Trabalho Exploratório_Planetários_FINAL

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
Faculdade de Engenharia Mecânica
Marcelo Roberto Barbosa (191694)
Rogério Gonçalves Donha (226762)
Trabalho Exploratório: Planetários
Trabalho apresentado à Faculdade de Engenharia Mecânica da Universidade Estadual de Campinas como parte dos requisitos exigidos para aprovação na disciplina Sistemas de Transmissão de Potência (IM552A_2019S2) sob orientação da Profa. Dr. Ludmila Correa de Alkmin e Silva
Campinas 2019
21
Sumário
1.	Sistema de Transmissão Simpson	3
1.1	Análise teórica	3
1.2	Análise cinemática	6
2.	Sistema de Transmissão Ravigneaux	7
2.1	Análise teórica	7
2.2	Análise cinemática	9
3.	Sistema de Transmissão Lepelletier	11
3.1	Análise teórica	11
3.2	Análise cinemática	12
4.	Sistema de Transmissão Wilson	14
4.1	Análise teórica	14
4.2	Análise cinemática	16
Bibliografia	22
1. Sistema de Transmissão Simpson
1.1 Análise teórica
Em sistemas de transmissões automotivas, o conjunto planetário Simpson é um dos mais utilizados por sua simplicidade e durabilidade (SENAI, 2016). O conjunto Simpson é formado por dois estágios planetários que dividem o mesmo sol conforme mostra a figura abaixo:
Figura 1 - Conjunto Planetário Simpson
(ILIC; STOJANOVIC, 2015)
Este sistema simples permite uma reversão (marcha ré), uma neutra e outras três relações de marcha (ILIC; STOJANOVIC, 2015).
Na reversão ocorre a transferência do torque entre as três engrenagens do conjunto planetário e o conjunto planetário inverte o sentido de rotação do conjunto. Neste caso o torque do motor é aplicado na engrenagem solar e o componente bloqueado é a porta planetária. Com o torque do motor a engrenagem solar gira e faz com que as planetárias girem em torno do seu eixo próprio eixo, o que obriga a engrenagem anelar a girar no sentido oposto à engrenagem planetária.
 
Figura 2 – Fluxo de força da reversão
(SENAI, 2016)
A relação neutra se dá quando não há mudanças na rotação vinda do motor, ou seja, neste caso a relação de transmissão é de 1:1. Neste caso tanto a engrenagem solar quanto a anelar estão bloqueadas e, com o giro do motor, todo conjunto gira na mesma velocidade.
Figura 3 – Fluxo de força da relação neutra
(SENAI, 2016)
A primeira relação de marcha que podemos citar é aquela na qual o torque vindo do motor é aumentado na proporção em que a rotação é diminuída. Esta relação é do tipo redutora e é geralmente utilizada como primeira ou segunda marcha.
O componente bloqueado é a engrenagem anelar e, com o giro da engrenagem solar, o conjunto engrenagens planetárias-eixo de saída gira com uma velocidade menor e um torque maior.
Figura 4 – Fluxo de força da redução
(SENAI, 2016)
Uma segunda condição é a desaceleração, o torque é aplicado na engrenagem anelar e somente as engrenagens planetárias giram no mesmo sentido pois a engrenagem solar está bloqueada. A consequência desta configuração é a desaceleração do proporcional eixo de saída com relação ao eixo de entrada.
Figura 5 – Fluxo de força da desaceleração
(SENAI, 2016)
Por fim temos a sobremarcha, cuja função em um veículo é aumentar a economia de combustível e diminuir a rotação do motor, aumentando a rotação de saída de transmissão. Esta é uma relação do tipo multiplicadora onde o eixo de saída tem sua velocidade aumentada em relação ao eixo de entrada
A engrenagem solar é bloqueada e o torque é aplicado na porta planetária e, com a rotação do conjunto de engrenagens planetárias ao redor da engrenagem solar, a engrenagem anular gira no mesmo sentido e com uma maior rotação do que a porta planetária.
Figura 6 – Fluxo de força da sobremarcha
(SENAI, 2016)
1.2 Análise cinemática
Para a análise cinemática, adotamos uma condição de número de dentes fictícia com o intuito de demonstrar todo o cálculo. Na sequência é mostrada toda a análise cinemática do sistema de transmissão Simpson:
2. Sistema de Transmissão Ravigneaux
2.1 Análise teórica
Este sistema foi patenteado na primeira parte do século XX por Pol Ravigneaux e desde então tem sido implementada em inúmeros sistemas de transmissão. O sistema de transmissão Ravigneaux possui várias configurações diferentes, mas a mais comum delas é a que possui 2 engrenagens solar (maior e menor), dois conjuntos de planetas (curta e longa) e uma engrenagem anelar (ILIC; STOJANOVIC, 2015).
Figura 11 – Conjunto planetário Ravigneaux
(GRETZMEIER; STAUDT; BLÜML, 1999)
A transmissão Ravigneaux proporciona quatro velocidades e uma reversão (marcha ré). As diferentes relações de transmissão são obtidas através da frenagem de um dos elementos do planetário com freios de cinto ou muli-disco (LECHNER, NAUNHEIMER; 1999).
Na primeira e na segunda velocidade a engrenagem solar maior é quem recebe o torque do motor e é a engrenagem anelar quem aciona o eixo de saída, a diferença é que na primeira velocidade o element bloqueado é a porta planetária longa e na segunda velocidade é a engrenagem solar menor. Em ambas as condições a caixa funciona como um redutor, diminuindo a velocidade e aumentando o torque na saída.
A terceira velocidade é obtida quando dois membros do conjunto planetário giram na mesma direção e com a mesma velocidade, assim o torque é transmitido pelo terceiro elemento de forma direta (relação de 1:1).
Já a quarta velocidade faz com que a caixa de transmissão atue como multiplicadora. A ideia é aumentar a velocidade e reduzir a rotação do motor. O torque do motor vem da porta planetária longa e a engrenagem solar menor é quem está bloqueada, assim o torque gira ao redor da engrenagem bloqueada e movimenta todas as engrenagens internas do conjunto Ravigneaux.
Por fim, a inversão ocorre quando o torque é fornecido pela engrenagem solar menor e, como a porta planetária longa está bloqueada, a engrenagem anelar gira no sentido oposto. Toda esta descrição pode ser melhor compreendida com a tabela abaixo:
	Marcha
	Entrada
	Saída
	Componente Bloqueado
	1º
	Solar maior
	Anelar
	Porta planetária longa
	2º
	Solar maior
	Anelar
	Solar menor
	3º
	Solar maior e menor
	Anelar
	-
	4º
	Porta planetária longa
	Anelar
	Solar menor
	Ré
	Solar menor
	Anelar
	Porta planetária longa
2.2 Análise cinemática
Para a análise cinemática, adotamos uma condição de número de dentes fictícia com o intuito de demonstrar todo o cálculo. Na sequência é mostrada toda a análise cinemática do sistema de transmissão Ravigneaux:
3. Sistema de Transmissão Lepelletier
3.1 Análise teórica
O conceito deste sistema de transmissão foi patenteado por Pierre Lepelletier em 1992. Trata-se da combinação de um conjunto planetário simples e uma caixa Ravigneaux (ILIC; STOJANOVIC, 2015). Neste sistema a engrenagem solar do planetário simples é mantida estacionária o tempo todo, o torque do motor é transmitido para a engrenagem anelar e a saída está nas engrenagens planetárias. Não há trocas no conjunto planetário simples e, por isso, este sistema nos dá seis diferentes velocidades mais a reversão (MADDEN, 2006).
Figura 12 – Conjunto Planetário Lepelletier
(MADDEN, 2006)
Na primeira e segunda marcha a entrada se dá pela engrenagem solar menor, mas a diferença é que na primeira o bloqueio está na porta planetária longa e na segunda na engrenagem solar maior. Para a terceira velocidade o sistema de transmissão Ravigneaux está neutro, ou seja, a relação de transmissão é de 1:1 pois todos os componentes giram na mesma velocidade. Mas, há uma redução no planetário simples e, por isso, a caixa de transmissão como um todo ainda trabalha como uma caixa redutora de velocidade (MADDEN, 2006).
A partir daí as demais marchas trabalham como multiplicadoras (condição na qual a rotação na saída é maior do que na entrada). Na quarta marcha, a porta planetária longa é a entrada e a saída está na engrenagem solar menor, diferente da quinta marcha onde a entrada ainda é a mesma, mas a saída está na engrenagem solar maior. Para ambas as marchas a engenharem bloqueada é a solar que não está atuando como saída (MADDEN, 2006).
A sexta marcha simplesmente ignora completamente o planetário simples.O planeta do conjunto de engrenagens Ravigneaux é quem está girando com o eixo de entrada e a engrenagem solar maior é a que está bloqueada. E, por fim, na reversão a única diferença para a Ravigneaux é que o acionamento vem do planetário simples (MADDEN, 2006).
3.2 Análise cinemática
Para a análise cinemática, adotamos uma condição de número de dentes fictícia com o intuito de demonstrar todo o cálculo. Na sequência é mostrada toda a análise cinemática do sistema de transmissão Lepelletier:
4. Sistema de Transmissão Wilson
4.1 Análise teórica
Criada em 1932 pelo engenheiro mecânico Walter Gordon Wilson, o chamado sistema de transmissão Wilson tem o acionamento de cada relação de transmissão sendo feito através da frenagem de anéis externos que se ligam a certas engrenagens (MORAIS, 2004).
Figura 7 – Conjunto planetário Wilson
(SILVA, 2019)
Na primeira transmissão a engrenagem anelar do Planetário 1 é freada e, por consequência, outros componentes dos planetários seguintes também são freados. Um esquema que mostra todas as engrenagens fixas em vermelho é mostrado na figura que segue:
Figura 8 – Primeira marcha
(SILVA, 2019)
Na segunda marcha o elemento fixo é a engrenagem anelar do Planetário 2 e, da mesma forma que na primeira marcha, outros componentes acabam sendo fixados por consequência. Neste caso, as engrenagens planetárias do Planetário A.
Figura 9 – Segunda marcha
Na terceira e quarta marcha, com a ajuda da embreagem são travadas a engrenagem solar do Planetário A (para a terceira marcha) ou as engrenagens solares dos planetários 1 e 2 (para a quarta marcha) como mostra a figura seguinte.
Figura 10 – Terceira e Quarta marcha
Por fim, para a reversão, estando o eixo de saída em repouso é necessário que se freie a engrenagem anular do planetário R. Quando este elemento estiver parado em relação aos suportes da transmissão tem-se a marcha completamente estabelecida (MORAIS, 2004).
4.2 Análise cinemática
Diferente das demais, para o sistema de transmissão Wilson usamos os dados fornecidos pelo exercício dado em sala de aula para a sua análise cinemática. Abaixo os dados do exercício: 
Figura 11 – Exercício proposto
Na sequência a solução é apresentada:
Bibliografia
GRETZMEIER, F.; STAUDT, W.; BLÜML, S. (199). Kraftübertragung. In: GRETZMEIER, F.; STAUDT, W.; BLÜML, S. Kraftfahrzeugelektrik – Kraftfahrzeugelektronik. 2.ed. Wiesbaden: Vieweg & Sohn, p.80 – 87.
ILIC, S.; STOJANOVIC, B. (2015). Systematization of planetary gear set configurations which are implemented in automatic transmissions, Technical Diagnostics. 14, p.21-16.
LECHNER, G. NAUNHEIMER, H. (1999). Automotive Transmissions –Fundamental, Selection, Design and Application. Heidelberg: Springer-Verlag. 447 p.
MADDEN, D. (2006). Introducing the Lepelletier Geartrain, Gears. p.10-13.
MORAIS, R. F. (2004). Estudo da dinâmica das transmissões mecânicas por trens de engrenagens planetárias. Dissertação (mestrado) – UNICAMP. Campinas.
SENAI. Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial (2016). Transmissão automática hidráulica. São Paulo: SENAI-SP Editora. 184 p.
SILVA, L. C. A. (2019). Material da Aula de Sistemas de Transmissão de Potência – UNICAMP. Campinas.
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