As engrenagens são fundamentais na transmissão de potência e movimento em várias máquinas. Funcionam através do encravamento dos dentes, assegurando um controlo preciso do movimento e da carga. Este guia mergulha no intrincado mundo das engrenagens, explorando os seus tipos, funções e especificações técnicas.
Índice
O que é uma engrenagem?
Uma engrenagem é um componente mecânico. É constituída por catracas ou engrenagens que têm dentes. Encaixam-se para transmitir a rotação e o binário de um eixo para o outro. Este encaixe preciso evita compromissos. Podem provocar uma velocidade e uma potência incoerentes. As engrenagens são componentes essenciais em muitos sectores. Estes são o automóvel, a maquinaria, a indústria aeroespacial e a robótica. As engrenagens são utilizadas para controlar a velocidade e transferir potência.
Não existe uma norma para a indústria de engrenagens. No entanto, as engrenagens são classificadas com base nos dentes e no sentido de rotação das engrenagens. Este artigo ilustra a forma como são abordados os vários tipos de engrenagens e as suas utilizações especiais. A engrenagem é aplicada em muitos sistemas mecânicos diferentes. Isto serve para ilustrar como as engrenagens são concebidas para configurações complexas.
Terminologias importantes de engrenagens
Terminologias de engrenagens
Parâmetros básicos das engrenagens
As engrenagens têm parâmetros. São as propriedades técnicas das engrenagens. Estes parâmetros são exigidos pelos engenheiros da indústria. Todos estes parâmetros são aplicados a diferentes partes de uma engrenagem. Eles determinam o funcionamento e o desempenho da engrenagem.
Número de dentes: Os dentes têm arestas afiadas e envolvem completamente a engrenagem. O número de dentes deve ser um número inteiro, o que pode afetar a relação de transmissão, um aspeto importante do desempenho da engrenagem. Mais dentes tornam o movimento mais suave, mas requerem um fabrico de precisão.
Profundidade total: A profundidade total é medida desde o topo de um dente até ao seu ponto mais baixo. Isso garante que a carga pretendida possa ser suportada pela engrenagem em questão. Também permite o bom funcionamento da engrenagem num sistema mecânico.
Círculos e diâmetros críticos
Círculo de Passo: Um círculo de passo é um círculo imaginário que mostra o tamanho de uma engrenagem. É vital para engrenagens de malha. Os seus círculos de passo devem coincidir bem durante a operação. O círculo de passo divide o dente em addendum e dedendum.
Círculo radicular:O círculo radicular é por vezes chamado de diâmetro interno. Ele marca a parte inferior de um dente, ou mais especificamente, sua altura. Esta altura é utilizada nos cálculos de profundidade e resistência do dente.
Círculo externo: No que diz respeito às dimensões externas, o círculo externo mostra o diâmetro no qual a marcação começa e onde as extremidades dos dentes começam de cima para baixo. Dela dependem o tamanho total e a possibilidade de troca entre engrenagens num sistema.
Diâmetro do passo: O diâmetro do passo é definido como o diâmetro do círculo do passo. Portanto, estimar a distância entre duas engrenagens no engrenamento é crucial. Isso evita interrupções que acontecem quando esse processo não é bem gerenciado …
Passo e módulo
B Mede a distância entre dois dentes adjacentes no círculo de passo. É essencial para compreender o posicionamento e a interação.
Módulo: É um rácio obtido dividindo o diâmetro dos círculos de passo por π (pi). Na análise de engrenagens, é frequentemente utilizado para simplificar os cálculos de tamanho e espaçamento das engrenagens.
Passo Diametral: Número de dentes de uma engrenagem dividido pelo diâmetro do círculo de passo. As engrenagens com o mesmo passo diametral irão engrenar bem. Isto torna-o um parâmetro importante para a compatibilidade das engrenagens.
Espessura Circular: Uma medida que define a espessura de um dente visto isoladamente em torno de sua circunferência. Essas medidas garantem que as engrenagens possam suportar as forças aplicadas durante suas operações.
Ângulos e pontos
Ângulo de pressão: O ângulo entre a normal comum no ponto de contacto do dente e a tangente comum no círculo de passo. Isto afecta a transmissão de força, bem como a suavidade no funcionamento da engrenagem.
Ponto de passo: O ponto onde duas engrenagens têm pontos de contacto localizados nos seus respectivos círculos de passo. O alinhamento exato das engrenagens depende deste ponto; por isso, é suave.
Superfície de inclinação: A engrenagem dentada é conhecida por substituir uma superfície imaginária de cilindro rolante. Isto ajuda-nos a compreender o movimento das engrenagens à medida que interagem.
Adenda, Dedenda e Profundidades.
Addendum & Dedendum: A distância radial vai do addendum à base do dente. Assegura um contacto adequado da engrenagem durante o carregamento.
Círculo Adendo & Círculo Dedendo: Encontra-se mesmo na ponta de cada dente… Estes dois círculos encontram-se concentricamente para o círculo de inclinação e servem como limites para a área dos dentes.
Círculo Básico: Os perfis dentários involutos são derivados a partir dele. Isto determina a forma e a resistência da estrutura dos dentes de 13 engrenagens.
Profundidade total e profundidade de trabalho: A diferença radial é entre os círculos addendum e dedendum. A profundidade de trabalho assegura o ajuste das engrenagens desde a adenda até ao círculo de folga.
Espessura do dente e espaço do dente: Esta é a largura de um dente no círculo de passo. Estas leituras ajudam a determinar as distâncias dos dentes e a sua interação com o sistema de engrenagens.
Classificação das engrenagens
Classificação das engrenagens
Tipos de engrenagens com base na forma do dente
De acordo com a forma dos dentes, existem três tipos principais de engrenagens: involutas, ciclóides e trocoides. Os perfis curvos que garantem uma transmissão suave tornam as engrenagens involutas conhecidas. As engrenagens ciclóides têm uma forma curva. Esta forma torna-as mais eficazes nalguns casos do que noutros. As engrenagens trocoides têm dentes únicos. Estes dentes permitem que as engrenagens tenham um bom desempenho em determinadas condições.
Tipos de engrenagens com base na configuração dos eixos
As engrenagens também podem ser classificadas com base na configuração dos seus eixos. As engrenagens de eixo paralelo estão posicionadas em eixos paralelos que partilham o mesmo plano. Estas têm uma elevada eficiência na transferência de movimento, tal como as engrenagens helicoidais e as cremalheiras. As engrenagens de eixo encontram-se num ponto. Um exemplo é a engrenagem cónica. Este tipo encontra-se num plano. Mantém uma elevada eficiência. Em contrapartida, os eixos de uma engrenagem sem-fim não se encontram ou correm paralelamente. Isto provoca um baixo rendimento.
Diferentes tipos de engrenagens
A engrenagem é crucial em todas as máquinas. Transmitem a rotação e a força entre as peças. Existem em várias formas. Satisfazem muitas necessidades mecânicas em várias indústrias. Os engenheiros precisam de conhecer as propriedades e a conceção de cada tipo de engrenagem. Utilizam este conhecimento para escolher as melhores para as suas necessidades.
Engrenagem de dentes retos: As engrenagens de dentes retos são simples. Os seus dentes são paralelos ao seu eixo de rotação. Isso significa que eles só podem se encaixar com outras engrenagens retas que têm eixos paralelos. Este tipo de engrenagem é amplamente utilizado porque é simples, barato e fácil de manter. Assim, a prática de fundição deve ser utilizada em aplicações de velocidade moderada, como accionamentos de moinhos e equipamento de elevação.
engrenagem da via
Engrenagem helicoidal: As engrenagens helicoidais têm dentes cortados num ângulo em relação ao eixo. Elas são mais silenciosas e vibram menos do que as engrenagens de dentes retos. As aplicações de alta velocidade são mais adequadas para estas engrenagens. Podem também suportar mais carga, o que as torna adequadas para transmissões de automóveis e maquinaria pesada.
Engrenagem helicoidal
Engrenagem helicoidal dupla: Uma engrenagem helicoidal dupla consiste em duas faces helicoidais paralelas com um espaço entre elas; portanto, não há impulso axial e a operação é mais suave. É altamente recomendada para aplicações de alta velocidade e de grande relação. Este tipo é também utilizado para absorver choques e vibrações.
Engrenagem helicoidal dupla
Engrenagem em espinha de peixe: As engrenagens em espinha de peixe são como engrenagens helicoidais duplas. Mas eles não têm espaço entre os dois lados. Isso os torna ideais para altos choques e vibrações. No entanto, o seu processo de fabrico complexo e os custos associados impedem a sua utilização generalizada.
Engrenagem de espinha de peixe
Engrenagem sem-fim: Uma engrenagem sem-fim tem um sem-fim e uma roda sem-fim. Eles são para eixos que não se interceptam em ângulos retos. Tem altas taxas de redução. Este tipo de engrenagem é conhecido por uma operação silenciosa. Por isso, é melhor para casos de velocidade lenta-média com cargas de choque.
Engrenagem sem-fim
Engrenagem cônica: As engrenagens cónicas transmitem energia entre eixos que se intersectam num determinado ângulo, como 90 graus. Elas são comumente usadas em diferenciais de carros, ferramentas elétricas e sistemas de direção. Isto deve-se ao facto de poderem lidar eficazmente com binários elevados.
Engrenagem cónica
Rack and Pinion: Este tipo de engrenagem converte a rotação em movimento linear ou vice-versa. É fundamental em sistemas de direção, máquinas CNC e atuadores lineares. As engrenagens de cremalheira e pinhão fornecem controle de movimento preciso. Portanto, muitos usos precisam da eficiência desses tipos de produtos.
Cremalheira e pinhão
Engrenagem planetária: As engrenagens planetárias têm uma engrenagem solar central, muitas engrenagens planetárias e uma engrenagem anelar exterior. Eles dão rácios de redução muito elevados. Eles também são compactos o suficiente para suportar cargas pesadas. Isso os torna populares em carros, robôs e máquinas que precisam dessa combinação.
Engrenagem planetária
Engrenagem interna: As engrenagens internas são usadas principalmente em transmissões de engrenagens planetárias e acoplamentos de eixos. Essas engrenagens têm dentes dentro de um cone ou cilindro, permitindo que eles girem da mesma maneira. Necessitamos de requisitos específicos de alinhamento das engrenagens e de controlo da rotação.
Engrenagem interna
Princípios de funcionamento das engrenagens mecânicas
Engrenagens e transmissão de movimentos
As engrenagens funcionam quando as suas rodas dentadas se engrenam para alterar as velocidades e os movimentos. Os dentes de uma engrenagem encaixam-se com os de outra engrenagem. Isto permite-lhes transmitir a rotação. Ao fazê-lo, é criada uma vantagem mecânica à medida que o binário, a velocidade e o sentido de rotação são alterados. Desta forma, a transferência de movimento das engrenagens ocorre de forma eficiente, principalmente devido ao engrenamento.
A conetividade entre a engrenagem e o veio
Como tal, as engrenagens rodam ao longo dos eixos em que estão montadas. Isto implica que os movimentos podem ser transmitidos de uma engrenagem para outra através da ação da engrenagem ao longo do eixo. As engrenagens são posicionadas corretamente através de um eixo. O eixo mantém as engrenagens estáveis e alinhadas para que funcionem corretamente. Se não existissem veios, era provável que as engrenagens não mantivessem a sua configuração para um movimento eficiente.
Engrenagem motriz vs. engrenagem movida
Num conjunto de engrenagens, existem dois tipos principais: a engrenagem motriz e a engrenagem movida. A engrenagem motriz provoca movimento na engrenagem movida, rodando ela própria. Assim, o movimento ocorre devido à interação com outras partes de um mecanismo. Isto porque, quando a engrenagem motriz começa a mover-se, a sua rotação afecta diretamente a rapidez ou a lentidão com que a engrenagem movida funciona. Isto assegura um funcionamento suave.
Materiais habitualmente utilizados no fabrico de engrenagens.
Metais e ligas
S45C
O aço S45C pertence à norma JISG4051-79 (94) conhecida como aço 45 na China, com designações semelhantes no Japão (S45C) e em Taiwan (S45C). É um carbono de alta qualidade sem defeitos estruturais. A sua microestrutura é uniforme em toda a sua gama de massas. A sua resistência ao desgaste aumenta com o aumento do teor de carbono superior a 0,4%. No entanto, é necessário um tratamento térmico adequado durante a têmpera para não provocar deformações ou fissuras.
SUS304
Também designado por 06Cr19Ni10 ou apenas 304, é um exemplo de aço inoxidável. Possui uma excelente resistência à corrosão e propriedades mecânicas. No entanto, é possível conformá-lo a quente. Procedimentos como a dobragem e a estampagem podem ser efectuados sem o endurecer. Este aço mantém-se inalterado de -196°C a 800°C. O grau alimentar 304 tem mais regras para o crómio, o níquel e os metais pesados.
40Cr
O equivalente chinês do SCr440 (Japão), 5140 (EUA) e ISO 41Cr4. Aplica-se à engenharia mecânica. Isto deve-se às suas caraterísticas físicas após a têmpera e o revenido. Por outro lado, tem melhor temperabilidade do que o aço S45C. Pode ser utilizado em engrenagens, rotores de bombas de óleo, etc. Funcionam com cargas elevadas e velocidades médias.
Materiais plásticos
POM (polioximetileno)
É conhecido como “super aço” devido às suas caraterísticas excepcionais. Chama-se poliacetal ou resina acetal. O POM funciona de -40°C a +100°C. Tem boa resistência ao desgaste e auto-lubrificação. O POM é melhor do que muitos outros plásticos de engenharia. Por exemplo, tem uma resistência à tração de cerca de 70 Mpa. Também tem baixa absorção de água, boa estabilidade dimensional e uma aparência brilhante.
Nylon
A propriedade sem lubrificação torna as engrenagens de nylon populares. Funcionam para aplicações que requerem níveis de ruído mais baixos. Eles também funcionam para engrenagens leves. Além disso, as suas propriedades únicas tornam este polímero adequado para engrenagens especializadas. Estas são aplicações onde o ruído durante a operação deve ser minimizado.
Materiais compósitos
Cerâmica
O carboneto de silício e outras cerâmicas avançadas são duros e resistentes ao desgaste. São utilizados por estas qualidades. Estes materiais destinam-se principalmente a aplicações em condições severas. Apesar de serem frágeis, têm um bom desempenho em condições extremas.
Compósitos de matriz metálica
Estes compósitos combinam a resistência dos metais com a dureza e a resistência à corrosão da cerâmica. São ideais para aplicações que necessitam da dureza do metal. Também precisam de conhecer melhor as propriedades da cerâmica. Estas propriedades ajudam os materiais a suportar exigências operacionais difíceis.
Considerações sobre a conceção e a escolha das engrenagens.
Orçamento económico
O custo da personalização sempre foi elevado na seleção de engrenagens. Os produtores necessitam frequentemente de engrenagens com desenhos personalizados. Têm de corresponder a desenhos e recomendações de engenharia. É necessário fazer corresponder estas necessidades aos orçamentos disponíveis.
Conceção e normas
As engrenagens têm muitas especificações, normas e tolerâncias. Não existe uma abordagem única para todas as situações. Por conseguinte, as empresas devem identificar as suas próprias normas específicas. Isto pode implicar considerar outros países, como os EUA ou o Japão, se os regulamentos locais forem inadequados.
Configuração do espaço
Embora as engrenagens ocupem normalmente o centro dos veios, as necessidades de fabrico podem ditar o contrário. Tais alterações podem significar a modificação da forma e espessura dos dentes ou a opção por engrenagens internas que se encaixam firmemente.
Necessidades de transmissão
As engrenagens são essenciais para a transmissão de movimento e binário entre as peças da máquina. Cada peça tem requisitos únicos; por isso, os fabricantes optam por engrenagens adequadas em conformidade. Alteram o tipo e a conceção das engrenagens em função dos requisitos de movimento e de binário.
Condições de serviço
Muitos factores influenciam a escolha da engrenagem, como o peso, a fricção, o ruído, a vibração e a tensão. Além disso, existem factores ambientais como a temperatura, a limpeza e a humidade. Estes factores são tidos em conta quando se decide sobre os materiais, tratamentos ou lubrificação das engrenagens.
Seleção de materiais
A seleção do equipamento depende da sua capacidade de resistir a várias condições. Estas incluem temperaturas extremas, pó e muito mais. Alguns materiais são o aço inoxidável (SUS304), o aço carbono (S45C), o nylon, etc. Estes materiais asseguram a durabilidade em determinadas condições.
Detalhes da configuração da engrenagem
Módulo e número de dentes: Escolha com base na relação de transmissão pretendida e na disponibilidade de espaço,
Tamanho da engrenagem：Selecionar com base nos requisitos de espaço para os locais de instalação,
Requisitos de torque: A capacidade de torque de carga do sistema deve ser considerada antes de selecionar uma engrenagem,
Forma do furo interno: Escolher um rasgo de chaveta para posicionamento ou fixação. Caso contrário, escolha um furo redondo com base nas necessidades de instalação ou de conetividade.
Aplicações dos tipos de engrenagens
Tipo de equipamento
Aplicações
Engrenagem de dentes rectos
Relógios, comboios, aeronaves, máquinas de lavar roupa, centrais eléctricas, processamento de alimentos, automóveis, equipamento florestal, pequenos transportadores
Engrenagem helicoidal
Sistemas automóveis, relógios, ferramentas domésticas, produção de cimento, exploração mineira, aplicações marítimas, transportadores de grandes dimensões
Engrenagem helicoidal dupla
Exploração mineira, indústrias marítimas, maquinaria pesada, turbinas a vapor
Equipamento de espinha de peixe
Indústrias Pesadas, Propulsão Naval
Engrenagem cónica
Bombas, comboios, aviões, centrais eléctricas, produção de cimento, operações mineiras
Produção de cimento, exploração mineira, sistemas de tratamento de água
Vantagens e desvantagens das engrenagens
Vantagens das engrenagens
Transmissão eficiente de energia: Permitem rácios de velocidade elevados num espaço pequeno com um desperdício mínimo de energia.
Controlo preciso da velocidade e do binário: Permite um controlo preciso, tornando-o assim aplicável a diferentes necessidades mecânicas.
Diversas aplicações: Existem inúmeros tipos e tamanhos disponíveis para seleção de acordo com a procura de cada engrenagem.
Design compacto: Isto ajuda a poupar espaço e a integrar-se em várias configurações sem problemas.
Manutenção reduzida: Devido à sua durabilidade e longa vida útil, apenas é necessária uma lubrificação simples.
Rácio de velocidade fixo: O movimento em veios não paralelos intersecta-se perfeitamente, garantindo um desempenho uniforme.
Desvantagens das engrenagens
Sistemas complexos: A instalação precisa de tais sistemas pode ser um desafio, assim como a sua manutenção,
Ruído e vibração: A velocidade elevada ou o desalinhamento causam este problema, que dificulta a utilização confortável de um sistema,
Capacidade limitada de longa distância: Não é capaz de transferir movimentos a longas distâncias,
Risco de danos sob carga elevada： O pior dano pode acontecer se houver algum erro com engrenagens dentadas,
Falta de flexibilidade： Em muitos casos, a rigidez operacional limita a sua aplicação em situações variadas,
Custos de fabrico elevados: Os processos de produção e montagem são economicamente onerosos para os compradores.
Qual é a diferença entre engrenagens e rodas dentadas?
As engrenagens e rodas dentadas accionam tudo, desde bicicletas a máquinas. São uma parte importante da nossa vida quotidiana. Facilitam uma transmissão de energia suave, orientando assim um movimento preciso. Tanto as engrenagens como as rodas dentadas accionam máquinas. No entanto, os seus designs separados tornam-nas melhores para funções diferentes, tal como uma chave de fendas e uma chave inglesa.
Forma e design
As engrenagens têm dentes. Os dentes têm a forma de peças de puzzle irregulares. Encaixam umas nas outras. Isto faz com que se encaixem bem com outras engrenagens. Pelo contrário, as rodas dentadas têm os dentes espaçados de modo a agarrarem-se corretamente a uma corrente ou correia.
Mecanismo de transmissão de energia
As engrenagens permitem a transmissão de energia através do encravamento dos seus dentes, o que resulta num movimento contínuo. As rodas dentadas transferem energia ao agarrarem os elos da corrente. Isto é semelhante a uma corrente de bicicleta que gira à volta de rodas dentadas para rodar.
Aplicações
As engrenagens são utilizadas para velocidade, binário e posicionamento precisos. Podem ser encontradas em automóveis, máquinas, relógios e caixas de velocidades. As rodas dentadas aparecem principalmente em sistemas com correntes ou correias. Estas incluem bicicletas, motociclos, transportadores e outras máquinas.
Distribuição da carga
Distribuem a carga por muitos dentes para que a transmissão de potência seja suave e eficiente. Isto significa que existe uma tensão mínima nos dentes individuais. As rodas dentadas distribuem a carga por elos separados de uma corrente ou correia, levando a uma maior tensão em pontos de contacto específicos.
Tamanho e construção
As engrenagens existem em vários tamanhos e construções. Estas incluem engrenagens de dentes retos, helicoidais, cónicas, de parafuso sem-fim, de cremalheira e planetárias. Em contraste, os modelos de rodas dentadas são mais padronizados. Também possuem uma construção mais simples, o que faz com que funcionem melhor com correntes e correias.
Conclusão
Compreender as engrenagens é essencial para otimizar os sistemas mecânicos. Este guia explora os tipos de engrenagens e a sua conceção. Aborda a forma como estas contribuem para o bom funcionamento da transmissão de energia. Um melhor conhecimento facilita a tomada de decisões na seleção e manutenção das engrenagens.
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FAQs
Que técnicas de tratamento utilizam os maquinistas nas engrenagens?
As engrenagens podem ser rectificadas para um funcionamento silencioso. São tratadas termicamente porque isso aumenta a sua resistência e durabilidade. O aquecimento das engrenagens após a fresagem torna-as muito mais fortes. Este processo é utilizado principalmente com rodas ou veios em caixas de velocidades de acionamento superior paralelo.
Quais são as fórmulas de cálculo para a maquinagem de engrenagens?
As dimensões das engrenagens são calculadas através de fórmulas, nomeadamente as aplicáveis ao pinhão e às engrenagens grandes. Estas fórmulas baseiam-se em factores como o ângulo de pressão do módulo, o número de dentes, etc., o diâmetro do círculo de passo, etc
ChansMachining
Maquinação CNC a pedido, prototipagem e peças com acabamentos personalizados e fabrico de baixo volume.
