Elementos de Máquinas: Tipos de Engrenagens e Suas Aplicações

ELEMENTOS DE MÁQUINAS Marcelo Quadros Engrenagens cilíndricas de dentes retos São os tipos mais comuns de engrenagens e têm baixo custo de produção Servem somente para transmissão entre eixos paralelos entre si e não são aconselhadas para transmissão de forças muito grandes e rotações muito elevadas São utilizadas em sistemas simples de máquinas operatrizes e em sistemas automotores Figura 2 Figura 2 Engrenagem cilíndrica de dentes retos Fonte Kapitula OlgaShutterstockcom Engrenagens cilíndricas de dentes helicoidais Os dentes são dispostos de maneira transversal em forma de hélice com relação ao eixo Servem para transmissão não somente de eixos paralelos entre si mas também para eixos que formam um determinado ângulo entre ele Pelo fato de realizar movimento contínuo esse tipo de engrenagem evita choques entre os elementos em razão de seus dentes inclinados estarem em contato constante O nível de ruído é mais baixo e serve para transmissão de maiores forças e rotações elevadas Figura 3 3 Tipos de engrenagens Figura 3 Engrenagem cilíndrica de dentes helicoidais Fonte Vladimir MartinovShutterstockcom Engrenagens cônicas de dentes retos Essa engrenagem é utilizada para mudar a rotação e a direção da força a baixas velocidades sem impacto Tem grande aplicação em sistemas que necessitam de transferência de direção vertical para horizontal e viceversa Figura 4 Figura 4 Engrenagem cônica de dentes retos Fonte pattanachai wShutterstockcom e WaldemarusShutterstockcom Tipos de engrenagens 4 Engrenagens cônicas de dentes helicoidais Utilizada para mudar a rotação e a direção da força a altas velocidades e com grandes esforços É aplicada em sistemas Figura 5 Figura 5 Engrenagem cônica de dentes helicoidais Fonte FedotovAnatolyShutterstockcom Engrenagens côncavas coroas e parafusos semfim Os parafusos semfim são engrenagens helicoidais com número reduzido de dentes até cinco dentes Servem para transmissão entre dois eixos perpendi culares entre si São utilizados normalmente quando se precisa obter grande redução de rotação e também para transmissão de grandes forças como por exemplo nos redutores de velocidade Figura 6 5 Tipos de engrenagens Figura 6 Engrenagem côncava coroa e parafuso semfim Fonte maxuserShutterstockcom As engrenagens trabalham em conjunto As de um mesmo conjunto podem ter tamanhos diferentes Quando um par tem rodas de tamanhos diferentes a maior engrenagem chamase coroa e a menor chamase pinhão Fabricação das engrenagens e suas propriedades mecânicas Engrenagens desempenham um papel importante na transmissão de energia mecânica Sua fabricação é uma área muito interessante que envolve várias metodologias e que varia com os tipos de engrenagens a serem produzidas Tipos de engrenagens 6 Segundo Budynas e Nisbett 2016 p 670 Há um número grande de maneiras de formar os dentes de engrenagens tais como fundição em areia moldagem em casca fundição de investimento fundição em molde permanente fundição em matriz e fundição centrífuga Dentes também podem ser produzidos pelo processo de metalurgia do pó ou a extrusão uma única barra de alumínio pode ser formada e então fatiada em engrenagens Engrenagens de termoplásticos como náilon policarbonatos e acetal são muito populares e facilmente manufaturadas por moldagem de injeção Essas engrenagens são de precisão variam entre baixa e moderada de baixo custo para produção em altas quantidades e capazes de transmitir cargas leves e funcionar sem lubrificação Na geração uma ferramenta com uma forma diferente do perfil de dente se move relativamente à peça que dará origem à engrenagem para gerar a forma apropriada de dente Um dos métodos de formação de dentes mais novo e mais promissor é conhecido como conformação ou laminação a frio no qual matrizes são roladas sobre peças de aço para formar os dentes A metodologia de fabricação envolvida na confecção das engrenagens define os tipos de máquinas a serem utilizadas Os principais métodos de usinagem na produção de engrenagens são por fresamento e por geração e são concluídos por rebarbação brunimento retificação ou lapidação Fresamento Dentes de engrenagens podem ser cortados com uma fresa de forma feita para conformar ao espaço do dente Com esse método é necessário utilizar um cortador diferente para cada engrenagem uma vez que uma engrenagem com 25 dentes por exemplo terá um espaço de dente formado de maneira diferente daquela com 24 dentes De fato a diferença em espaço não é muito grande e verificouse que oito cortadores podem ser utilizados para cortar com acurácia razoável qualquer engrenagem no intervalo de 12 dentes até uma cremalheira Um conjunto separado de cortadores é requerido para cada passo Figura 7 7 Tipos de engrenagens Figura 7 Fresamento de engrenagem na fresadora Fonte patrufloShutterstockcom A operação de fresar engrenagens é uma das mais importantes e complexas no fresa mento Nessa operação os dentes das engrenagens são usinados com fresas de perfil constante chamadas de fresas módulo são usados o cabeçote divisor e dependendo da complexidade da engrenagem outros acessórios da fresadora Figura 8 Figura 8 Fresamento de engrenagem na fresadora Fonte patrufloShutterstockcom Tipos de engrenagens 8 Na fabricação de engrenagens o perfil dos dentes é padronizado Os dentes são usinados por ferramentas chamadas fresas A escolha da fresa depende da altura da cabeça e do número de dentes da engrenagem por isso não há interesse em representar os dentes nos desenhos Geração Dentes podem ser gerados tanto por um pinhão cortador quanto por um cortador de cremalheira O pinhão cortador descreve um movimento alternativo ao longo do eixo vertical e avança de forma vagarosa sobre a peça que é cortada até a profundidade requerida Quando os círculos primitivos são tangentes o cortador e a peça rodam ligeiramente após cada movimento de corte Uma vez que cada dente do cortador é uma ferramenta de corte todos os dentes aparecerão cortados quando a peça completar uma rotação Os lados de um dente de cremalheira de involuta são retos Por essa razão uma ferramenta de geração do tipo cremalheira proporciona um método preciso de corte dos dentes de engrenagens Figura 9 Figura 9 Fresamento de engrenagem na geradora Fonte Dovzhykov AndriyShutterstockcom 9 Tipos de engrenagens A geração também é uma operação de forma Em operação o cortador avança reciprocamente sobre a peça em corte até que os círculos primitivos sejam tangentes Então após cada ciclo de corte a peça e o cortador rolam ligeiramente sobre seus círculos primitivos Quando o cortador e a peça já rolaram de uma distância igual ao passo circular o cortador retorna ao ponto de partida e o processo continua até que todos os dentes tenham sido cortados A geração das engrenagens cônicas é uma área muito especializada no campo de corte de engrenagens Isso envolve um tipo especial de máquina denominada geradora de engrenagens Para cada variedade de engrenagem cônica a ser produzida terá seu método especifico como por exemplo Fellows Gleason Oerlikon Hypoid Zerol etc Cada tipo de engrenagem cônica é sempre feito apenas no tipo correspondente de máquina A ferramenta neces sária também pode variar de acordo com o tipo de engrenagem Figura 10 Figura 10 Fresamento de engrenagem cônica na geradora Fonte Dmitry KalinovskyShutterstockcom As propriedades mecânicas como dureza de dentes e núcleo tenaz necessi tam de tratamentos termoquímicos que têm por objetivo alterar as propriedades superficiais do material de engrenagem Tipos de engrenagens 10 Figura 11 Terminologia de uma engrenagem Fonte Budynas e Nisbett 2016 p 658 Topo Largura de face Círculo de adendo Face Flanco Fundo de dente Circulo de folga Circulo de raiz Raio de adoçamento Folga Dedendo Adendo Passo circular Espessura de dente Círculo primitivo Vão entre dentes O passo circular p é a distância medida do círculo primitivo do ponto de um dente ao correspondente ponto no dente adjacente Assim o passo circular será igual à soma da espessura do dente com a largura do espaçamento O módulo m é a razão entre o passo diametral e o número de dentes A unidade de comprimento geralmente é o milímetro O módulo é o índice de tamanho do dente no SI O passo diametral P é a razão entre o número de dentes da engrenagem e o diâmetro primitivo É o recíproco do módulo Uma vez que o passo dia metral é utilizado somente como unidades dos EUA é expresso como dentes por polegadas O adendo a é a distância radial entre o topo do dente e o círculo primitivo O dedendo b é a distância radial do fundo do dente ao círculo primitivo A altura completa ht é a soma do adendo e do dedendo O círculo de folga é um círculo tangente ao círculo de adendo da engrena gem par A folga e é a quantidade pela qual o dedendo em dada engrenagem excede o adendo de sua engrenagem par O recuo é a quantidade pela qual a largura do espaço entre dentes excede a espessura do dente a este engrazado medida sobre os círculos primitivos Tipos de engrenagens 12 Z2 e Z1 representam respectivamente a quantidade de dentes das engre nagens movida e motora Como exemplo vamos supor que você precise descobrir a velocidade final de uma máquina cujo sistema de redução de velocidade tenha duas engrenagens a primeira motora tem 30 dentes e gira a 300 rpm e a segunda movida tem 60 dentes n1 300 n2 Z2 60 Z1 30 n2 n1 Z1 Z2 n2 150 RPM n2 300 30 60 Se você tiver um conjunto com várias engrenagens a fórmula a ser usada será a mesma Como exemplo prático vamos calcular a rpm da engrenagem maior da figura a seguir sabendo que a engrenagem motora A tem 30 dentes e gira a 300 rpm a engrenagem intermediária B 60 dentes e a movida C tem 90 dentes Primeiro estágio n1 300 n2 Z2 60 Z1 30 n2 300 30 60 n2 900 60 Engrenagem intermediária B n2 150 RPM Tipos de engrenagens 14 Segundo estágio n1 150 n2 Z2 90 Z1 60 n2 150 60 90 n2 9000 60 Engrenagem movida C n2 100 RPM A Figura 12 apresenta o sistema de redução de velocidade de uma máquina Figura 12 Sistema de redução de velocidade de uma máquina Fonte Yuri TurkovShutterstockcom 15 Tipos de engrenagens BUDYNAS R G NISBETT J K Elementos de máquinas de Shigley 10 ed Porto Alegre AMGH 2016 Leituras recomendadas BEER F P et al Mecânica vetorial para engenheiros estática 9 ed Porto Alegre AMGH 2013 PLESHA M E GRAY G L COSTANZO F Mecânica para engenharia estática Porto Alegre AMGH 2015 SMITH W S HASHEMI J Fundamentos da engenharia e ciência dos materiais 5 ed Porto Alegre AMGH 2012 Referência Tipos de engrenagens 16