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Elementos de máquina

Nomes:Rafael Santos Martins Turma:3TMCNb Othon Ribeiro Silva

Professor:

Elementos de máquina

Sumário

1 ENGRENAGENS

CONSIDERAÇÕES INICIAIS

As engrenagens operam aos pares, os dentes de uma encaixando nos dentes de outra. Se os dentes de um par de engrenagens se dispõem em circulo, a razão entre as velocidades angulares e os torques do eixo será constante. Se o arranjo dos dentes não for circular, variará a razão de velocidade. A maioria das engrenagens é de forma circular.

Para transmitir movimento uniforme e contínuo, as superfícies de contato da engrenagem devem ser cuidadosamente moldadas, de acordo com um perfil específico. Se a roda menor do par (o pinhão) está no eixo motor, o trem de engrenagem atua de maneira a reduzir a velocidade e aumentar o torque; se a roda maior está no eixo motor, o trem atua como um acelerador da velocidade e redutor do torque.

EXPLICANDO O QUE É UMA ENGRENAGEM.

Engrenagens são elementos rígidos utilizados na transmissão de movimentos rotativos entre eixos. Consistem basicamente de dois cilindros nos quais são fabricados dentes. A transmissão se dá através do contato entre os dentes. Como são elementos rígidos, a transmissão deve atender a algumas características especiais, sendo que a principal é que não haja qualquer diferença de velocidades entre pontos em contato quando da transmissão do

movimento. Eventuais diferenças fariam com que houvesse perda do contato ou o travamento, quando um dente da engrenagem motora tenta transmitir velocidade além da que outro dente da mesma engrenagem em contato transmite.

A figura 1(logo abaixo) mostra o tipo mais comum de engrenagem, chamada de engrenagem cilíndrica de dentes retos, em inglês “spur gear”. O termo engrenagem, embora possa serem pregado para designar apenas um dos elementos, normalmente é empregado para designar a transmissão. Uma transmissão por engrenagens é composta de dois elementos ou mais.

Quando duas engrenagens estão em contato, chamamos de pinhão a menor delas e de coroa a maior. A denominação não tem relação com o fato de que um elemento é o motor e outro é o movido, mas somente com as dimensões.

Figura 1 Engrenagem Cilíndrica de Dentes Retos

A figura 2 mostra uma transmissão por engrenagens cilíndricas de dentes retos. Trata-se apenas de um arranjo demonstrativo, mas serve para mostrar a forma como os dentes entram em contato. Quando as manivelas ao fundo giram, o elemento da direita transmite potência para o da esquerda.

Figura 2

A expressão “transmite potência” é uma generalização para a lei de conservação de energia. Significa que um dos elementos executa trabalho sobre o outro, em uma determinada taxa. Aparentemente, toda a potência é transmitida, mas a realidade mostra que parte dela é perdida pelo deslizamento entre os dentes. Transmitir potência pode não descrever o objetivo de uma transmissão por engrenagens na maioria das aplicações de engenharia. O que se deseja é transmitir um determinado torque, ou seja, a capacidade de realizar um esforço na saída da transmissão.

Com isso em mente, parece estranho chamar a maioria dos conjuntos de transmissão por engrenagens de Redutores. Isso acontece porque a aplicação mais comum em engenharia mecânica é entre os motores, que trabalham em velocidades elevadas, e as cargas, que normalmente não necessitam da velocidade angular suprida pelos motores.

Com a possibilidade de controlar a velocidade nos motores em geral, a função de redução de velocidades deixou de ser tão importante. Um redutor, desprezadas as perdas no engrenamento, é capaz de prover à carga um torque tantas vezes maior que o do motor quanto for a relação de redução e isso é extremamente vantajoso. Motores menores podem ser utilizados, permitindo a partida dos dispositivos mecânicos graças a disponibilidade de torque adicional.

Obviamente, a aplicação principal no aumento do torque não exclui outras aplicações.Em algumas caixas de redução de automóveis, a transmissão aumenta a velocidade ao invés de reduzi-la, particularmente quando estão engatadas marchas para velocidade de cruzeiro, nas quais não é necessário um arranque tão significativo como quando o veículo está parado.

A figura 3 mostra um redutor típico. Nele são utilizadas engrenagens cilíndricas de dentes inclinados (Helicoidais), que serão discutidas em uma apostila posterior. Nota-se que o eixo de saída está a direita, no qual a rotação é menor porque os dois estágios do engrenamento consistem em pinhões e coroas em série, nessa ordem. Normalmente, em redutores dessa forma, a parte mostrada à esquerda é presa à carcaça de um motor a combustão.

Figura 3

CONCEITOS BÁSICOS E NOMENCLATURA

A figura 4 mostra um par de dentes de uma engrenagem e as principais designações utilizadas em sua especificação e seu dimensionamento. As dimensões a e d são medidas a partir no diâmetro do círculo primitivo. Com o diâmetro desse círculo é calculada a razão de transmissão de torque e de velocidades. Para o diâmetro primitivo é usado o símbolo di , onde

i é a letra correspondente ao pinhão (p) ou a coroa (c). A dimensão L é a largura da cabeça e a dimensão b é a largura do denteado. A altura efetiva é medida entre a circunferência de cabeça e a de base. Com a cota na figura fica obvio qual é a circunferência de base. A altura total inclui a altura efetiva e a diferença entre os raios da circunferência de base e de pé, que

define uma região onde não deve haver contato entre os dentes de duas engrenagens em uma transmissão. O raio de concordância do pé do dente existe no espaço abaixo da circunferência de base.

O espaço entre os dente tem aproximadamente a mesma dimensão da largura do dente.

Com o desgaste devido ao uso, esse espaço, conhecido como “backlash”, pode aumentar.

Figura 4

Existem basicamente duas formas de analisar a geometria de engrenagens, chamadas de sistemas de engrenagens: o sistema americano ou inglês, com diversas outras designações, e o sistema métrico. O primeiro usa como base a variável “Diametral Pitch”, cuja letra símbolo é P e que define o número de dentes por polegada do diâmetro primitivo. O sistema métrico

baseia-se na variável Módulo, cuja letra símbolo é m, e que é definida como a razão entre o diâmetro primitivo em mm e o número de dentes da engrenagem. Fica evidente que uma das variáveis é o inverso da outra, corrigida para transformar o diâmetro na unidade correta.

Outra variável importante é o passo circular (p): definido como a razão entre operímetro e o número de dentes ( Ni ) e mostrado na figura 4. O passo pode ser calculado por:

Engrenagens que se acoplam devem ter o mesmo módulo (ou “diametral pitch”) a fim de que os espaços entre os dentes sejam compatíveis. É fácil notar que, se as engrenagens não tiverem o mesmo passo circular, o primeiro dente entra em contato, mas o segundo já não mais se acoplará ao dente correspondente. Como o passo, por definição, é diretamente proporcional ao módulo, as engrenagens devem ter módulos iguais. O módulo pode ser

entendido como uma medida indireta do tamanho do dente.

Os módulos são normalizados para permitir o maior intercâmbio de ferramentas de fabricação. Isso não significa que os módulos tenham que ser os recomendados, mas que é mais fácil encontrar ferramentas para confeccionar engrenagens com os seguintes módulos (em mm): 0,2 a 1,0 com incrementos de 0,1 mm; 1,0 a 4,0 com incrementos de 0,25; 4,0 a 5,0 com incrementos de 0,5 mm. As dimensões a e d, mostradas na figura 4, também têm valores recomendados. Para a altura da circunferência de cabeça é recomendado utilizar a = m. Para a profundidade da circunferência de pé é recomendado utilizar d = 1,25.m.

O diâmetro da circunferência de base é obtido através do ângulo de pressão, que pode assumir os valores de 20o, 25o e 14,5o. O primeiro valor é utilizado na grande maioria das vezes, a ponto de já ser considerado um valor padrão. O ângulo de 25o ainda é utilizado em engrenagens fabricadas na América do Norte. O ângulo de pressão e sua relação com a circunferência de base será melhor discutido no item seguinte. A recomendação para a largura do denteado b é que seja no mínimo 9 vezes o módulo e no máximo 14 vezes. Para o raio de concordância no pé do dente a recomendação é que seja de um terço do módulo.

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