Engrenagens helicoidais e engrenagens retas são dois dos tipos mais comuns de engrenagens e podem ser usadas em muitas das mesmas aplicações. Engrenagens retas são simples e baratas de produzir, mas engrenagens helicoidais oferecem algumas vantagens importantes sobre engrenagens retas.
Os dentes de uma engrenagem helicoidal são colocados em um ângulo (em relação ao eixo da engrenagem) e assumem a forma de uma hélice. Isso permite que os dentes se engrenem gradualmente, começando como contato pontual e se desenvolvendo em contato linear conforme o engate progride. Uma das vantagens mais óbvias das engrenagens helicoidais sobre as engrenagens retas é que elas produzem menos ruído, especialmente em velocidades médias a altas. Além disso, com engrenagens helicoidais, mais dentes são engrenados a qualquer momento, o que significa menos carga em cada dente individual. Isso resulta em uma transição mais suave de forças de um dente para o outro, então vibração, cargas de choque e desgaste são reduzidos.
Mas o ângulo inclinado do dente também causa contato deslizante entre os dentes, o que produz forças axiais e calor, diminuindo a eficiência. Essas forças axiais desempenham um papel significativo na seleção de rolamentos para engrenagens helicoidais. Como os rolamentos devem suportar forças radiais e axiais, as engrenagens helicoidais exigem rolamentos axiais ou de rolos, que são tipicamente maiores (e mais caros) do que os rolamentos simples usados com engrenagens retas. As forças axiais variam em proporção à magnitude da tangente do ângulo da hélice. Embora ângulos maiores da hélice forneçam maior velocidade e movimento mais suave, o ângulo da hélice é tipicamente limitado a 45 graus devido à produção de forças axiais.
As cargas axiais produzidas por engrenagens helicoidais podem ser neutralizadas usando engrenagens helicoidais duplas ou espinha de peixe. Esses arranjos parecem duas engrenagens helicoidais opostas montadas costas com costas, embora sejam, na verdade, usinadas a partir da mesma engrenagem. (A diferença entre os dois designs é que as engrenagens helicoidais duplas têm uma ranhura no meio, entre os dentes, enquanto as engrenagens espinha de peixe não têm.) Esse arranjo cancela as forças axiais em cada conjunto de dentes, de modo que ângulos de hélice maiores podem ser usados. Ele também elimina a necessidade de mancais de encosto.
Além de movimento mais suave, capacidades de velocidade mais altas e menos ruído, outra vantagem que as engrenagens helicoidais oferecem sobre as engrenagens retas é a capacidade de serem usadas com eixos paralelos ou não paralelos (cruzados). Engrenagens helicoidais com eixos paralelos requerem o mesmo ângulo de hélice, mas direcionalidade oposta (por exemplo, dentes destros versus dentes canhotos).
Engrenagens com eixos paralelos têm ponteiros opostos, enquanto engrenagens com eixos perpendiculares têm o mesmo ponteiro.
Crédito da imagem: JC Leonard
Quando engrenagens helicoidais cruzadas são usadas, elas podem ser da mesma mão ou de mãos opostas. Se as engrenagens tiverem as mesmas mãos, a soma dos ângulos da hélice deve ser igual ao ângulo entre os eixos. O exemplo mais comum disso são as engrenagens helicoidais cruzadas com eixos perpendiculares (ou seja, 90 graus). Ambas as engrenagens têm a mesma mão e a soma dos ângulos da hélice é igual a 90 graus. Para configurações de mãos opostas, a diferença nos ângulos da hélice deve ser igual ao ângulo entre os eixos. As engrenagens helicoidais cruzadas oferecem flexibilidade no design, mas o contato entre os dentes é mais próximo do contato pontual do que do contato linear, então elas têm menor capacidade de força do que os designs de eixo paralelo.
Engrenagens helicoidais são frequentemente a escolha padrão em aplicações que são adequadas para engrenagens retas, mas têm eixos não paralelos. Elas também são usadas em aplicações que exigem altas velocidades ou cargas. E independentemente da carga ou velocidade, elas geralmente fornecem uma operação mais suave e silenciosa do que engrenagens retas.
