojamento, essa diferença é compensada pelas engrenagens planetárias, que passam a girar sobre seu próprio eixo. Dessa forma as árvores de saída dianteira e traseira são capazes de girar à mesma velocidade, e quando necessário, à velocidades diferentes.

Sistemas de tração nas quatro rodas:

Os três componentes explicados anteriormente são aplicados em sistemas de tração nas quatro rodas, mas o uso de um ou de outro resulta em diferentes sistemas 4×4. Estes sistemas possuem características e limitações diferentes, assim três classes de sistemas de tração nas quatro rodas surgiram:

  1. On demand (Sob demanda);
  2. Parti-Time (Parcial);
  3. Full-time (Permanente).

Além disso, a sigla 4WD (Four Wheel Drive – Tração nas Quatro Rodas) é geralmente utilizadas em robustos sistemas que utilizam caixa de transferência, ou que possuem característica que tendam ao uso extremo. Enquanto que a sigla AWD (All Wheel Drive – Tração em Todas as Rodas) ficou reservadas à veículos que utilizam esse sistema com fins de performance, estabilidade e segurança.

O sistema On demand é o mais barato e compacto de todos, é voltado para aplicação leves, um sistema AWD para veículos de uso urbano, se adapta tanto para configurações de powertrain longitudinal, quanto transversal. Sua concepção geralmente se baseia no uso de Acoplamento Viscoso com Diferencial Central, mas como o próprio nome sugere, o sistema transmite torque para todas as rodas de acordo com a necessidade. Dessa forma, o veículo tem tração 100% traseira ou dianteira, dependendo do projeto, e transmitir parte do torque motriz para as demais rodas se a situação exigir. Trata-se de um sistema de tração nas quatro rodas voltado para a segurança ao rodar, utiliza muito da eletrônica do veículo, pois as rodas são constantemente monitorada por sensores, que detectam sua menor derrapada. Contudo, não podem ser utilizados de forma permanente, o que levaria o sistema a quebra. Outro ponto fraco  é o acoplamento viscoso, que funciona com um deslizamento natural, esse deslizamento leva a um pequeno atraso na ativação do outro eixo motriz. O sistema AWD On demand é na maior parte do tempo um sistema de tração simples, mas capaz de alterar para tração nas quatro rodas quando necessário, apenas.

Mais moderno, o sistema Full-time AWD é baseado na utilização de Embreagem Multi Disco mais Diferencial Central, mas com componentes mais modernos. O acoplamento viscoso, aqui, pode ser eletrônico ou mecânico, além do diferencial central ter a possibilidade ser Torsen. Como também é possível ter um full time awd com diferencial central aberto e acoplamento viscoso mecânico. Neste sistema a tração é permanente nas quatro rodas, com distribuição de torque também permanente. Sua única variação mesmo, é a utilização dos componentes citados acima. A mais barata, utiliza diferencial central do tipo aberto, que como todo diferencial, permite que uma roda sem tração receba todo o torque motriz. Nesta aplicação, o uso de sistemas eletrônicos de tração e freio são aplicados para compensar a falta de um diferencial de deslizamento limitado.
Há também, sistemas que utilizam diferencial central de deslizamento limitado do tipo eletrônico, que funcionam da mesma forma que o sistema anterior, mas com um monitoramento do diferencial central por uma ecu, que controla a distribuição de torque entre eixo dianteiro e traseiro.

A última variação do sistema full-time awd utiliza o diferencial central do tipo Torsen, este tipo de diferencial possui a capacidade de detectar o deslizamento de um dos eixos, e travar instantaneamente ambos de forma a impedir que o eixo sem tração fique com todo o torque motriz disponível, tudo isso, mecanicamente. Entretanto, diferente do diferencial utilizado nos eixos dianteiro e traseiro, o diferencial central Torsen não bloqueia completamente, na verdade este oferece uma grande resistência ao eixo que tende a girar mais rápido devido a perda de tração.

O sistema full-time awd é um sistema de tração nas quatro rodas desenvolvido para aplicações voltadas para performance e grande desempenho.

O tradicional sistema Part-time 4WD é conhecido por aplicação na linha pesada ou para uso off-road extremo. É característica deste sistema a utilização da caixa de transferência com corrente ou engrenagem, além de possuir uma engrenagem redutor para necessidade de baixa velocidade e alto torque. Conhecido pela sua robustez, o acionamento da tração nas quatro rodas é feito por alavanca e acionamento do dispositivo de roda livre. A principal característica desse sistema, é transmissão igual de torque entre os eixos, fator esse, que devido a ausência de diferencial central, permite o uso da tração apenas no fora de estrada. Atualmente é encontrado sistemas part-time awd com atuadores elétricos que acionam a roda livre, tração nas quatro roda (4×4 high) ou reduzida (4×4 low) apenas por interruptores no painel, dispensando a alavanca. Este sistema ainda é o preferido para aplicações militares, competições de rali (raid, cross-country, rockcrawlers), veículos utilitários e off-road como picapes e jipes.

Com a crescente demanda do mercado para veículo todo terreno mais confortáveis e modernos, surgiu a categoria Full-time 4WD, basicamente uma fusão das categorias Part-time 4WD e Full-time AWD. A full-time 4wd combinou a robustez do primeiro com a modernidade do segundo, também é baseada na utilização de caixa de transferência, mas nesse caso com diferencial central, o que permite o uso da tração nas quatro rodas (4×4 high) em ruas pavimentadas. Também possui a mesmas combinações de diferencial central, podendo ser aberto, de deslizamento limitado mecânico, deslizamento limitado eletrônico ou Torsen.
O sistema full-time 4wd é um sistema mais flexível que o part-time, mas não menos robusto, é um sistema que também pode ser utilizado no fora de estrada, com diferença de não possuir as inconveniências do part-time. Entretanto, o part-time ainda é a ordem quando o assunto é off-road extremo.

Manutenção:

ct20Assim como a caixa de marchas e os diferenciais, a caixa de transferência, o acoplamento viscoso e o diferencial central também possuem manutenção. Iguais aos primeiros, o óleo é o primeiro ponto de análise, se o uso do veículo for severo, é importante a verificação do nível de contaminação do óleo por limalhas de aço. Mesmo com o óleo, ainda existe atrito entre as engrenagens, e não é comum quebras de engrenagens por mau uso ou uso severo.

Como todo componente com árvores expostas, também há a necessidade de retentores, que impedem o vazamento de lubrificante entre árvore e corpo da caixa de transferência. Dessa forma uma avaliação dos retentores e pontos de utilização de juntas de silicone também devem estar inclusos na manutenção.

As engrenagens utilizadas nas caixas de transferências são do tipo helicoidal, ou seja, são mais silenciosas do que engrenagens de dente reto (engrenagem da marcha a ré, por exemplo). Assim roncados e vibrações na caixa denunciam que algo está errado com o funcionamento das engrenagens.


Acadêmico de Engenharia Mecânica pela Universidade Federal do Ceará (UFC), Técnico em mecânica automotiva pelo Senai-CE e IFCE, certificado Six Sigma Green Belt. Profissional dedicado a área automobilística, com 8 anos de experiência no mercado automotivo, do setor de peças a qualidade em montadoras. Atualmente participa do projeto de extensão Siara Baja da Universidade Federal do Ceará.

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