Elementos da máquina

1. Introdução

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 mostra o tipo mais comum de engrenagem, chamada de engrenagem

cilíndrica de dentes retos, em inglês “spur gear”. O termo engrenagem, embora possa ser

empregado 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.

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Figura 2 – Transmissão por Engrenagens Cilíndricas de Dentes Retos

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. Motores elétricos

trabalham normalmente em velocidades que vão de 870 a 3600 rpm; motores a combustão

têm sua faixa ótima de trabalho entre 2000 e 4500 rpm. Como exemplo, uma roda normal de

um veículo (0,5 m) trabalha a cerca de 1000 rpm quando a velocidade é 100 km/h.

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

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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 - Redutor de Dupla Redução com Engrenagens Helicoidais

Essa apostila trata basicamente de engrenagens cilíndricas de dentes retos. Os conceitos

aqui apresentados servirão como base para a discussão de engrenagens helicoidais, cônicas e

sem-fim e coroa, que serão abordados em outra apostila.

2. 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