De uma forma geral e simplificada, quanto maior a rotação do motor em relação à rotação do eixo, maior será a força e, quanto menor a rotação do motor em relação à rotação do eixo, maior será a velocidade. Note-se que o eixo não gira à mesma rotação nem da cambota, nem da saída do diferencial (semieixos). Assim, a cada velocidade da caixa a proporção rotação do motor/rotação do eixo varia solidariamente – como ilustrado na Figura 21.
Geralmente as caixas de velocidades são compostas por 3 séries de carretos:
Veio principal, que recebe a rotação do volante do motor, por intermédio da embraiagem; Veio intermédio, que recebe a rotação do veio principal e passa ao veio secundário as
respetivas mudanças;
Veio secundário, que fornece ao eixo a rotação que é fornecida às rodas.
Figura 21:Esquema de engrenamento de uma caixa de velocidades manual Fonte: (Eda Development, 2014)
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No veio principal os carretos encontram-se em rotação livre, o que permite que, em ponto morto não haja transferência da rotação. No entanto, os carretos do veio secundário encontram-se ligados ao veio secundário, com exceção do carreto da marcha atrás. A cada carreto do veio primário corresponde um outro carreto, devidamente engatado, do veio secundário. Aqui, são as dimensões dos carretos que especificam a proporção da multiplicação (ou desmultiplicação) desejada.
Quando é feita a seleção de uma mudança através da alavanca das velocidades, é engatado um carreto ao veio principal por meio de um bloqueador (do movimento livre do carreto para o veio) que, nos dias de hoje, desempenha a função de sincronizador. Com um funcionamento semelhante ao da embraiagem (transmissão por acoplagem), embora os carretos disponham de dentes que facilitam o encaixe do sincronizador, a força do veio principal transmite-se do carreto bloqueado para o carreto correspondente do veio secundário – Figura 22.
Figura 22:Componentes e engrenamento de uma caixa de velocidades manual Fonte: (16 Valvulas, 2008)
No caso da marcha atrás, entra em contacto um carreto suplementar do bloco secundário responsável pela mudança de direção da rotação do eixo, e consequentemente, da marcha do veículo.
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Este carreto é normalmente de dimensões semelhantes ao da primeira velocidade, o que permite ao automóvel dispor de força para realizar manobras em superfícies íngremes, que exijam maior binário.
6.1.1 Óleo da caixa Manual
A caixa de velocidades é um órgão complexo de um automóvel, contém um grande número de peças móveis. Algumas dessas peças estão submersas em óleo, outras são lubrificadas pelo arrasto do óleo, através de outras peças.
A lubrificação é feita para que não haja um contacto direto entre duas peças de metal, ficando um filme de óleo lubrificante entre elas, protegendo do calor gerado, proporcionando passagens entre mudanças mais confortáveis possível. Tal como existe um fluido específico para o motor e para o sistema de travagem, a caixa de velocidades também tem o seu fluido, óleo lubrificante de caixa de velocidades.
É importante referir que, devido à semelhança entre os mecanismos, os diferenciais de transmissão e caixa de velocidade partilham dos mesmos óleos, da mesma especificação.
A verificação do estado de óleo da caixa de velocidades geralmente deve ser feita a cada 50.000 quilómetros, para avaliar o seu estado. Caso apresente resíduos sólidos ou aparência demasiado envelhecido, como cor muito escura, deve ser mudado, e após a mudança verificar minuciosamente se não podem existir problemas maiores no sistema. Ao longo dos quilómetros, devido ao desgaste, as verificações devem tornar-se mais periódicas.
A classificação do óleo da caixa de velocidades está normalizada pela API. Esta classificação está definida com base nas condições de aplicação e tipos de caixas e diferenciais mais frequentemente usados – Tabela 7.
Tabela 7: Classificação API para óleo da caixa de velocidades Fonte: (Fuchs, 2015)
API Condições de utilização Utilização Validade
GL-1 Baixas velocidades; baixo binário e deslizamento limitados entre os dentes das engrenagens.
Engrenagens do tipo parafuso sem-fim sujeitas a cargas de baixa pressão.
Obsoleto
GL-2 Cargas mais elevadas do que na especificação API GL-1.
Roscas sem-fim sujeitas a grandes cargas.
Obsoleto
GL-3 Velocidade de rotação e binário moderado. Conjuntos com engrenagens cónicas e caixas de velocidades manuais sujeitas a cargas intermédias.
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GL-4 Velocidade de rotação alta e baixo binário, ou velocidade de rotação baixa e binário elevado; deslizamento limitado entre dentes da engrenagem.
Caixas de velocidades manuais sujeitas a cargas elevadas; engrenagens do tipo hipóide sujeitasa cargas moderadas Válido (para automóveis mais aintigos) GL-5 Velocidades elevadas e binários altos;
velocidade de rotação alta e binário baixo ou velocidade de rotação baixa e binário elevado.
Caixas de velocidades manuais e engrenagens do tipo hipóide sujeitas a cargas elevadas.
Válido
MT-1 Caixas de velocidades com engrenagens de dentes retos.
Transmissões manuais não sincronizadas em camiões e autocarros.
Válido
GL: Gear Lubrificant: eixo fixo ou transmissão final
MT: Manual Transmission: transmissões manuais não sincronizadas
A diferença entre estas especificações, além do tipo de engrenagem em questão, está nos aditivos do fluido. Os óleos API GL-5 têm maior teor de aditivos.
Caso se utilize um óleo não apropriado para um automóvel, irá gerar problemas de engate durante a troca de mudanças, arranhando-a, comprometendo a vida útil da caixa de velocidades.
Geralmente cada fabricante de automóveis especifica o tipo de óleo de caixa de velocidades que deve ser utilizado.
O óleo da caixa de velocidades deve reunir as seguintes características: Alto desempenho anti desgaste;
Alto índice de viscosidade;
Eficiência na transmissão da força.
Um dos sintomas que derivam de uma caixa de velocidades com problemas é o seu aquecimento descontrolado. Estes sintomas podem ser detetados inspecionando a parte exterior da caixa de velocidades de um modo simples:
Há vestígios de fumo a sair da caixa de velocidades;
Se verter água sob a parte exterior da caixa, esta evapora rapidamente; Componentes de plástico que estão próximo da caixa estão derretidos;
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Resíduos de óleo no exterior da caixa (este sintoma pode ter a haver com as juntas, podem estar em mau estado).
Entre outros sintomas há muitos outros. Para uma avaliação mais certeira deve ser aberta a caixa de velocidades, embora seja apenas recomendado para pessoal especializado, devido à complexidade do sistema.
(Fuchs, 2015)
É necessário salientar que o exemplo acima da caixa de velocidades é meramente exemplificativo, ou seja, existem outras caixas manuais que podem diferir na sua composição e funcionamento.