Desafios dos sistemas de propulsão de baixa rotação e alto torque

Desafios dos sistemas de propulsão de baixa rotação e alto torque

Downspeeding eleva tensões no sistema de transmissão

O movimento a favor do downspeeding está ganhando impulso, e diversas montadoras e sistemistas vem criando soluções customizadas para aproveitar os ganhos de eficiência associados ao funcionamento dos motores em rotações mais baixas. As vantagens são evidentes: as tecnologias atuais permitem que os motores com downspeeding reduzam o consumo de combustível em cerca de 2 mil litros e as emissões de dióxido de carbono em 5,5 toneladas por ano. Traduzido em valores, esse aumento da eficiência gera uma economia anual de aproximadamente US$ 2.200 por caminhão.

Mas, como na maioria dos avanços da engenharia, também existem desafios a superar. Um motor que opera em rotações mais baixas precisa de um sistema de redução que gire mais rápido para manter a mesma velocidade e desempenho do veículo em todas as condições de uso, o que gera tensões significativamente elevadas no sistema de transmissão. Uma redução da rotação do motor, em velocidade de cruzeiro, de 1.450 rpm (tradicional) para 1.125 rpm (downspeeding) aumenta em 29% a carga de torque sobre os componentes da transmissão. Esses torques elevados aumentam as tensões nos eixos diferenciais e cardans, reduzindo drasticamente a vida útil desses componentes, principalmente das juntas universais.

Atualmente, existem duas abordagens predominantes na questão de como lidar com o aumento de torque no sistema de transmissão. A primeira é limitar o desempenho do motor ajustando os seus controles eletrônicos. Os engenheiros definem uma calibragem capaz de limitar a quantidade de torque em certas rotações ou condições específicas, por exemplo, quando o caminhão está em primeira marcha.

A redução do desempenho do motor é uma estratégia usual e aceitável para resolver determinados problemas, sendo recomendada pela Dana em circunstâncias específicas ou combinadas com outras medidas. Quando se trata de um downspeeding do motor, é eficaz como medida paliativa de curto prazo, para reduzir a probabilidade de uma falha do cardan durante arrancadas e acelerações bruscas. No entanto, essa solução não funciona contra a fadiga de alto ciclo, causada por tensões de torque aplicadas sobre os componentes da transmissão em longo prazo.  Independentemente do que se faça para reprogramar o motor e reduzir os picos de torque, uma unidade com downspeeding, mesmo em velocidade de cruzeiro, ainda gera uma sobrecarga na transmissão.

Um segundo método para lidar com a questão do aumento do torque é fazer uma abordagem sistêmica, reconhecendo que, quando as características do motor mudam, os outros componentes do sistema de propulsão também precisam ser melhorados. Essa solução requer um sistema de eixos diferenciais e cardans projetado desde o início para trabalhar em conjunto com o motor e suportar as exigências do downspeeding, incluindo eixos em tandem, leves e eficientes, que ofereçam as relações curtas necessárias para aproveitar plenamente os ganhos gerados pela maior eficiência do motor e cardans capazes de suportar torques elevados, tanto no curto quanto no longo prazo.

Especificação correta

Sempre defendemos que a melhor forma de fazer a especificação de um sistema de transmissão é selecionando componentes que tenham sido projetados com cuidado, testados em todos os detalhes e que sejam comprovadamente capazes de oferecer o desempenho e durabilidade necessários, quilômetro após quilômetro.

Os eixos em tandem selecionados para um pacote de downspeeding devem incorporar inovações que melhorem o desempenho num ambiente de alto torque, como:

  • coroa e pinhão mais robustos, com dentes mais longos e faces mais largas, para reduzir a força de contato e a tensão de flexão;
  • coroa montada de forma rígida, para eliminar afrouxamentos futuros;
  • entalhados reforçados no pinhão e semieixos;
  • rolamentos mais resistentes;
  • relações mais curtas para atender às necessidades de velocidade.

A outra parte de uma solução de transmissão adequada ao downspeeding do motor é um conjunto de cardans projetado para maximizar a eficiência e a durabilidade do diferencial.  O componente deve ter diversas inovações de engenharia criadas para suportar os torques elevados, como:

  • uma cruzeta maior, projetada para garantir uma alta resistência;
  • mancais maiores e mais robustos;
  • juntas universais de alta resistência e capazes de atender aos limites dimensionais dos projetos atuais.

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