Tipos de engrenagens: um guia sobre diferentes engrenagens mecânicas

As engrenagens são usadas para transmitir a rotação em torno de um eixo em máquinas. Eles controlam a velocidade do motor com a ajuda de rotações. Portanto, eles podem ser usados para acelerar o motor e também para desacelerá-lo. As engrenagens podem ser encontradas em relógios, bicicletas, cadeiras de rodas e máquinas de lavar, para citar alguns itens de uso diário. 

As engrenagens são projetadas com rodas metálicas ou plásticas de alta densidade com dentes em toda a circunferência. Esses dentes se movem ou giram em uma malha de machado para criar movimento. Como resultado, ambos os eixos conectados se movem na direção pretendida. As engrenagens vêm em diferentes tipos, incluindo dentes retos, cônicos e engrenagens helicoidais. Discutiremos diferentes tipos de equipamento em detalhes. 

Importância das engrenagens e como elas funcionam

As engrenagens funcionam para transmissão mecânica quando uma força é aplicada para criar uma saída. Isso acontece com a mudança no torque e na velocidade do maquinário. As engrenagens são adicionadas em máquinas de alta carga para garantir fácil movimento e reduzir a velocidade conforme necessário.

Além disso, engrenagens podem ser usadas para reduzir/controlar a velocidade do motor. Portanto, funciona melhor do que um sistema de polias para parar a máquina. O controle preciso fornecido pelos dentes da engrenagem também pode transferir o movimento para eixos não paralelos. 

Usando engrenagens, você pode aumentar sua velocidade aplicando mais velocidade. Por outro lado, você pode diminuir a velocidade aplicando menos força ou força na direção oposta. 

Uma caixa de câmbio também é essencial para aumentar o torque do maquinário. Isso muda a direção do movimento conforme necessário. O aumento/diminuição do torque é transportado do motor de acionamento para o equipamento acionado através de um eixo de rotação.

Um sistema de engrenagens pode ser usado para produzir grandes quantidades de força, resultando em alta velocidade. O movimento dos dentes da engrenagem no sentido horário e anti-horário decidirá se a velocidade aumenta ou diminui. Os dentes movem-se suavemente sobre o eixo para transmitir a força de um eixo para outro. Além disso, o tipo e o tamanho da engrenagem também terão impacto na força. 

Compreendendo as diferentes partes das engrenagens

Os termos a seguir ajudarão a compreender as diferentes partes do equipamento e como elas funcionam juntas.

Eixo: O eixo da engrenagem passa pelo centro do eixo. Além disso, o eixo da engrenagem pode ser cruzado, não paralelo ou paralelo. As engrenagens com eixos que se cruzam passam por um ponto comum. Engrenagens não paralelas ou que não se cruzam têm eixos em planos diferentes. Eixos paralelos giram em direções diferentes e não se cruzam em nenhum ponto. 

Direção de torção: As engrenagens são destras ou canhotas, dependendo da posição. Esta direção depende do formato da mola. No caso de duas engrenagens helicoidais, os dentes se movem na mesma direção de um lado. Por outro lado, as engrenagens cônicas têm diferentes direções de torção opostas umas às outras. 

Dentes: Os dentes da engrenagem são saliências irregulares que estão na circunferência da forma circular ou semicircular. Eles se projetam e se movem na malha dos dentes para transmitir o movimento de rotação. Idealmente, o número de dentes deve ser um número inteiro. 

Além disso, o perfil dos dentes da engrenagem e da malha dos dentes deve ser o mesmo para que se movam suavemente e funcionem. A velocidade da engrenagem é calculada dividindo o número de dentes da engrenagem de entrada pelo número de dentes da engrenagem de saída. Essa relação também é chamada de relação de transmissão. 

Círculo de arremesso: O círculo primitivo é calculado com a tangente que passa pela malha das duas engrenagens. Além disso, o perímetro de duas engrenagens sobrepostas fornece o tamanho da engrenagem, visto que funcionam como uma unidade singular. 

Diâmetro do passo: É o diâmetro de trabalho da engrenagem e também é chamado de círculo primitivo. Ele determina a distância entre as duas engrenagens de uma máquina. A distância entre os dois eixos será a soma dos diâmetros iniciais das duas engrenagens dividida por 2. 

Passo diametral: É a relação entre o número total de dentes e o diâmetro primitivo. 

Passo Circular: O passo circular é calculado usando a distância da ponta de um dente à ponta do dente adjacente. Como o comprimento está em forma de arco em vez de reto, ele fornece o comprimento do círculo primitivo. 

Módulo: O módulo tem o tamanho do dente em milímetros. É calculado dividindo o diâmetro primitivo pelo número total de dentes. Será sempre um número racional para garantir uma aplicação industrial confiável.  

Ângulo de pressão: O ângulo entre o raio da linha do círculo primitivo e a linha tangente ao dente é o ângulo de pressão. Alguns ângulos padrão de 14,5, 15, 20 e 25 graus são usados para engrenagens. O mais utilizado entre estes é 20 graus. 

O grande ângulo de pressão mostra um amplo dedendo, garantindo alta resistência ao dente. Observe que o ângulo de pressão é calculado através da distribuição de força e do contato dos dentes. Portanto, as duas engrenagens devem ser projetadas de forma a garantir o mesmo ângulo de pressão na malha.

Forma da engrenagem: Diferentes formatos de engrenagem podem incluir circular, semicircular, triângulo, quadrado e elíptico. Essas formas afetam a velocidade e o torque da máquina. Uma forma uniforme da engrenagem, como circular ou elíptica, resultará na mesma velocidade e torque. Por outro lado, as engrenagens não uniformes podem produzir velocidades e torques diferentes dependendo da posição dos dentes, mesmo quando a entrada é a mesma.

Ângulo de torção: Esta é a inclinação do dente em relação ao eixo cilíndrico da máquina. A direção do impulso aumenta à medida que o ângulo de torção da engrenagem aumenta. Devido a isso, a eficiência da máquina pode diminuir. O ângulo de torção normal é de 25 graus para gerenciar a eficiência e o empuxo da máquina. 

Diferentes tipos de engrenagens

Compilamos uma lista de diferentes tipos de equipamentos.

Engrenagens retas

Estes são os tipos de equipamentos mais simples e populares. Eles transferem movimento entre eixos paralelos. Seus dentes retos os tornam facilmente fabricados com Máquinas de 3 eixos como cortadores a laser ou moldagem por injeção.

Quando duas engrenagens de dentes retos são utilizadas, elas são colocadas adjacentes uma à outra na malha, permitindo o movimento giratório na direção oposta. A transmissão de potência através de um grupo de engrenagens retas funciona em um eixo paralelo. Eles são comumente usados em bombas de engrenagens, motores, sistemas de transporte e redutores de velocidade.

Engrenagens cônicas

As engrenagens cônicas transmitem potência entre eixos não paralelos. Quando os dentes inclinados se encontram no mesmo vértice, eles formam engrenagens de esquadria em ângulos de 90 graus. Os dentes inclinados formam diâmetros primitivos em forma de cone. 

Assim, as engrenagens são diferenciadas com base na distância entre a parte traseira da engrenagem e a ponta do cone da engrenagem. Para engrenar duas engrenagens cônicas, o cone imaginário deve se estender até o mesmo vértice. Essas engrenagens são caras de formar devido ao design complexo. Além disso, transmitem grande torque, por isso nem sempre são a primeira escolha para máquinas. 

Tipos de engrenagens cônicas

As engrenagens cônicas vêm em vários designs, como reta, espiral, esquadria e coroa. Os chanfros retos são fáceis de fabricar devido ao seu design simples. Os dentes em bisel reto funcionam simultaneamente. Assim, os dentes são gradualmente afilados para garantir que a superfície do passo tenha um formato cônico. 

Nas engrenagens espirais, os dentes possuem linhas curvas para manter uma boa relação de contato. Elas são mais eficientes que as engrenagens cônicas retas. Além disso, não geram altas vibrações e ruídos. 

As engrenagens cônicas Zerol são conhecidas por terem características de design reto e espiral. Eles têm marca registrada da Gleason Co. Essas engrenagens são projetadas de forma que os dentes possam girar livremente em qualquer direção. O ângulo de torção zero torna mais fácil para eles se moverem assim. 

Outra engrenagem cônica é uma esquadria com eixo de 90 graus, que pode transmitir mudança de potência apesar de não ter impacto na velocidade. Por último, as engrenagens de coroa/face são projetadas em ângulos retos. Eles são usados em impressoras, ferrovias, automóveis, usinas de energia e aplicações marítimas.

Engrenagens helicoidais 

Com dentes posicionados angularmente, as engrenagens helicoidais apresentam um traço de dente inclinado não paralelo. Devido aos múltiplos dentes na transmissão, as engrenagens helicoidais são boas para transportar cargas pesadas. Além disso, eles fazem menos ruído, pois há vibração e atrito mínimos durante a transmissão. 

Você pode escolher entre vários tipos de engrenagens helicoidais – simples, duplas ou em espinha. As engrenagens simples têm uma hélice esquerda ou direita. As engrenagens duplas possuem duas faces helicoidais idênticas em direções opostas. O uso de engrenagem dupla ajuda a uma melhor transmissão devido à maior eficiência e menor atrito. 

Outro tipo é a engrenagem em espinha, onde duas engrenagens são unidas sem espaços entre elas. Eles são ótimos para absorção de choque em máquinas. 

Cremalheira e pinhão

Este mecanismo de engrenagem converte movimento linear em movimento rotacional ou vice-versa. Portanto, é ideal para aplicações como sistemas de direção. Estão presentes em pares com duas engrenagens circulares. Convencionalmente, as engrenagens retas ou helicoidais constituem engrenagens de cremalheira e pinhão. 

A cremalheira e o pinhão funcionam com uma engrenagem de pinhão/dente reto e um trilho dentado para causar o movimento. Há um movimento deslizante contínuo que leva à rotação da engrenagem. Eles são usados em sistemas de direção de automóveis.

Caixas de engrenagens planetárias

Como o nome sugere, as caixas de engrenagens planetárias possuem engrenagens internas chamadas sol e planetas. O sol está no meio da caixa de câmbio e gira outros planetas. Este movimento faz com que a grande engrenagem interna se mova e cause movimento na máquina. 

A lubrificação adequada é necessária para garantir que todas as engrenagens se movam suavemente. As caixas de engrenagens planetárias são eficientes o suficiente para grandes requisitos de força. Eles também podem ajudar a reduzir engrenagens grandes quando o espaço é limitado. 

Engrenagens sem-fim

As engrenagens helicoidais são acionadas por um parafuso no eixo, chamado de sem-fim, e pela engrenagem correspondente, chamada de roda sem-fim. A engrenagem gira em um plano diferente perpendicular ao sem-fim. Cada rotação do sem-fim faz a engrenagem girar um dente. 

Isso implica que a relação de transmissão aqui é N:1, sendo N o número de dentes da engrenagem. As engrenagens helicoidais tendem a ser menos eficientes em velocidade, mas podem aumentar gradualmente o torque no sistema. 

Existe uma transmissão sem interseção com contato deslizante. O movimento é suave devido ao menor atrito. Portanto, essas engrenagens não são barulhentas. Outro elemento de design a ser observado é que as engrenagens helicoidais são lineares em vez dos designs circulares comuns. 

Engrenagens de gaiola

As engrenagens de gaiola são geralmente fabricadas com materiais de madeira e cavilhas. Eles são mais fáceis e baratos de fabricar do que seus equivalentes metálicos. Essas engrenagens transmitem força ao eixo perpendicular e, portanto, não oferecem muita velocidade. Uma gaiola pode funcionar como diferentes engrenagens, como uma engrenagem helicoidal com cavilhas e dentes. 

Os pinos dessas engrenagens funcionam como dentes conectados a um pequeno disco. Esses pinos se conectam a outros pinos de equipamentos diferentes para funcionar como uma unidade. Um benefício da gaiola e da engrenagem de pinos é que ela pode funcionar em qualquer extremidade à medida que os pinos se movem em ambas as direções. 

Engrenagens Mutiladas 

Alguns projetos de máquinas podem exigir engrenagens mutiladas onde o dente não se estende completamente ao redor do círculo primitivo. Caso a rotação completa de 360 graus não ocorra, podem ser adicionadas engrenagens mutiladas com menor número de dentes. 

Isto é ideal quando o maquinário não precisa se mover continuamente. A presença de dentes em um lado da engrenagem e o lado vazio do outro lado causará pulsos de movimento, fazendo com que o eixo trabalhe com rupturas consistentes.

Engrenagens Não Circulares

O que é fascinante nas engrenagens não circulares é seu formato interessante. Seu diâmetro não é igual em todas as áreas. Assim, quando giram, o formato da engrenagem muda, levando a diferentes velocidades de rotação a todo momento. Eles raramente são usados, mas podem ser adicionados a funções exclusivas da máquina onde dois eixos precisam de uma engrenagem não circular. 

Considerações de projeto para engrenagens

Aqui estão algumas coisas essenciais a serem consideradas ao projetar engrenagens: 

Dimensões

A dimensão do maquinário é um fator decisivo para o espaço disponível para as engrenagens. Tenha em mente o espaço para acomodar múltiplas engrenagens, dentes e eixos. Além disso, as engrenagens devem ser capazes de se mover em torno do círculo primitivo. 

Se houver limitação de tamanho, poderão ser utilizadas engrenagens menores ou engrenagens não circulares. Outra opção é usar engrenagens mutiladas. Preste atenção ao ângulo de pressão, passo e resistência à tração do material de fabricação.

Os requisitos de projeto também incluem seguir os padrões de projeto de fabricação internacionais e nacionais. Por exemplo, você pode seguir os padrões de fabricação de equipamentos da American Gear para garantir projeto e fabricação seguros. Esses protocolos também podem depender da localização geográfica e ser diferentes nos EUA, na Alemanha e no Japão.  

Condições Operacionais

Condições ambientais como temperatura, condições climáticas e umidade podem ter impacto nas engrenagens. A lubrificação e o atrito entre os dentes e a engrenagem podem ser reduzidos devido às condições climáticas adversas. Portanto, considere isso ao adicionar retoques finais e tratamentos de superfície ao material no final. 

Custo de fabricação

Considere o custo de fabricação das engrenagens. Pode depender do processo, como Projeto CAD, Usinagem de torno CNCg, ou moldagem por injeção. Certifique-se de que o processo de fabricação atenda aos requisitos regulamentares. Inclua o custo das matérias-primas e dos acabamentos para obter a estimativa correta. 

Observe que o preço dos designs de equipamentos personalizados será mais alto. Se você estiver fazendo parceria com uma empresa de manufatura, peça orçamentos para pedidos em grandes quantidades, mesmo para designs personalizados. 

Transmissão de Movimento

O movimento dos dentes da engrenagem deve ser considerado nos componentes do projeto. A transmissão por engrenagem inclui torque, fricção e força aplicada em diferentes eixos. Os diferentes formatos de engrenagens, como engrenagens helicoidais e não circulares, impactam a direção e o impacto da velocidade do sistema. 

Empacotando

Agora você sabe tudo sobre os tipos de engrenagens comuns. Os tipos mais comumente usados são engrenagens de dentes retos e cônicas. Eles são usados em automóveis, correias transportadoras e relógios. Algumas engrenagens, como cremalheira e pinhão e caixas de engrenagens planetárias, são eficientes; portanto, eles são usados para máquinas pesadas. 

O melhor equipamento para um sistema pode ser determinado considerando as funções e os materiais. Assim que o projeto CAD for finalizado, o processo de fabricação CNC garantirá a precisão. Faça parceria com  Projeto industrial HiTop e Profissionais CNC para produzir equipamentos de alta qualidade.

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