ATPS Engrenagens Mecanica Aplicada

1. Introdução.

Engrenagem é uma peça metálica de função mecânica que é envolta por dentes intercalados por toda a sua superfície normalmente circular e que é ligada a um eixo. Sua função é transmitir o movimento que vem do eixo rotativo a uma nova engrenagem ou a uma peça que translada, logo que elas atuam, pelo menos, aos pares, sendo que os dentes de uma encaixam nos vãos formados pelos dentes da outra. As engrenagens, quando circulares, formam uma razão de velocidade ao rodarem. Quando uma tem o diâmetro maior do que a outra, sendo esse não infinito, a que tem o maior girará mais devagar. Há alguns tipos distintos de engrenagens que atuam para cada necessidade: Cilíndricas Retas, Cilíndricas Helicoidais, Engrenagem Planetária, Cônicas, Parafuso sem fim e Pinhão-Cremalheira.

1.1 Engrenagens de dentes retos

As engrenagens de dentes retos e o tipo mais comum de engrenagens, elas têm dentes retos e são montadas em eixos paralelos, muitas dessas engrenagens são usadas juntas para criar grandes reduções na transmissão como o exemplo da figura 1, ou apenas para realizar transmissão de movimentos como na figura 2.

Engrenagens de dentes retos são utilizadas em muitos dispositivos a parafusadeira elétrica, relógios de corda, a máquina de lavar roupas, secadora de roupas ou louças e em grande número nos automóveis. As engrenagens de dentes retos podem ser muito barulhentas, pois cada vez que os dentes se encaixam, eles colidem e esse impacto faz muito ruído e, além disso, também aumentam a tensão sobre os dentes.

Para reduzir o ruído e a tensão das engrenagens, geralmente a maioria das engrenagens dos automóveis é no formato helicoidal.

1.2 Engrenagens helicoidais

Os dentes nas engrenagens helicoidais são cortados em ângulo com a face da engrenagem, quando dois dentes em um sistema de engrenagens helicoidais se acoplam, o contato se inicia em uma extremidade do dente e gradualmente aumenta à medida que as engrenagens giram, até que os dois dentes estejam totalmente acoplados.

Este engate gradual faz as engrenagens helicoidais operarem muito mais suave e silenciosamente que as engrenagens de dentes retos, então são bastante usadas em automóveis.

Devido ao ângulo dos dentes de engrenagens helicoidais, elas criam um esforço sobre a engrenagem quando se unem. Equipamentos que usam esse tipo de engrenagem têm rolamentos capazes de suportar esse esforço.

Mais uma coisa que as engrenagens fazem é ajustar a direção de rotação. Por exemplo, no diferencial existente entre as rodas traseiras do seu carro, a energia é transmitida por um eixo que passa pelo centro do carro, o que faz com que o diferencial tenha de "deslocar" essa energia em 90º, para aplicá-la sobre as rodas.

1.3 Engrenagens cônicas

As coroas chamadas também de engrenagens cônicas, são úteis quando a direção da rotação de um eixo precisa ser alterada, elas costumam ser montadas em eixos separados por 90º, mas podem ser projetadas para funcionar em outros ângulos também. Os dentes das coroas podem ser retos, em espiral ou hipóides. Dentes retos de coroa acabam tendo o mesmo problema que na engrenagem de dentes retos: conforme cada dente se junta ao outro, ele causa impacto de uma só vez no dente.

Assim como com as engrenagens de dentes retos, a solução para esse problema é curvar os dentes. Esses dentes em espiral se juntam da mesma maneira que os dentes helicoidais: o contato começa em uma extremidade da engrenagem e se espalha pela peça toda progressivamente.

Em coroas retas e em espiral, os eixos devem ser perpendiculares um em relação ao outro, mas também é necessário que estejam no mesmo plano. Se você tivesse que estender os dois eixos através das engrenagens, eles acabariam se cruzando. A engrenagem hioide, por outro lado, consegue juntar eixos em planos diferentes.

Essa característica é usada em muitos diferenciais de carros. Tanto a cremalheira do diferencial como o pinhão de entrada são hipóides. Isso permite que o pinhão de entrada seja montado em um plano inferior ao do eixo da cremalheira. A Figura acima mostra o pinhão de entrada juntando-se à cremalheira do diferencial. E já que o eixo da transmissão do carro se conecta ao pinhão de entrada, ele também é reduzido. O que faz com que ele não entre tanto no compartimento de passageiros do carro, liberando mais espaço tanto para os passageiros como para a carona.

1.4 Engrenagens de parafuso sem fim

Engrenagens sem-fim são usadas quando grandes reduções de transmissão são necessárias. Esse tipo de engrenagem costuma ter reduções de 20:1, chegando até a números maiores do que 300:1.

Muitas engrenagens sem-fim têm uma propriedade interessante que nenhuma outra engrenagem tem, o eixo gira a engrenagem facilmente, mas a engrenagem não consegue girar o eixo. Isso se deve ao fato de que o ângulo do eixo é tão pequeno que quando a engrenagem tenta girá-lo, o atrito entre a engrenagem e o eixo não deixa que ele saia do lugar.

Para