Um pouco sobre caixas de marcha

A razão pela qual os carros possuem caixas de marcha é a necessidade de que aconteça a multiplicação do torque que sai do motor, quando o carro entra em uma subida por exemplo, precisamos de um torque muito maior, quando o carro esta em linha reta, numa estrada por exemplo, o torque não é tão necessário, precisamos de velocidade.

Para isso existem as reduções, cada marcha na verdade é um par de engrenagens, que tem uma razão raios (na verdade de dentes) entre elas.

Mas o que isso significa na pratica?

Bom, vamos La, quanto maior a redução mais voltas o eixo do motor vai ter que dar para que a saída da caixa “gire” uma mesma “distância”, isso faz com que o carro perca velocidade, mas ganhe o torque necessário para subir uma rampa.

No projeto de concepção de uma caixa, se leva em conta a capacidade máxima que o carro deve ter para subir uma rampa, e então se dimensiona a 1ª marcha, pensa-se então na velocidade máxima que o carro deve desenvolver, e então se aplica a redução necessária para isso na ultima marcha, as intermediarias são calculadas de maneira que se suavize o gap entre as reduções, vale lembrar que se esse gap for muito grande o veiculo pode ficar “bobo” (quando você acelera a rotação demora a subir).

Existem caixas de várias geometrias diferentes, podem variar os tipos de engrenagens, o numero de semi-arvores (eixos), a presença ou não dos sincronizadores, isso sem falar no próprio número de reduções, um carro de passeio tem na maioria das vezes, 5 marchas, alguns mais esportivos tem 6 e os carros de Formula 1 possuem 7.

Nos carros de rua se utiliza (na maioria das vezes) uma geometria com 5 marchas sincronizadas e engrenagens com dentes helicoidais, esse tipo de engrenagem atenua o barulho das engrenagens rodando dentro da caixa.

O funcionamento de uma caixa manual é bem simples, dentro da caixa são formados pares de engrenagens para que se forme a redução, quando o motor gira, todos os pares de redução giram também, isto é, quando o motor está acoplado à caixa, da 1ª a 5ª marcha (e a ré também) estão girando. Vale lembrar que a ré não é um par de engrenagens, mas sim um trio, é necessária uma engrenagem no meio para que haja a inversão do sentido de rotação da caixa.

Nos carros de competição e mais comum a utilização de engrenagens com dentes retos, o barulho não e um fator importante, principalmente se comparado a diferença de performance entre os 2 tipos de engrenagens.

O funcionamento de uma caixa manual é bem simples, dentro da caixa são formados pares de engrenagens para que se forme a redução, quando o motor gira, todos os pares de redução giram também, isto é, quando o motor está acoplado à caixa, da 1ª a 5ª marcha (e a ré também) estão girando. Vale lembrar que a ré não é um par de engrenagens, mas sim um trio, é necessária uma engrenagem no meio para que haja a inversão do sentido de rotação da caixa.

Ao contrario do que muitos pensam engrenar uma marcha não e juntar uma engrenagem na outra, como eu disse, todos os pares de redução estão engrenados, quando o motorista “engrena” ou “engata” uma marcha, o que ele faz e mover um sincronizador que e atuado pela alavanca de mudanças.

O sincronizador é composto por um cone fêmea, que fica na engrenagem e um cone macho que fica preso ao garfo, o acoplamento do cone macho com o cone fêmea se dá por atrito. O papel do sincronizador é suavizar as trocas, ele está presente em caixas de carro de passeio, no caso dos carros de corrida o câmbio não é sincronizado.

Todas as engrenagens estão rodando, quando o sincronizador (que é solidário ao eixo de saída da caixa) engata em uma marcha, esse conjunto passa a ser a redução da saída da caixa.

Caixa com geometria clássica

Cada posição da alavanca controla um garfo, cada garfo empurra um sincronizador para um lado, ou para o outro. Por exemplo, na 1ª marcha se puxa a alavanca para a esquerda e se empurra ela para frente, isso quer dizer, seleciona-se o garfo 1 e esse garfo empurra o sincronizador dele de encontro à primeira marcha.

No caso da caixa acima, são 3 garfos e 3 sincronizadores, e as marchas seriam “agrupadas” aos pares.

Como dito antes, ao puxar a alavanca para a esquerda seleciona-se o sincronizador que é responsável pela 1ª e 2ª marchas, quem vai decidir para qual lado o sincronizador vai é o motorista, empurrando a alavanca para frente ou para trás, o mesmo vale para a posição do meio (3ª e 4ª) e para a posição do outro lado (5ª e ré), no caso da ré.

No vídeo abaixo o leitor consegue ter uma noção de como é a dinâmica de uma caixa de marchas.