Trabalho sobre engrenagens

Trabalho sobre engrenagens

UNIVERSIDADE PAULISTA

Instituto de Ciências Exatas e Tecnologia (ICET)

Curso de

Engenharia de Produção Mecânica

NOME: Floresvaldo J. Santos RA: 800849-3 Turma: EP9P12

Estes elementos estão presentes em quase todos os sistemas que transmitam potência de uma unidade motora para uma unidade consumidora. Uma característica extremamente importante é o fato que em função da configuração ou arranjo destes elementos, podemos variar (aumentar ou reduzir) variáveis da transmissão, como por exemplo, a rotação, velocidade angular e principalmente o torque.

A transmissão de movimento rotativo de um eixo para outro ocorre em quase todas as máquina que se possa imaginar. As engrenagens constituem um dos melhores meios dentre os vários disponíveis para essa transmissão. (Serão os mais eficientes?)

Quando se constata que as engrenagens de um diferencial de automóvel, por exemplo, possa funcionar por 150.000 quilômetros ou mais antes de necessitarem substituição, e quando se conta o número real de engrenamentos ou de revoluções de um sistema de transmissão, começa-se a avaliar o fato de que o projeto e a fabricação destas engrenagens é realmente uma realização notável.

HISTÓRICO:

As engrenagens possuem uma história longa. Um aparato denominado “Carroça chinesa apontando para o Sul” supostamente usada para navegar pelo deserto de Gobi nos tempos pré-Bíblicos, continha engrenagens rudimentares.

Leonardo Da Vinci mostra muitos arranjos de engrenagens em seus desenhos.

Após um grande desenvolvimento e o advento da revolução industrial, as engrenagens passaram a ser construídos com materiais metálicos muito mais resistentes.

As primeiras engrenagens foram provavelmente feitas cruamente de madeira e outros materiais fáceis de serem trabalhados. Sendo meramente constituídos por pedaços de madeira inseridos em um disco ou roda. Denomina-se engrenagem o elemento dotado de dentadura externa ou interna, cuja finalidade é transmitir movimento sem deslizamento e potência, multiplicando os esforços com a finalidade de gerar trabalho.

Possuem formato cilíndrico (engrenagem cilíndrica), cônico (engrenagem cônica), helicoidal (engrenagens helicoidais) ou reta (cremalheira).

PADRONIZAÇÃO:

As engrenagens, hoje em dia, são altamente padronizadas com relação à forma do dente e ao tamanho. Diversas entidades de padronização estabelecem normas e diretrizes, dentre estas se destaca a AGMA – American Gear Manufacturers Association, ABNT e a DIN.

FABRICAÇÃO:

Os processos utilizados normalmente para produção de engrenagens são:

Usinagem: Pode ser divido em dois grupos: Usinagem com ferramenta: A usinagem com ferramenta de forma consiste na utilização da fresa módulo, fresa de fonta, brochamento entre outros.

Usinagem por geração: É efetuada com a utilização de fresa caracol (hob), cremalheira de corte entre outros. Consiste no processo mais utilizado na indústria.

Fundição: Consiste na deposição de material metálico liquefeito em formas. Entre os processos mais utilizados estão o por gravidade, sob pressão e em camadas.

Conformação: Os processos mais utilizados são o forjamento, extrusão, trefilação, laminação e a estampagem.

MATERIAIS PARA AS ENGRENAGENS:

Normalmente se utiliza materiais metálicos resistentes na produção de engrenagens tais como o aço de baixo ou médio carbono laminados a frio ou a quente, Ferro fundido nodular, Bronze e aço inoxidável.

Dentro os principais aços padrão SAE/AISI utilizados, estão o 1020, 1040, 1050, 3145, 3150, 4320, 4340, 8620 e 8640.

TEORIA DO DENTE DE ENGRENAGEM:

O meio mais fácil de transferir movimento rotatório de um eixo a outro é com um par de cilindros. Este sistema, porém, apresenta algumas deficiências, dentre as mais críticas estão a baixa transmissão de torque e a grande possibilidade de escorregamento. Se o sistema necessitar de sincronia, o escorregamento não pode ocorre, assim existe a necessidade da adição de alguns dentes aos cilindros rodando, tornando-se então as engrenagens.

LEI FUNDAMENTAL DO ENGRENAMENTO:

Conceitualmente, os dentes previnem o escorregamento do sistema de transmissão. Considerando este fato, podemos enunciar a lei: “A velocidade angular das engrenagens de um par de engrenagens deve manter-se constante durante o engrenamento”.

A razão da velocidade angular mv é igual à razão do raio de referência (primitivo) da engrenagem de entrada para aquela da engrenagem de saída.

ENGRENAGENS CILÍNDRICAS DE DENTES RETOS:

Características geométricas

Circunferência Primitiva: É uma circunferência teórica sobre a qual todos os cálculos são realizados. As circunferências primitivas de duas engrenagens acopladas são tangentes. O diâmetro da circunferência primitiva é o diâmetro primitivo.

Passo frontal: É a distância entre dois pontos homólogos medida ao longo da circunferência primitiva.

Módulo: É a relação entre o diâmetro primitivo e o número de dentes de uma engrenagem. O módulo é a base do dimensionamento de engrenagens no sistema internacional. O módulo deve ser expresso em milímetros. Duas engrenagens acopladas possuem o mesmo módulo.

Passo Diametral: É a grandeza correspondente ao módulo no sistema inglês. É o número de dentes por polegada.

Altura da Cabeça do Dente ou Saliência: É a distância radial entre a circunferência primitiva e a circunferência da cabeça.

Altura do pé ou Profundidade: É a distância radial entre a circunferência primitiva e a circunferência do pé.

Altura total do dente: É a soma da altura do pé com a altura da cabeça.

Ângulo de ação ou de pressão: É o ângulo que define a direção da força que a engrenagem motora exerce sobre a engrenagem movida.

Circunferência de base: É a circunferência em torno da qual são gerados os dentes.

Diâmetros principais

Diâmetro primitivo (d0)=m.Z

Diâmetro de base (dg)=d0.cos α

Diâmetro interno ou do pé do dente (df)=d0-2hf

Diâmetro externo ou da cabeça do dente (dk)=d0+2hk

A expressão seguinte deve ser utilizada no dimensionamento de pinhões e engrenagens com ângulo de pressão α=20° e número de dentes de até 40.

Para Aço:

Sinal + é utilizado em engrenamentos externos

Sinal – é utilizado em engrenamentos internos (planetários)

Análise de Tensões em Dentes de Engrenagens

Engrenagens podem falhar basicamente por dois tipos de solicitação: a que ocorre no contato, devido à tensão normal, e a que ocorre no pé do dente, devido a flexão causada pela carga transmitida. A fadiga no pé do dente causa a quebra do dente, o que não é comum em conjuntos de transmissão bem projetados. Geralmente, a falha que ocorre primeiro é a por fadiga de contato.

A figura abaixo mostra falha após a progressão. Nesse caso, a falha de fadiga por contato aumenta de tamanho e partes maiores são arrancadas da superfície. O termo em inglês para o que ocorre é “Spalling”, cuja melhor tradução para o português é cavitação, o que não descreve adequadamente o fenômeno.

Falha por Fadiga de Contato em Dentes de Engrenagens Cilíndricas de Dentes Retos.

As engrenagens de dentes retos são de funcionamento um tanto ruidosas, porque os dentes entram em contato entre si e se separam de uma só vez, em todo o comprimento de seu flanco.

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