Como funcionam os diferenciais

Autor: 
Karim Nice
diferencial

Se você já leu Como funcionam os motores de carros, você entende como a potência de um carro é gerada; e se você já leu Como funcionam as transmissões manuais, você entende para onde vai a força gerada. Este artigo explicará os diferenciais onde, na maioria dos carros, a potência faz a sua última parada antes de mover as rodas.

O diferencial tem três funções:

  • Direcionar a potência do motor para as rodas
  • Atuar como um mecanismo final de redução no veículo, diminuindo a velocidade rotacional da transmissão uma última vez, antes que ela chegue às rodas
  • Transmitir a potência para as rodas, enquanto permite que elas girem a velocidades diferentes (isto foi o que deu nome ao diferencial)

Neste artigo, você aprenderá porque seu carro necessita de um diferencial, como ele funciona e quais são suas deficiências. Também veremos vários tipos de tração positiva, igualmente conhecidos como diferenciais de deslizamento limitado.

Por que você precisa de um diferencial
As rodas dos carros giram a velocidades diferentes, especialmente ao fazer curvas. Você pode ver pela animação abaixo que cada roda percorre uma distância diferente ao fazer a curva, e que as rodas internas percorrem uma distância menor, enquanto as de fora viajam uma distância maior. Visto que a velocidade é igual à distância percorrida dividida pelo tempo gasto para percorrer, as rodas que percorrem uma distância menor giram a uma velocidade menor. Note também que as rodas dianteiras percorrem uma distância diferente das traseiras.

Para as rodas do seu carros que não exercem tração (dianteiras nos carros de tração traseira e traseiras nos de tração dianteira) isso não é um problema, pois não há ligação entre elas. Elas giram independentes uma da outra, mas as rodas que tracionam são conectadas, para que um só motor e transmissão possam girar ambas as rodas. Se o seu carro não tivesse um diferencial, as rodas seriam ligadas uma à outra, forçadas a girar na mesma velocidade. Isso difícultaria fazer curvas importaria esforço no carro para que pudesse realizá-las, um dos pneus teria de patinar, o que exige muita força em razão dos pneus modernos e das estradas de concreto.  Essa força teria que ser transmitida através do eixo de uma roda para outra, submetendo os componentes do eixo a um enorme esforço.

O que é um diferencial?
O diferencial é um mecanismo que divide o torque do motor para duas direções, permitindo a cada saída rodar a uma velocidade diferente.

diferencial com tração nas rodas dianteiras

diferencial com tração nas rodas traseiras

O diferencial é encontrado em todos os carros e picapes modernos, e em muitos veículos com tração em todas as rodas (com tração permanente nas quatro rodas). Estes veículos com tração em todas as rodas necessitam de um diferencial entre cada conjunto de rodas com tração e também um entre as rodas dianteiras e traseiras, pois as rodas dianteiras percorrem uma distância diferente das traseiras quando o carro faz uma curva.

Diferencial com tração em todas as rodas

Sistemas com tração nas quatro rodas temporária não têm um diferencial entre as rodas dianteiras e as traseiras; ao invés, são todas ligadas de forma que as rodas da frente e as de trás girem à mesma velocidade média. É por isto que, quando as quatro rodas estão engatadas, esses veículos são difíceis de manobrar sobre concreto.

Diferenciais abertos
Vamos começar com o tipo mais simples de diferencial, chamado de diferencial aberto. Primeiramente, necessitamos explorar a terminologia: a imagem abaixo indica os componentes de um diferencial aberto.

diferencial aberto

Quando o carro está  andando numa reta, ambas as rodas de tração estão rodando à mesma velocidade. O pinhão está acionando a coroa e a caixa de satélites e nenhuma das engrenagens satélites dentro da caixa de satélites está girando; ambos as planetárias estão efetivamente imóveis em relação à caixa de satélites.

Animação: cortesia de Geebee's Vector Animations


Note que o pinhão é menor que a coroa; esta é geralmente a última engrenagem de redução no carro (o Hummer tem uma redução adicional em cada cubo de roda). Você pode ter ouvido expressões como relação do eixo traseiro ou relação final de transmissão. Isso se refere à relação do diferencial. Se a relação é 4;10:1, então a coroa tem 4,10 vezes mais dentes do que o pinhão. Veja Como funcionam as engrenagens para mais informações sobre relação de transmissão.

Quando um carro faz uma curva, as rodas giram em velocidades diferentes.

Animação: cortesia de Geebee's Vector Animations

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Na figura acima, você pode ver as engrenagens satélites na sua caixa girando à medida que o carro começa a fazer a curva, permitindo às rodas girarem a velocidades diferentes. A roda de dentro gira a uma velocidade menor que a caixa de satélites, enquanto a roda de fora gira mais rápido, junto com ela.

Diferencial aberto - na reta (600KB)

Diferencial aberto - fazendo curva (1.1MB)