Tipos de unidades de engrenagens e respetiva aplicação
Neste artigo, apresentamos vários tipos de unidades de engrenagens e explicamos as suas áreas de aplicação. As unidades de engrenagens são componentes indispensáveis em muitas máquinas e veículos. Permitem a transmissão de binário e velocidade entre o eixo de entrada e o eixo de saída, o que assegura uma transmissão de potência ideal.
Tipos de transmissões de engrenagem
As transmissões de engrenagem são uma forma de transmissão de energia comummente utilizada em sistemas mecânicos. Existem diferentes tipos de transmissões de engrenagem que são utilizados dependendo da aplicação e da funcionalidade pretendida.
Todos os tipos de unidades de engrenagens listadas têm em comum que a sua principal tarefa é converter velocidades e binários do motor, ou seja, para efetuar uma alteração das velocidades e binários do motor entre a entrada e a saída através do design e dos componentes utilizados.
- Engrenagem de dentes retos
- Engrenagem biselada
- Engrenagem sem-fim
Engrenagem de dentes retos
As engrenagens de dentes retos são uma forma de engrenagens de rolamento e são um meio popular de implementar as tarefas acima numa aplicação devido ao seu design simples. Os eixos nos quais as engrenagens de dentes retos são montadas (com sistemas dentários externos ou internos) estão alinhados paralelamente entre si. Os dentes das engrenagens de dentes retos incluídos são desenvolvidos como sistemas dentários retos ou helicoidais. Neste caso, as engrenagens de dentes retos podem consistir num eixo de entrada e num ou vários eixos de saída. Estas são referidas como engrenagens de fase única ou de fase múltipla.
As engrenagens de dentes retos normalmente permitem uma relação de transmissão de i ≤ 6, que pode, no entanto, ser aumentada por um design multifases. Além disso, as engrenagens são caracterizadas pelo seu fabrico económico, alta robustez e alta eficiência.
Exemplo de aplicação
Nesta aplicação, uma peça de trabalho é transferida de um transportador para o processo subsequente rodando a peça de trabalho em 180° para outro transportador.
- 1) Primeiro, o braço roda a peça de trabalho 90°.
- 2) Em seguida, as hastes rodam o dispositivo de aperto em 90°.
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Engrenagem biselada
Tal como as engrenagens de dentes retos, as engrenagens biseladas clássicas pertencem ao grupo de engrenagens de rolamento. As engrenagens biseladas consistem numa roda de engrenagem cónica maior chamada roda de coroa e numa roda de engrenagem biselada mais pequena chamada pinhão. Em engrenagens biseladas simples, as pontas cónicas da roda da coroa e do pinhão convergem num ponto de interseção. As suas principais características são que os eixos nos quais as engrenagens estão montadas não estão dispostos em paralelo, mas num ângulo entre si (frequentemente 90°). Isto torna possível obter uma deflexão da força transmitida utilizando engrenagens biseladas.
Esta propriedade é diferente se a roda da coroa for concebida como uma roda plana, ou seja, o seu ângulo de cone parcial é próximo de 90°. Neste caso, devido às diferentes velocidades circunferenciais, já não foi possível obter uma deflexão de 90° ao utilizar uma roda de engrenagem biselada como pinhão. Se esta deflexão ainda for desejada, as rodas da coroa podem ser usadas em combinação com rodas simples.
Em alguns casos, pode ser necessário transferir e desviar movimentos rotacionais entre eixos que não têm um ponto de interseção comum. Para este fim, podem ser utilizadas engrenagens biseladas de parafuso (também referidas como "engrenagens hipóides"). Em engrenagens hipóides, o comportamento de rolamento do pinhão muda de um movimento de rolamento para um movimento de parafuso no qual os flancos do dente deslizam um contra o outro.
Engrenagem sem-fim
As engrenagens sem-fim consistem num parafuso sem-fim e numa roda de parafuso sem-fim e pertencem ao grupo de engrenagens de parafuso. As engrenagens sem-fim são caracterizadas por elevadas relações de engrenagem até i ≤ 40 e, sob determinadas condições, têm uma função de autobloqueio, que pode ser utilizada para várias aplicações.
No entanto, devido à elevada fricção de deslizamento entre o parafuso sem fim e a roda do parafuso sem fim, as engrenagens sem-fim têm uma eficiência mais baixa do que outros tipos de transmissão. O elevado atrito de deslizamento também significa que devem ser asseguradas uniões de material adequadas e lubrificação eficiente ao selecionar os componentes.
Exemplo de aplicação
A engrenagem helicoidal e a roda helicoidal são alimentadas pelo motor e a bobina na extremidade do eixo enrola o fio.
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Correia e coroa dentada
Uma engrenagem de corrente consiste em duas ou mais rodas de engrenagem ou polias dentadas que estão ligadas uma à outra através de uma corrente circunferencial ou correia dentada. O movimento de uma roda de engrenagem (roda de entrada) coloca a corrente ou a correia dentada e, assim, também a outra roda de engrenagem (roda de saída) em movimento.
O princípio da engrenagem da corrente permite a transmissão de potência em distâncias mais longas e oferece a possibilidade de variar velocidades e binários, dependendo das proporções de tamanho das rodas de engrenagem.
Por exemplo:
- Sistemas de transporte: As engrenagens de corrente são utilizadas em aplicações industriais para transportar materiais ao longo de distâncias mais longas.
- Máquinas-ferramenta: As engrenagens da corrente podem ser utilizadas em máquinas-ferramenta para permitir um movimento ou posicionamento preciso de peças de trabalho ou ferramentas.
Exemplo de aplicação
Um sistema transportador acionado por motor que utiliza um sistema de rolos, polias de acionamento e correias dentadas.
- Os rolos são acionados por engrenagens de corrente - ou seja, por correias dentadas e polias dentadas.
- Os rolos estão equipados com um anel em O para um bom contacto com os lados e cantos da placa de circuito de vidro.
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Tipos de roda de engrenagens
Para compreender os diferentes tipos de unidades de engrenagem, é importante considerar os diferentes tipos de rodas de engrenagem. Abaixo, discutimos os diferentes tipos de rodas de engrenagem e as suas características especiais.
- Rodas de engrenagem de dentes retos
- Suportes de engrenagens
- Rodas de engrenagem biselada
- Eixos helicoidais
Os acoplamentos de compensação são indispensáveis em muitos casos. Garantem uma transferência uniforme de potência entre as rodas de engrenagem e compensam quaisquer tolerâncias – isto aumenta significativamente a vida útil de todos os componentes.
Rodas de engrenagem de dentes retos
As rodas de engrenagem de dentes retos são a forma mais utilizada de rodas de engrenagem onde os dentes estão localizados na circunferência da roda de engrenagem cilíndrica.
Rodas de engrenagens dentadas externas
As rodas de engrenagens dentadas têm dentes circunferenciais alinhados externamente. No caso de duas rodas de engrenagem dentadas externamente interligadas, a direção da rotação muda quando o movimento rotacional é transferido da roda de engrenagem motriz para a roda de engrenagem acionada.
Rodas de engrenagens dentadas internas
Para rodas de engrenagem dentadas internamente, também chamadas rodas de engrengaem ocas, as dentificações circunferenciais são alinhadas internamente.
Ao combinar uma roda de engrenagens de dentes internos com uma roda de engrenagens de dentes externos, a direção de rotação da roda de engrenagens não muda em contraste com a combinação de duas rodas de engrenagens de dentes externos.
O design especial também pode alcançar uma disposição economizadora de espaço das rodas de engrenagens, reduzindo o espaçamento axial. Outra característica especial do dente interno é o desenho côncavo dos flancos dos dentes, que aumenta a superfície de contacto, reduzindo assim o desgaste quando combinado com o dente convexo.
Suportes de engrenagens
Os suportes de engrenagens podem ser considerados uma forma especial das rodas de engrenagens de dentes retos, que têm uma largura de qualquer tamanho. Consistem num suporte ao qual um dente sem curvatura é ligado. Os suportes de engrenagens traduzem o movimento rotacional de uma engrenagem de dentes externos num movimento linear.
A caixa inversa também é possível: Os suportes de engrenagens traduzem o seu movimento linear num movimento rotacional de uma roda de engrenagens de dentes externos.
Exemplo de aplicação
Para elevar e baixar vários elevadores com um cilindro de ar.
Nesta aplicação, apenas um inversor é necessário para mover vários elevadores simultaneamente numa operação contínua (para cima e para baixo).
- 1) A unidade de cilindro de ar economizador de espaço (amarela, na extremidade direita da imagem) realiza um movimento linear e move a engrenagem do suporte para a frente e para trás.
- 2) O movimento linear do suporte de engrenagem (pinhão) move as rodas de engrenagem de dentes retos dianteiras.
- 3) As rodas dianteiras de engrenagens de dentes retos realizam um movimento rotacional e transferem a força para as rodas traseiras de engrenagens de dentes retos através de eixos.
- 4) As rodas traseiras da engrenagem de dente reto encaixam na engrenagem do bastidor traseiro dos elevadores. Convertem o seu movimento rotacional de volta num movimento linear.
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Rodas de engrenagem biselada
As rodas de engrenagens biseladas têm um design cónico, no qual os dentes estão localizados no lado exterior do cone (superfície exterior).
Os dentes das rodas de engrenagem biseladas podem ser concebidos como dentes retos ou em espiral.
Eixos helicoidais
Os eixos helicoidais (parafusos helicoidais curtos) ocorrem juntamente com as rodas helicoidais nas engrenagens helicoidais. O veio do parafuso sem fim tem uma rosca helicoidal que se encaixa no dente da roda do parafuso sem fim.
As engrenagens sem-fim são caracterizadas por elevadas relações de transmissão e podem ter uma função de auto-bloqueio sob determinadas condições, que pode ser utilizada para várias aplicações. No entanto, devido ao elevado atrito deslizante entre o parafuso sem-fim e a roda do parafuso sem-fim, as engrenagens sem-fim têm uma eficiência mais baixa do que outros tipos de unidades de engrenagem.
A haste helicoidal é uma modificação dos dentes helicoidais, na qual um ou mais dentes em espiral (engrenagens) são introduzidos na haste.
Tipos de dentes
O tipo de dente tem uma grande influência na eficiência da unidade de engrenagem e nas forças que ocorrem durante a operação em aplicação posterior. Dependendo da aplicação, diferentes formas de dentes podem ser o meio de escolha.
- Dente reto
- Dente helicoidal
- Dente helicoidal duplo
Dente reto
O dente reto é o tipo mais simples de opções de dente, em que os dentes no caso das rodas de engrenagem de dentes retos estão dispostos paralelamente ao eixo de rotação da roda de engrenagem. Esta forma de dentes é barata na produção e representa uma variante de desntes generalizada.
No caso de dente reto, até 3 dentes são engatados simultaneamente com uma roda de bancada, que distribui a carga por vários dentes. Com rodas de engrenagem de dentes retos, toda a largura do flanco do dente engata de uma só vez quando as forças de acionamento são transferidas, tornando o desenvolvimento de ruído e o desgaste mais alto do que com dentes helicoidais.
Dente helicoidal
No caso de dente helicoidal (por exemplo, roda dentada de espigão helicoidal), os dentes estão num ângulo em relação ao eixo de rotação da roda dentada. Isto aumenta a relação de contacto, ou seja, a relação entre o comprimento de contacto e o passo da roda de engrenagem. Isto tem um efeito positivo no funcionamento suave e na resistência ao desgaste, permitindo que sejam alcançadas velocidades mais elevadas.
Em comparação com o dente reto, este design é mais caro na produção e as forças axiais que ocorrem durante a operação devem ser absorvidas.
Uma forma especial de dente helicoidal é a engrenagem curva. Além da disposição angular, os dentes individuais descrevem um curso curvo ao longo do meio do dente, que é acompanhado por um aumento adicional na relação de contacto e as vantagens associadas.
Dente helicoidal duplo
No caso de dente helicoidal duplo (também chamado de dente em espinha ou dente em hélice duplo), a circunferência da roda dentada é dividida em metade esquerda e direita.
Este design complexo é comparativamente caro em termos de custos de fabrico, mas combina as vantagens das variantes de dente mencionadas acima, o que permite um alto nível de funcionamento suave e resistência ao desgaste.
