As engrenagens são essenciais para o funcionamento adequado e eficiente de muitas máquinas, incluindo muitas máquinas CNC. A sua importância nestas máquinas advém da sua capacidade de transferir perfeitamente movimento, força e binário entre diferentes peças.
Existem vários detalhes importantes sobre engrenagens, incluindo seus diferentes tipos, classes e como maximizar seu efeito. Entraremos em todos esses detalhes neste artigo e também na melhor forma de utilizar engrenagens na indústria de transformação.
Entenda os diferentes parâmetros das engrenagens
Os parâmetros de uma engrenagem são meramente propriedades técnicas da engrenagem. Esses parâmetros se aplicam a diferentes peças de engrenagens e devem ser considerados pelos engenheiros industriais.
número de dentes: Os dentes são as superfícies serrilhadas fora da circunferência da engrenagem. Para dentes, só pode haver um número inteiro como o número de dentes. Além disso, o número de dentes da engrenagem determina a relação de transmissão, que por sua vez afeta o comportamento da engrenagem.
Profundidade total: Esta é a distância entre a parte mais externa do dente e a parte inferior do dente.
Círculo parcial: As engrenagens são geralmente circulares e o círculo primitivo é o parâmetro que determina o tamanho da engrenagem. Para formar uma engrenagem, as engrenagens engrenadas devem ter círculos primitivos tangenciais. Este parâmetro é o mais importante de todos os outros parâmetros de engrenagem relacionados à circunferência, e todos os outros são definidos de acordo com o círculo primitivo. Além disso, o círculo primitivo divide o dente em altura e profundidade do dente, ou seja, a parte superior e inferior do dente.
Círculo raiz: É o diâmetro interno da engrenagem, importante para delinear a parte inferior do dente.
Círculo externo: Este é o diâmetro externo da engrenagem e define a parte superior do dente.
Diâmetro do círculo primitivo: Este é simplesmente o diâmetro da engrenagem e é encontrado medindo o diâmetro do círculo primitivo. O diâmetro do círculo primitivo é importante para estimar a distância ideal entre duas engrenagens.
Divisão circular: Esta é a distância entre dois dentes adjacentes em uma engrenagem. É determinado marcando uma peça em um dente e marcando a mesma peça no dente seguinte e medindo a distância entre essas duas partes. O passo fornece informações valiosas sobre o número de dentes da engrenagem.
módulo: Este parâmetro refere-se ao passo do círculo e é encontrado dividindo o valor do passo do círculo por 3,142 (Pi). Nas análises, o módulo de engrenagem é frequentemente preferido ao passo circular.
Divisão diamétrica: Este parâmetro relaciona o diâmetro do círculo primitivo com o número de dentes da engrenagem. O diâmetro primitivo é importante para determinar se duas engrenagens engrenam porque apenas engrenagens com o mesmo valor para este parâmetro engrenam.
Espessura do círculo: Simplificando, esta é uma medida da espessura de um dente individual na engrenagem.
Como funcionam as engrenagens mecânicas
Quando você usa uma transmissão mecânica, você vê duas engrenagens engrenando e transmitindo velocidade e movimento. Mas o que acontece nos bastidores?
Em primeiro lugar, você deve saber que as engrenagens são fixadas em componentes chamados eixos. A rotação das engrenagens ocorre ao longo do eixo. As duas engrenagens que se engrenam são as engrenagens motrizes e acionadas. A engrenagem motriz é responsável pela rotação inicial, enquanto a engrenagem acionada é a engrenagem que provoca a rotação final devido à ação da engrenagem motriz. Cada rotação da engrenagem motriz resulta em uma rotação da engrenagem acionada.
Com todas as engrenagens há uma transferência de movimento entre as engrenagens motrizes e acionadas. Contudo, para algumas engrenagens a transferência de movimento pode resultar numa mudança no sentido de rotação, enquanto para outras engrenagens pode resultar em movimento. O desenho das duas engrenagens é decisivo para ocorrer uma rotação ou uma mudança de movimento.
Em máquinas onde a velocidade e o torque devem ser influenciados pela malha dos dentes, os pares de engrenagens podem ser feitos de tamanhos diferentes.
Classificação de engrenagens
Existem diversas maneiras de classificar as engrenagens. Os dois mais comuns são os seguintes:
Classificação baseada no formato do dente
- Involuir
- Ciclóide
- Trocóide
Classificação baseada na configuração do eixo
Paralelo: As ondas são paralelas e no mesmo plano. As rodas motrizes e motrizes se movem em direções opostas entre si e a eficiência da transmissão do movimento é geralmente alta. Exemplos de engrenagens baseadas nesta configuração incluem engrenagens helicoidais e cremalheiras.
Sobreposições: Os eixos se cruzam no mesmo plano e a eficiência de transmissão costuma ser alta, como acontece com o arranjo paralelo dos eixos. Exemplos de engrenagens baseadas neste arranjo são as engrenagens cônicas.
Não paralelo e não se cruzando: Ondas que não se enquadram em nenhuma das classes mencionadas anteriormente, ou seja, as ondas não são paralelas e nem estão no mesmo plano. A eficiência de transmissão é bastante baixa. Exemplos de engrenagens baseadas nesta configuração são as engrenagens helicoidais.
Diferentes tipos de engrenagens
Existem diferentes tipos de engrenagens dependendo de suas propriedades e características de design. Além de compreender como funcionam as engrenagens, é importante que os engenheiros mecânicos compreendam os diferentes tipos e suas características específicas para obter os melhores resultados possíveis. Essas engrenagens são descritas abaixo.
1. Engrenagem reta
As engrenagens de dentes retos são os tipos mais comuns de engrenagens em máquinas devido ao seu design simples. As engrenagens de dentes retos pertencem à classe de engrenagens em que o dente corre paralelo ao eixo. Como essas engrenagens são construídas em paralelo, a eficiência do movimento e da transmissão de potência é geralmente alta.
Uma característica especial das engrenagens retas é que elas não transmitem nenhuma carga na direção axial. Além disso, devido ao seu design, as engrenagens de dentes retos são engrenagens ideais para processos que não requerem alta velocidade.
2. Engrenagem helicoidal
As engrenagens helicoidais são assim chamadas porque têm um formato espiral que lembra molas helicoidais. Assim como as engrenagens de dentes retos, as engrenagens helicoidais são frequentemente usadas na fabricação e em máquinas.
No entanto, ao contrário das engrenagens de dentes retos, que possuem dentes dispostos paralelamente ao eixo, os dentes das engrenagens helicoidais estão dispostos em ângulo com o eixo. Há também mais dentes envolvidos na transmissão de movimento e velocidade, o que significa que as engrenagens helicoidais podem suportar uma carga maior.
Também aqui as engrenagens helicoidais transferem a carga na direção axial, o que cria uma força de impulso e requer rolamentos. As engrenagens helicoidais são ideais para operações que exigem altas velocidades. Existem diferentes variantes de engrenagens helicoidais, nomeadamente as seguintes:
2.1 Engrenagem helicoidal simples ou dupla
Dependendo se as engrenagens possuem dentes em uma ou ambas as espirais, as engrenagens helicoidais podem ser divididas em duas divisões. Se houver dentes em apenas uma espiral, trata-se de uma engrenagem de corte único. O lado (esquerdo ou direito) dos dentes não importa, desde que apenas um lado tenha dentes.
No entanto, as engrenagens são chamadas de dupla hélice se tiverem dentes em ambos os lados. Com engrenagens helicoidais duplas, existe uma folga entre as duas superfícies. Dos dois subtipos, os dentes helicoidais duplos são mais eficientes e transmitem o movimento de forma mais suave porque os dentes se sobrepõem mais.
2.2 Engrenagens de parafuso
As engrenagens helicoidais são um par de engrenagens helicoidais de mesmo nome com um ângulo de rotação de 45 graus. Eles têm um design semelhante a muitos fixadores. Essas caixas de câmbio normalmente funcionam com engrenagens que não são paralelas nem cruzadas. Ao contrário das engrenagens helicoidais tradicionais, as engrenagens helicoidais possuem apenas um dente como ponto de contato, comprometendo sua capacidade de transportar altas potências e cargas.
3. Engrenagem em espinha
Este tipo de engrenagem helicoidal é semelhante à engrenagem helicoidal dupla, exceto que a engrenagem em espinha é mais curta e não há folga entre as duas superfícies. Embora as engrenagens em espinha sejam adequadas para operações que envolvem altos níveis de vibração e choque, elas são caras e difíceis de fabricar, razão pela qual não são amplamente utilizadas na indústria.
4. Engrenagem de cremalheira e pinhão
Esse tipo de engrenagem possui dentes de tamanhos semelhantes, equidistantes uns dos outros ao longo de uma haste linear chamada cremalheira. Além disso, a cremalheira possui um par de engrenagens circulares, chamadas pinhões, que engrenam na cremalheira. O engate entre o pinhão e a cremalheira converte o movimento rotativo em movimento linear. Este tipo de engrenagem é utilizado principalmente na indústria automotiva para produzir sistemas de direção.
5. Engrenagem cônica
Uma engrenagem cônica é uma engrenagem em forma de cone com dentes ao redor do cone que é usada para transmitir energia entre eixos cruzados. As ondas podem cruzar-se perpendicularmente ou em um determinado ângulo. Este tipo de caixa de engrenagens não é comumente usado na indústria porque é relativamente caro. Porém, a caixa de engrenagens é utilizada na produção de misturadores e britadores.
Existem diferentes tipos de engrenagens cônicas destacadas abaixo:
5.1 Engrenagens cônicas de dentes retos
Este subtipo de engrenagem cônica é o mais comum em muitas indústrias, principalmente devido à sua construção simples. Embora o passo da roda seja cônico, os dentes ficam na vertical.
5.2 Engrenagem cônica espiral
Este subtipo de engrenagem cônica apresenta uma curvatura na linha dos dentes, que corresponde a excelentes pontos de contato entre os dentes da engrenagem. O resultado é uma marcha mais forte com uma transmissão mais suave. No entanto, eles são muito caros.
5.3 Engrenagem angular
Se uma engrenagem cônica tiver uma relação de transmissão igual a um, ela é chamada de engrenagem angular. Esta é uma característica importante considerando que outras caixas de velocidades deste tipo podem ter uma relação de transmissão de até 400:1. As engrenagens angulares são as melhores engrenagens cônicas para operações que exigem transmissão eficiente em altas velocidades.
5.4 Engrenagens hipóides
Há uma semelhança impressionante entre engrenagens cônicas espirais e engrenagens cônicas hipóides. A principal diferença é se as ondas se cruzam ou não. Se for esse o caso, a engrenagem cônica é chamada de engrenagem cônica espiral; caso contrário, a engrenagem é uma engrenagem cônica hipóide.
Outros tipos de engrenagens cônicas incluem:
- Engrenagens helicoidais cônicas
- Engrenagens cônicas angulares
- Engrenagens de coroa
- Engrenagens cônicas zerol
6. Engrenagem sem-fim
Este tipo de caixa de engrenagens consiste em dois componentes importantes: o sem-fim e a roda sem-fim, que são simplesmente o eixo e a engrenagem correspondente. Os eixos desta engrenagem possuem uma rosca cortada como uma broca e não se cruzam.
A transmissão de potência é geralmente muito suave e silenciosa porque há pouco atrito entre a roda sem-fim dura e a roda sem-fim macia. Porém, este tipo de transmissão não é o mais eficiente. As engrenagens helicoidais são usadas principalmente em máquinas agrícolas.
7. Engrenagem interna
Este tipo de engrenagem possui dentes nos cones internos. Para transmitir o movimento, uma engrenagem externa é emparelhada com uma engrenagem interna, com ambas as engrenagens girando na mesma direção. Como o número de dentes nas engrenagens internas e externas costuma ser diferente, alguns problemas podem surgir ao utilizar este tipo de engrenagem. No entanto, a engrenagem é útil em acoplamentos de eixos.
Considerações e dicas para engrenagens em projetos de engenharia mecânica
Existem diferentes tipos de equipamentos que pertencem a diferentes classes. A escolha do equipamento certo é crucial para o sucesso da operação. No entanto, devido à variedade de equipamentos disponíveis, pode ser difícil determinar qual equipamento é o correto. Felizmente, existem algumas considerações e dicas que podem ajudá-lo a escolher o equipamento certo. Isso inclui:
1. Orçamento
Todas as empresas de manufatura desejam as melhores e mais eficientes máquinas para suas operações. Às vezes, isso pode resultar na necessidade de personalizar as caixas de engrenagens com base em desenhos técnicos e recomendações para atender às suas necessidades.
Infelizmente, esse ajuste não é barato. Além da customização, algumas engrenagens são muito caras e difíceis de fabricar. É importante considerar o orçamento antes de escolher uma caixa de câmbio para fabricar.
2. Padrões de projeto
Não existe um padrão único para projetar e fabricar engrenagens. Em vez disso, existem diferentes especificações, padrões e tolerâncias técnicas segundo as quais as engrenagens podem ser fabricadas. Para empresas que necessitam do equipamento, é importante considerar os padrões especiais do equipamento.
Caso essas empresas não recebam uma especificação que atenda às suas necessidades, poderão ter que se mudar para outra região para obter o equipamento correto. As regiões com padrões diferentes são Estados Unidos, Japão e Alemanha.
3. Limitações de espaço
O espaço disponível no projeto da engrenagem é um fator importante que determina a escolha da engrenagem para um fabricante. Geralmente, as engrenagens estão localizadas no meio dos eixos. Contudo, em alguns casos, os requisitos de fabricação podem exigir que as engrenagens estejam mais afastadas do centro. Nesse caso, o equipamento precisa passar por algumas outras alterações para manter sua eficácia e eficiência. Uma dessas mudanças é um ajuste do perfil e da espessura do dente.
Alternativamente, os fabricantes podem utilizar engrenagens que aproveitem melhor o espaço. A engrenagem mais comumente usada para isso é a engrenagem interna.
4. Necessidades de transferência
As transmissões mecânicas são geralmente usadas para transmitir movimento e torque entre as diferentes partes de uma máquina. Máquinas diferentes têm requisitos e necessidades de transmissão diferentes. Algumas máquinas requerem apenas uma mudança no movimento, outras requerem apenas uma mudança no torque, enquanto algumas máquinas exigem uma mudança no movimento e no torque.
Dependendo dos requisitos do fabricante para sua operação, uma caixa de engrenagens adequada pode ser selecionada e, em seguida, o tipo e o design da caixa de engrenagens podem ser ajustados.
5. Termos de Serviço
As condições sob as quais as engrenagens mecânicas operam podem afetar seu desempenho e vida útil. As condições operacionais podem ser divididas em condições operacionais e ambientais. Para o primeiro são importantes as seguintes considerações: peso da caixa de engrenagens, atrito, ruído, vibração e carga.
Por outro lado, os seguintes aspectos devem ser levados em consideração no que diz respeito às condições ambientais: temperatura, limpeza e umidade. Portanto, as condições ambientais e operacionais afetam o material de construção da engrenagem, o tratamento superficial e os lubrificantes utilizados.
Aplicações de tipos de engrenagens
As engrenagens são usadas em diferentes indústrias para diferentes operações. Alguns dos usos mais comuns são:
- Direção do veículo
- Aviões
- Sistemas de água
- usinas de energia
- Equipamento de embalagem
- Ferramentas agrícolas
Um diagrama para cada tipo de aplicação de engrenagem
| Tipos de equipamentos | Nomes de equipamentos | Produtos típicos |
| esporão | engrenagem de dentes retos | Relógios Trens Avião Máquinas de lavar roupas usinas de energia |
| Em forma de espiral | Engrenagem helicoidal simples Dentes helicoidais duplos engrenagem em espinha Engrenagem de parafuso |
Indústria automobilística Relógios Sistemas de irrigação eletrodomésticos |
| chanfro | Engrenagem cônica de dentes retos Engrenagem cônica espiral Engrenagem angular engrenagem cônica Engrenagem hipóide Engrenagem zero Engrenagem de coroa |
bombas Trens Avião usinas de energia |
| minhoca | engrenagem helicoidal | Elevadores Indústria automobilística |
| Engrenagem de cremalheira e pinhão | Cremalheira e pinhão | Escala Trens |
Concluindo
As engrenagens são dispositivos mecânicos que ajudam a transferir potência e torque entre os diferentes componentes de uma máquina. Existem diferentes classes e tipos de engrenagens com diferentes aplicações.
Os fabricantes precisam entender como funcionam as caixas de câmbio, suas diferentes classes e como selecionar o tipo certo de caixa de câmbio levando em consideração aspectos relevantes para maximizar a produtividade e a eficiência.
Perguntas frequentes
Qual é a diferença entre engrenagens e rodas dentadas?
A primeira diferença entre os dois é que as rodas dentadas não se encaixam perfeitamente como as engrenagens. Outra diferença é que as rodas dentadas transmitem torque apenas ao longo do eixo paralelo, enquanto as engrenagens o fazem em qualquer direção. Em termos de aplicação, as engrenagens são os dispositivos preferidos para transmissão de torque em curto prazo, enquanto as rodas dentadas podem transmitir torque em distâncias mais longas.
De que materiais são feitas as engrenagens?
Existem diferentes tipos de materiais para fazer engrenagens, tanto metálicos quanto não metálicos. Esses materiais incluem aço, ferro fundido, náilon, fibra, plástico, etc. O material a ser usado geralmente depende dos requisitos das engrenagens.
Quais métodos de tratamento são usados para engrenagens?
Antes que as engrenagens possam ser usadas, algumas técnicas de tratamento geralmente são usadas. Os típicos incluem retificação, um tipo de processamento de superfície comum em materiais CNC, e tratamento térmico. O acabamento superficial por retificação visa o funcionamento suave e o baixo ruído da engrenagem, enquanto diversas técnicas de calor são utilizadas para afetar a resistência e durabilidade da engrenagem.
