As engrenagens, parte fundamental dos motores, são dispositivos mecânicos que permitem alterar o torque e a velocidade das máquinas. Existem diferentes tipos de engrenagens com requisitos e especificações específicas, desde formas simples até formas mais complexas.
Freqüentemente, várias engrenagens formam máquinas complexas, mas nem sempre é esse o caso. Por exemplo, as engrenagens estão presentes em máquinas simples como relógios, onde regulam a velocidade do ponteiro do relógio. Neste artigo, discutiremos diferentes engrenagens mecânicas e suas aplicações. Vamos ler.
O que são Engrenagens?
As engrenagens são dispositivos mecânicos rotativos com dentes que permitem a transmissão de torque e velocidade. Freqüentemente, as engrenagens mecânicas são cilíndricas com conjuntos de dentes ao redor do corpo. Quando duas ou mais engrenagens trabalham em sincronia, elas estão em transmissão. A transmissão de força é o que leva a uma mudança na velocidade ou no torque.
Vantagens das Engrenagens
- As engrenagens são fortes mecanicamente. Assim, eles podem levantar cargas mais altas.
- Com a ajuda de uma caixa de engrenagens, eles permitem uma mudança nas taxas de velocidade.
- Eles funcionam bem em baixas velocidades.
- Transmissão de energia de alta eficiência.
- São ideais para transmissão de altos valores de torque.
- As engrenagens requerem apenas lubrificação de rotina, consequentemente, pouco foco na manutenção.
- Eles são altamente duráveis, então o sistema de engrenagens dura muito tempo.
Desvantagens das Engrenagens
- Engrenagens não são adequadas para transmissão de movimento de longa distância.
- Eles não são flexíveis.
- As engrenagens são barulhentas, especialmente em altas velocidades.
- Eles não são adequados quando os eixos estão distantes.
Diferentes tipos de engrenagens e suas aplicações
Na mecânica, o agrupamento de engrenagens em várias classes depende da configuração dos dentes, uso e direção do movimento. Abaixo estão os tipos mais importantes de engrenagens.
Engrenagem Spur
As engrenagens de dentes retos transmitem potência no mesmo plano quando os dois eixos (o acionador e o acionado) estão paralelos. Os dentes das engrenagens retas são paralelos ao eixo do eixo. Portanto, ao engatar com outra engrenagem reta, ela transmite a potência em um eixo paralelo. São as formas mais comuns de engrenagens que possuem aplicações em sistemas automotivos, transportadores, bombas e motores de engrenagens, redutores de velocidade, etc.
Engrenagens helicoidais
As engrenagens helicoidais têm seus dentes posicionados em um ângulo em relação ao eixo, em contraste com as engrenagens retas que são paralelas. Eles têm vários dentes em contato durante a transmissão. Como resultado, engrenagens mecânicas helicoidais pode transportar cargas maiores. Além disso, trabalham com menos ruído e vibrações, pois as cargas são melhor distribuídas. Além disso, eles sofrem menos condições de desgaste, pois há menos atrito. Diferentes tipos de engrenagens helicoidais serão mostrados abaixo.
Engrenagem Helicoidal Simples ou Dupla
As engrenagens helicoidais simples têm dentes na hélice esquerda ou na hélice direita. No entanto, as engrenagens de dupla hélice possuem dentes em ambas as direções. Nas engrenagens helicoidais duplas, existem duas faces helicoidais próximas uma da outra com um espaço entre elas. As faces são idênticas, mas têm ângulos helicoidais opostos. O uso de uma engrenagem helicoidal dupla garante uma sobreposição de dentes mais significativa, o que resulta em uma transmissão mais suave.
Espinha de Peixe
Este conjunto é bastante semelhante à engrenagem helicoidal dupla. Porém, são menores e não possuem espaço entre as duas faces helicoidais. Engrenagens espinha de peixe têm as duas engrenagens helicoidais unidas lado a lado. Eles não são tão comuns devido aos altos custos de produção e dificuldades de fabricação, embora sejam mais adequados para aplicações de vibração e alto choque.
Engrenagem de parafuso
As engrenagens helicoidais são um par de engrenagens helicoidais operando em um ângulo de torção de 45 graus. Eles ocorrem em eixos não paralelos e sem interseção. Eles têm uma capacidade de transporte de carga baixa devido ao contato de dente único. Portanto, essas engrenagens não são ideais para transmitir grandes potências.
Aplicações de engrenagens helicoidais
- Bombas de água
- Misturadores
- Automobiles
Engrenagem cónica
Engrenagens cônicas são em forma de cone, com dentes ao redor do cone. Eles transmitem força entre eixos perpendiculares. Isso é eixos que se cruzam em um ângulo reto (90 graus). No entanto, as engrenagens cônicas são caras e não transmitem grande torque por tamanho como a configuração de eixo paralelo.
Engrenagens Cônicas Retas
As engrenagens cônicas retas são as configurações mais comuns do dente da engrenagem cônica. A razão para isso é a simplicidade do design e a facilidade de fabricação. Os dentes chanfrados retos se encaixam todos de uma vez, em vez de gradualmente, quando devidamente combinados. A superfície de passo dos tipos de engrenagens cônicas retas é cônica com dentes retos que se afunilam em direção à ponta.
Engrenagens cônicas espirais
As engrenagens mecânicas cônicas espirais têm linhas de dentes curvas e têm uma relação de contato de dente melhor do que a engrenagem cônica reta. Portanto, eles são superiores em eficiência e força e produzem menos vibração e ruído. No entanto, eles têm dificuldades de fabricação.
Engrenagens cônicas Zerol®
Engrenagens cônicas Zerol® são uma marca registrada da Gleason Co. A engrenagem adota características de engrenagens cônicas retas e espirais com dentes curvos. Portanto, a engrenagem é adequada para ambas as aplicações. No entanto, eles têm ângulos de torção zero e, portanto, os dentes podem girar em qualquer direção.
Mitre Gears
As engrenagens de esquadria são um tipo especial de engrenagem cônica, pois possuem o mesmo número de dentes. Eles têm seus eixos posicionados a 90 graus entre si e essas engrenagens alteram a transmissão de força sem afetar a velocidade. Engrenagens de esquadria são únicas porque têm uma relação de engrenagem de 1. Em contraste, outras engrenagens cônicas podem ter relações que variam de 10:1 a 500:1.
Engrenagens da coroa
As engrenagens da coroa, que às vezes são chamadas de engrenagens de face, também têm seus dentes em ângulos retos com a face da roda. Eles têm um cone de passo de 90 graus. Nas indústrias, as engrenagens da coroa engrenam com outras engrenagens cônicas ou engrenagens retas em movimento circular de potência.
Engrenagens hipóides
As engrenagens hipóides parecem semelhantes às engrenagens cônicas em espiral, mas funcionam em eixos sem interseção. Operam a 90 graus e são comuns no setor automobilístico. Você vê essas engrenagens nos eixos dos veículos.
Aplicações de engrenagens cônicas
- Misturadores
- Sistemas de rega
- Trituradores
Redutores rosca sem fim
A engrenagem helicoidal consiste em um corte em forma de parafuso no eixo (sem-fim) e na engrenagem correspondente (roda sem-fim). Este tipo de engrenagem transmite a potência em eixos sem interseção que formam ângulos retos. Os tipos de engrenagens funcionam fazendo contato deslizante com menos atrito, em vez de uma rotação suave e silenciosa. Portanto, eles são adequados para aplicações de alto choque. No entanto, possuem baixa eficiência, o que restringe seu uso a aplicações de baixo consumo de energia.
Aplicações de engrenagens helicoidais
- Máquinas agrícolas
- Pequenos transportadores
- Equipamentos de embalagem
Pinhão e Cremalheira
A cremalheira e o pinhão geralmente ocorrem em pares. Eles consistem em duas engrenagens circulares: o pinhão engatando uma engrenagem linear – a cremalheira. Eles traduzem o movimento rotatório em linear. Essas engrenagens são comuns no sistema de direção dos automóveis. Os sistemas de cremalheira e pinhão podem usar engrenagens retas ou helicoidais. A principal aplicação das engrenagens de pinhão e cremalheira é na direção automotiva.
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Uma breve tabela de diferentes tipos de engrenagens mecânicas
| Tipos de Engrenagens | Particularidades | Aplicações |
| Engrenagens retas | a. A forma mais comum de equipamento. b. Fácil de fabricar. c. Use para configuração de engrenagem de eixos paralelos. d. Corpo de engrenagem circular. | a. Relógios b. Pequenos transportadores c. Automotivo |
| Engrenagens helicoidais | a. Corpo de engrenagem circular. b. A eficiência é menor do que as engrenagens retas. c. Configuração de eixos paralelos. Operação mais suave e com menos ruído. | a. bombas de água b. Misturadores c. Automóveis |
| Engrenagem cónica | a. Corpo cônico da engrenagem. b. Configuração de eixos de interseção. c. Existem designs retos, espirais e chanfrados Zerol®. | a. Misturadores b. Sistemas de rega c. trituradores |
| Redutores rosca sem fim | a. O par de engrenagens consiste em engrenagens circulares e de parafuso. b. Baixa eficiencia. c. Configurações não paralelas e sem interseção. | a. máquinas agrícolas b. Pequenos transportadores |
| Engrenagem de pinhão e cremalheira | a. O par de engrenagens consiste em uma cremalheira e uma engrenagem cilíndrica. b. Configuração de eixos paralelos. c. Muda o movimento rotatório para o movimento linear e vice-versa. | a. direção automotiva b. Balança |
Parâmetros básicos para projeto de engrenagens
Abaixo, discutiremos os parâmetros básicos das engrenagens que afetam os projetos de engrenagens.
Forma de Engrenagem
A maioria das engrenagens é circular, com dentes alinhados ao redor do corpo cilíndrico. No entanto, eles também ocorrem em formas cônicas, elípticas, quadradas e triangulares. Os sistemas de engrenagens circulares têm uma relação de transmissão constante para velocidade de rotação e torque. Portanto, uma entrada semelhante produz a mesma saída de velocidade e torque. O oposto é o que existe nos tipos de engrenagens não circulares. Consequentemente, eles podem executar requisitos especiais de movimentos irregulares, como mudança de velocidade e movimento reverso.
Módulo
Módulo refere-se ao tamanho de um dente de engrenagem em milímetros. Portanto, o módulo está diretamente relacionado ao tamanho dos dentes da engrenagem. É um parâmetro importante a ser observado na engrenagem. O módulo é o valor obtido dividindo-se o diâmetro primitivo pelo número de dentes da engrenagem. Matematicamente, temos como:
Módulo = Diâmetro do passo / Número de dentes.
No entanto, existem valores comuns para os módulos, que seguem a forma como ocorrem em aplicações industriais.
Configuração dos Eixos da Engrenagem
As configurações dos eixos de engrenagens estão em três formas: paralelas, com interseção e não paralelas (ou sem interseção). Engrenagens com eixos paralelos ocorrem paralelamente com eixos girando em direções opostas. As engrenagens que se cruzam se cruzam no mesmo plano, enquanto as engrenagens não paralelas têm seus eixos cortados em planos diferentes. No entanto, as configurações de engrenagens cruzadas e paralelas têm maior eficiência e velocidade do que as engrenagens não paralelas.
Ângulo de pressão
O ângulo de pressão é o ângulo que o dente forma com a normal à linha de passo. Como regra, um ângulo de pressão de 20 graus é frequentemente usado. Embora, ângulos de 14.5 e 17.5 existam em alguns casos. Ângulos de pressão maiores indicam um dedendo largo que resulta em maior resistência do dente.
Número de dentes
O número de dentes e os valores do módulo e do ângulo de pressão são cruciais no cálculo das dimensões das engrenagens. O número de dentes é vital para calcular a velocidade da engrenagem (relação de engrenagem) usando a expressão abaixo:
Número de dentes da engrenagem de entrada / Número de dentes da engrenagem de saída.
Direção de torção
Uma engrenagem é destra quando tem os dentes à direita e canhota quando tem os dentes à esquerda. Para que a transmissão de força ocorra em um par de engrenagens helicoidais ou cônicas, as duas engrenagens trabalhando lado a lado devem ter direções de torção opostas. Por exemplo, duas engrenagens helicoidais com dentes movendo-se na mesma direção nunca engrenarão. No entanto, as engrenagens de parafuso e sem-fim são unidirecionais, mas engrenadas.
Ângulo de Torção
O ângulo de torção é o ângulo de inclinação do dente em relação ao eixo do cilindro. Aumentar o ângulo de torção das engrenagens leva a uma direção de impulso mais significativa. Como resultado, há uma queda na eficiência da máquina. Geralmente, ângulos de torção inferiores a 25 graus são ideais para engrenagens helicoidais para reduzir o empuxo.
Considerações ao projetar e selecionar engrenagens
Abaixo estão alguns fatores críticos a serem considerados ao projetar e selecionar engrenagens.
Condições Operacionais e Ambientais
As condições operacionais e ambientais das engrenagens são críticas para sua durabilidade e desempenho. As condições de operação incluem estresse e fricção colocados nos dentes. Por outro lado, as condições ambientais incluem umidade, temperatura e limpeza. As duas condições afetam o tipo de engrenagem e os fatores de projeto, como construção, tratamento de superfície, lubrificantes e método de lubrificação.
Restrições dimensionais
Restrições dimensionais são limitações ao espaço ocupado pelas engrenagens. Por exemplo, as engrenagens devem estar no centro entre os eixos. Porém, há casos em que eles ficam um pouco mais afastados do centro para se encaixar melhor no sistema de engrenagens. Nesses casos, o perfil dos dentes é alterado. O uso de equipamentos e designs específicos que melhor se adequam ao espaço é outro meio eficaz de gerenciar as limitações dimensionais.
Requisitos de Transmissão
Engrenagens mecânicas geralmente transferem movimento e torque dentro dos componentes da máquina. No entanto, com base no projeto e na construção, eles podem alterar a direção do movimento e aumentar a velocidade ou a saída de torque. Ao projetar engrenagens, os requisitos de especificação e aplicação: mudanças de direção ou aumento de velocidade ou torque são fatores a serem considerados. Eles podem influenciar o tipo de engrenagem, design e configuração.
Padrões de Design
As engrenagens têm várias especificações, sem nenhum padrão geral da indústria. Freqüentemente, os projetos de engrenagens atendem ao padrão do fabricante ou às especificações de projeto da máquina ou sistema. No entanto, vários países criaram um padrão para atender suas indústrias. Por exemplo, nos Estados Unidos, as engrenagens são agrupadas pela American Gear Manufacturers Association (AGMA). O Japão e a Alemanha também têm tais associações.
Custos
O custo é um fator, especialmente quando se trata de engrenagens personalizadas. Os materiais de design, construção, acabamentos de superfície, precisão e requisitos de lubrificação afetam o custo. Embora seja necessário usar engrenagens que atendam a todas as especificações, o custo deve ser levado em consideração. Portanto, onde as engrenagens regulares atendem ao padrão, é melhor ir com elas, pois as engrenagens personalizadas atrairão outras despesas.
Como produzir engrenagens
As engrenagens são produzidas usando vários processos de fabricação de engrenagens. Alguns dos quais incluem:
- Forjar
- Extrusão e trefilação a frio
- Metalurgia do pó
- Supressão
- Usinagem de engrenagens
Freqüentemente, a usinagem é feita para obter a forma e a dimensão finais da engrenagem. Depois que as engrenagens são produzidas, os acabamentos de superfície, como retificação e brunimento, podem ser aplicados para melhorar a característica geral da engrenagem.
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Perguntas
a. Engrenagens e rodas dentadas são semelhantes, com ambos os dispositivos mecânicos contendo dentes que auxiliam na transmissão de energia. No entanto, abaixo estão algumas diferenças importantes entre os dois.
b. Os dentes da engrenagem travam enquanto os foguetes travam com uma corrente de bicicleta ou trilhos de tanques militares.
c. As engrenagens podem transmitir torque em configurações paralelas, perpendiculares e outras, enquanto os foguetes funcionam apenas ao longo de um eixo paralelo.
d. As engrenagens são mais adequadas para transmissões de curta distância, enquanto a roda dentada e a corrente funcionam bem para distâncias maiores.
e. Engrenagens transmitem torques em direções opostas. No entanto, o inverso é o caso dos foguetes.
Onde temos duas engrenagens engrenadas, a menor é o pinhão. A engrenagem geralmente atua como o acionador, enquanto o pinhão é o acionado. Há um acionamento redutor quando o pinhão é a engrenagem motriz, o que resulta em menor velocidade de saída, mas maior torque.
Os diferentes tipos de engrenagens são mais adequados para diferentes funções, dependendo dos requisitos de especificação e necessários. No entanto, as engrenagens retas continuam sendo as engrenagens mais usadas. Eles atingem alta precisão e são relativamente fáceis de fabricar.
