▷ ENGRENAGENS: o que são, tipos, características e vantagens

Este artigo explica o que são engrenagens e para que são utilizadas. Assim você vai descobrir quais são as diferentes partes de uma engrenagem, quais são os diferentes tipos de engrenagens e, além disso, quais são as vantagens e desvantagens das engrenagens.

O que é uma engrenagem?

Uma engrenagem é um mecanismo composto por duas ou mais rodas dentadas engrenadas. Portanto, uma engrenagem serve para transmitir o movimento circular de uma engrenagem para outra através do contato de seus dentes.

Deve-se notar que com uma engrenagem não só é transmitido um movimento rotacional, mas também, dependendo da relação entre o número de dentes das duas rodas dentadas, a velocidade de rotação pode ser aumentada ou reduzida.

Numa engrenagem simples composta por duas rodas dentadas de tamanhos diferentes, distinguimos a coroa e o pinhão :

Coroa : Esta é a maior roda dentada da engrenagem.
Pinhão : Esta é a menor roda dentada da engrenagem.

Características da máquina

As engrenagens possuem os seguintes parâmetros característicos:

Dentes : É a parte da engrenagem que realiza a força de impulso e, portanto, transmite o movimento rotacional e a potência de uma engrenagem para outra.
Eixo : é a parte cilíndrica localizada no centro da engrenagem, sua função é guiar o movimento rotacional da engrenagem.
Circunferência de passo : Esta é a circunferência imaginária ao longo da qual os dentes da engrenagem se engrenam, de modo que as circunferências de passo de duas engrenagens engrenadas sejam tangentes.
Diâmetro primitivo : este é o diâmetro da circunferência primitiva.
Circunferência externa : Esta é a circunferência que limita o exterior da engrenagem.
Diâmetro Externo : Este é o diâmetro da circunferência externa.
Circunferência interna : É a circunferência que passa pela base dos dentes da engrenagem.
Diâmetro interno : é o diâmetro da circunferência interna.
Ângulo de pressão : É o ângulo formado pela direção da força de contato entre duas engrenagens e a direção da velocidade angular da engrenagem.
Número de dentes : Este é o número total de dentes que a engrenagem possui. Geralmente é representado pelo símbolo Z.
Módulo : é a relação entre o diâmetro primitivo (D _p ) e o número de dentes (Z) da engrenagem. Assim, a fórmula para calcular o módulo de uma engrenagem é a seguinte:

$m=\cfrac{D_p}{Z}$

Passo : é a distância entre um ponto em um dente e o mesmo ponto em um dente adjacente. Essa característica das engrenagens é muito importante, pois para que duas engrenagens engrenem, elas devem ter o mesmo passo. O passo de uma engrenagem é igual ao número pi multiplicado pelo seu diâmetro primitivo e dividido pelo número de dentes.

$p=\cfrac{\pi\cdot D_p}{Z}$

Tipos de engrenagens

engrenagens de dentes retos

A engrenagem de dentes retos é um tipo de engrenagem cujos dentes são retos. Portanto, a principal característica das engrenagens de dentes retos é que são um tipo de engrenagem muito simples, pois são cilindros com dentes que se projetam radialmente.

Resumindo, ao contrário de outros tipos de engrenagens, como engrenagens helicoidais e engrenagens cônicas, os dentes das engrenagens de dentes retos são completamente retos.

No nível industrial, as engrenagens de dentes retos são o tipo de engrenagem mais utilizado devido à sua simplicidade e preço econômico.

As engrenagens retas podem ser classificadas em dois tipos:

Engrenagens de dentes retos externos : Os dentes da engrenagem ficam no perfil externo da engrenagem, ou seja, na parte externa da roda.
Engrenagens de dentes retos internos – Os dentes da engrenagem ficam no perfil interno da engrenagem, ou seja, na parte interna da roda.

Engrenagem externa

Engrenagem interna

As engrenagens de dentes retos externos são capazes de engrenar com engrenagens externas e internas. Em contraste, as engrenagens de dentes retos internos só podem engrenar com as engrenagens externas.

Duas engrenagens externas engatadas têm sentidos de rotação opostos; no entanto, uma engrenagem interna gira na mesma direção que a engrenagem externa com a qual está engatada.

engrenagens helicoidais

A engrenagem helicoidal consiste em rodas dentadas cujos dentes são inclinados em relação ao eixo de rotação. Em outras palavras, as engrenagens helicoidais são um tipo de engrenagem cujo perfil consiste em dentes helicoidais.

O ângulo que os dentes de uma engrenagem helicoidal formam com seu eixo de rotação depende da velocidade angular que ela deve transmitir:

Se a velocidade angular transmitida for baixa, o ângulo deverá estar entre 5º e 10º.
Se a velocidade angular transmitida for média, o ângulo deverá estar entre 15º e 25º.
Se a velocidade angular transmitida for alta, o ângulo deverá ficar em torno de 30º.

Resumindo, o funcionamento de uma engrenagem helicoidal é semelhante ao de uma engrenagem reta, pois sua função é transmitir o movimento rotacional. No entanto, as engrenagens helicoidais permitem a transmissão do movimento circular de uma forma diferente graças ao formato particular dos seus dentes.

As engrenagens helicoidais são classificadas nos seguintes tipos:

Engrenagens helicoidais do eixo cruzado : Os eixos das engrenagens helicoidais se cruzam. Este é o tipo mais simples de engrenagens helicoidais.
Engrenagens helicoidais com eixos paralelos : Os eixos das engrenagens helicoidais são paralelos. Para que funcionem corretamente, os dentes das duas engrenagens acopladas devem ter o mesmo ângulo de inclinação, mas em direções opostas. Neste tipo de engrenagem helicoidal, a força axial é produzida além da potência rotacional transmitida.
Engrenagens helicoidais duplas (ou engrenagens helicoidais em espinha) : o perfil deste tipo de engrenagens helicoidais é formado por dois dentes helicoidais, formando assim um perfil em forma de V. Os dentes duplos deste tipo de engrenagem helicoidal servem para eliminar a força axial que surge quando os eixos estão paralelos.

Engrenagens helicoidais de eixo transversal

Engrenagens helicoidais com eixos paralelos

engrenagens helicoidais duplas

Engrenagens cônicas

A engrenagem cônica consiste em rodas dentadas cujos dentes têm formato cônico. Simplificando, as engrenagens cônicas são um tipo de engrenagem em forma de cone truncado.

A principal característica deste tipo de engrenagens é que permitem transmitir um movimento rotacional entre dois eixos que se cruzam. Embora os eixos de um sistema de engrenagens cônicas sejam normalmente perpendiculares, eles também podem ser projetados para operar em outro ângulo.

Geralmente, as engrenagens cônicas são feitas de ferro fundido, ligas de aço ou alumínio. Porém, dependendo da utilização das engrenagens cônicas, elas também podem ser fabricadas com materiais não metálicos, embora isso seja muito raro.

Dentro das engrenagens cônicas, vários subtipos de engrenagens podem ser distinguidos:

Engrenagens cônicas de dentes retos : Tipo de engrenagem cônica de dentes retos.
Engrenagens cônicas com dentes helicoidais – Um tipo de engrenagem cônica com dentes angulares.
Engrenagens cônicas com dente espiral : Um tipo de engrenagem cônica cujos dentes têm formato espiral.
Engrenagens cônicas hipóides : tipo de engrenagem cônica cuja superfície de passo é hiperbólica.

Engrenagens cônicas retas

Engrenagens cônicas de dente espiral

engrenagens cônicas espirais, engrenagens cônicas espirais

Engrenagens cônicas de dentes helicoidais

Engrenagens cônicas hipóides

Outros tipos de engrenagens

Geralmente, as engrenagens são classificadas em três tipos: engrenagens de dentes retos, helicoidais e cônicas, conforme discutimos acima. No entanto, existem outros tipos de engrenagens que também são importantes que você conheça.

Sem-fim : No mecanismo sem-fim, um parafuso de engrenagem helicoidal engrena com uma engrenagem reta ou helicoidal. Desta forma, um movimento circular é transmitido entre dois eixos perpendiculares.
Engrenagem de cremalheira : No mecanismo de cremalheira, uma roda dentada (pinhão) engrena com uma cremalheira. Este tipo de engrenagem é utilizado para transformar um movimento circular em um movimento linear.
Engrenagens de corrente : As engrenagens não engrenam entre si, mas o movimento circular das rodas dentadas é transmitido por uma corrente.

Parafuso sem-fim

engrenagem de cremalheira

engrenagens com corrente

trem de engrenagens

Um trem de engrenagens é um mecanismo de transmissão circular que consiste em um conjunto de engrenagens. Em outras palavras, um trem de engrenagens é um sistema composto por diversas rodas dentadas interligadas.

O trem de engrenagens permite uma relação de transmissão muito maior do que uma única engrenagem. Portanto, um trem de engrenagens serve para aumentar ou reduzir a velocidade angular de um eixo em maior extensão do que uma única engrenagem. Por outro lado, uma engrenagem geralmente ocupa mais espaço do que uma simples engrenagem composta por duas rodas dentadas.

Na imagem a seguir você pode ver um exemplo de trem de engrenagens, mais precisamente, é um trem composto por cinco marchas: a marcha de entrada, uma marcha dupla, uma marcha lenta e a marcha de saída. saída.

O mecanismo começa na roda de entrada, que é a roda esquerda. Quando o movimento rotacional é aplicado à engrenagem de entrada, as engrenagens subsequentes também giram, uma vez que as rodas estão engrenadas.

Neste caso, a velocidade de rotação é aumentada em duas etapas. Primeiro, a roda de entrada tem mais dentes que a engrenagem, então a velocidade angular aumenta. Esta engrenagem é uma engrenagem dupla que possui outra engrenagem acoplada ao seu eixo, sendo que a referida engrenagem também possui mais dentes que a engrenagem de saída, portanto a velocidade angular aumenta pela segunda vez.

Relação de transmissão de uma engrenagem

A relação de transmissão é a relação entre as velocidades de rotação de duas engrenagens. Especificamente, a relação de transmissão de duas engrenagens é definida como a razão entre a velocidade angular da engrenagem de saída e a velocidade angular da engrenagem de entrada.

$i=\cfrac{\omega_2}{\omega_1}=\cfrac{Z_1}{Z_2}=\cfrac{D_1}{D_2}$

Ouro:

$i$

é a relação de transmissão.
$\omega_1$

é a velocidade angular da roda de entrada.
$\omega_2$

é a velocidade angular da roda de saída.
$Z_1$

é o número de dentes da engrenagem de entrada.
$Z_2$

é o número de dentes da engrenagem de saída.
$D_1$

é o diâmetro da roda de entrada.
$D_2$

é o diâmetro da roda de saída.

Da fórmula da relação de transmissão, podemos deduzir o seguinte:

i>1 : Se a relação de transmissão for maior que 1, significa que a velocidade angular de saída é maior que a velocidade angular de entrada. Portanto, o número de dentes e o diâmetro da engrenagem de saída são menores que o número de dentes e o diâmetro da engrenagem de entrada.
i<1 : se a relação de transmissão for menor que 1, isso significa que a velocidade angular de saída é menor que a velocidade angular de entrada. Portanto, o número de dentes e o diâmetro da engrenagem de saída são maiores que o número de dentes e o diâmetro da engrenagem de entrada.
i=1 : se a relação de transmissão for igual a 1, isso implica que a velocidade angular de saída é equivalente à velocidade angular de entrada. Assim, o número de dentes e o diâmetro das duas rodas são idênticos.

Vantagens e desvantagens das engrenagens

Em comparação com outros tipos de mecanismos de transmissão de movimento, as engrenagens apresentam as seguintes vantagens e desvantagens:

Vantagens das engrenagens:

Não há possibilidade de escorregamento entre as marchas, reduzindo quebras do mecanismo.
As engrenagens podem transmitir altas potências.
O desempenho mecânico das engrenagens é alto.
Em geral, as engrenagens requerem pouca manutenção.
As engrenagens geralmente ocupam pouco espaço.

Desvantagens das engrenagens :

As engrenagens são difíceis de fazer.
Portanto, o preço das engrenagens costuma ser superior ao de outros tipos de mecanismos.
Embora o ruído produzido dependa do tipo de equipamento utilizado, geralmente é um sistema de transmissão de movimento ruidoso.