Engrenagem: Veja os principais tipos e aplicações. Saiba qual usar e como especificar a sua.

Você precisa de uma engrenagem, mas não sabe qual tipo deve usar? Esse artigo é para você! Nele vamos te mostrar o que são engrenagens e como elas funcionam, mostraremos quais são os principais tipos de engrenagem e algumas aplicações.

Também mostraremos a importância de combinar suas engrenagens com o rolamento certo.

Além disso, te mostraremos quando selecionar engrenagens padronizadas ou engrenagens de fabricação especial.

Pronto para saber tudo sobre engrenagens?

Vantagens de se utilizar uma engrenagem

Existem outras formas de transmissão, como por exemplo a transmissão por polias e correias, que utilizam atrito.

Ou até mesmo por polias sincronizadoras que utilizam como elemento de transmissão as correias sincronizadoras.

No entanto, as engrenagens apresentam algumas vantagens:

• são mais precisas na sua transmissão devido à perda mínima de potência no engrenamento,
• razão precisa entre as velocidades angulares, e
• durabilidade.

As engrenagens tem diversas aplicações desde relógios, com peças pequenas que exigem maior precisão, até em sistemas de transporte de materiais, onde se usam peças robustas com maior exigência em sua resistência mecânica.

Como funciona uma engrenagem?

Como dito anteriormente, a engrenagem funciona através do movimento e sincronismo no encaixe dos seus dentes, com outra engrenagem ou elementos de transmissão.

Este engrenamento através dos dentes evita o escorregamento entre os elementos e aumenta a eficiência da transmissão de força feita pela engrenagem.

Uma engrenagem deve estar conectada a um eixo. Pois é o giro do eixo motriz que possibilita seu movimento, e por sua vez, a engrenagem movida tem por finalidade girar o eixo de saída.

As engrenagens podem ser construídas de maneira a permitir que o giro de um eixo de entrada em um sentido se reverta no eixo de saída. Elas também servem para transformar um movimento rotacional num movimento linear.

Outra função muito comum da engrenagem é a redução de velocidade e consequente aumento de torque do eixo de saída em relação ao eixo de entrada. Isso é possível através de engrenagens de tamanhos diferentes. Para isso é importante conhecer o conceito de relação entre engrenagens, expressa pela forma N:1.

Tipos de engrenagens

Os principais tipos de engrenagem são:

1. Cilíndrica de Dentes Retos;
2. Cilíndrica de Dentes Helicoidais;
3. Cônica de Dentes Retos;
4. Cônica de Dentes Helicoidais;
5. Cônica de Dentes Hipóides;
6. Cônica de Dentes Espirais;
7. Parafuso Sem-Fim;
8. Planetárias;
9. Cremalheira.

É preciso entender as diferenças entre os tipos de engrenagens para que um sistema mecânico possa realizar a transmissão de força, movimento de rotação ou potência desejado.

Depois de escolher o tipo de engrenagem, é importante considerar outros fatores como:

• dimensões (módulo, número de dentes, largura da face, ângulo de hélice, etc),
• tipo de acabamento ou de tratamento térmico,
• faixa de torque permitido, e
• eficiência.

Uma das formas de se classificar uma engrenagem é em relação a posição dos eixos sobre o qual ela está montada.

Classificação de uma engrenagem em relação à posição

Engrenagens de dentes paralelos para eixos paralelos

Como diz o próprio nome, na configuração em paralelo as engrenagens estão conectadas a eixos que se alinham de forma paralela um ao outro sobre um mesmo plano.

A rotação do eixo motriz e de sua engrenagem é feita no sentido oposto à da rotação do eixo e da engrenagem movida.

Esta configuração faz com que a eficiência da transmissão de potência e movimento normalmente seja alta.

Nesta configuração usam-se os tipos de engrenagens de dentes paralelos (como as engrenagens de dentes retos), cremalheiras,  engrenagem interna  e engrenagem helicoidal.

Engrenagens cônicas para eixos concorrentes

Neste tipo de configuração as engrenagens se encontram acopladas a eixos que se interseccionam em um mesmo plano.

Assim como no caso da configuração em paralelo, esta configuração também resulta, geralmente, em um eficiência de transmissão alta.

Esse tipo de configuração serve tipicamente em situações em que é necessário mudar a direção do movimento dentro de um sistema de transmissão de potência.

É utilizada com os tipos de engrenagens cônicas em todas suas variações (dentes retos, helicoidais, em relação 1:1, etc.);

Engrenagem coroa sem fim para eixos não paralelos sem intercessão

Esta configuração se refere a eixos de engrenagens que se cruzam (ou seja, não são paralelos). Mas não no mesmo plano (ou seja, não se interseccionam).

Ao contrário das configurações em paralelo e em intercessão, esta configuração geralmente resulta uma baixa eficiência de transmissão de potência e de movimento.

Um exemplo de engrenagem nesta configuração é a engrenagem coroa sem fim.

Engrenagens de dentes retos

Este é o tipo de engrenagem ou roda dentada mais utilizada. Elas são construídas a partir de um corte (ou da inserção) de dentes retos numa direção paralela ao do eixo da engrenagem num corpo cilíndrico.

Esta simplicidade no desenho das engrenagens de dentes retos permite um alto grau de precisão e de facilidade de fabricação.

Elas têm como vantagens, ausência de geração de forças na direção axial, a habilidade de suportar altas cargas e altas velocidades e a produção de boas eficiências de transmissão.

Como desvantagens, temos a alta concentração de tensões nos dentes e o grande ruído que é produzido quando elas são utilizadas em eixos que giram em altas velocidades.

A menor engrenagem do par é o pinhão e a maior é a coroa. Se for necessário produzir grandes reduções, essas engrenagens podem ser facilmente utilizadas em combinação de quantidades superiores a duas.

Ou seja, fazendo com que a velocidade de saída de uma engrenagem intermediária sirva como velocidade de entrada da outra.

As aplicações desse tipo de engrenagem são diversas como em bombas d’água, máquinas de lavar, sistemas de irrigação e relógios.

Cremalheiras

Uma cremalheira é uma barra com dentes. Ela funciona em conjunto com uma engrenagem menor cilíndrica chamada de pinhão. As cremalheiras podem ser divididas em cremalheiras de dentes retos e cremalheiras de dentes helicoidais.

Importante, independente do tipo, os dentes das cremalheiras devem ter o mesmo formato e tamanho dos dentes do pinhão.

Esse tipo de engrenagem serve para converter um movimento de rotação em um movimento linear e vice-versa.

As suas vantagens são a simplicidade de seu design, alta capacidade de suporte de carga e relativo baixo custo de fabricação. Especialmente se o pinhão e a cremalheira forem feitos com dentes retos.

Já as suas desvantagens são:

• Na folga relativamente grande entre os dentes da cremalheira e do pinhão. Que faz com que eles sofram com quantidades maiores de atrito e stress;
• Na limitação de movimento do sistema ao comprimento da cremalheira. Esta segunda desvantagem pode ser reduzida conectando-se mais de uma cremalheira através da usinagem de um encaixe em suas extremidades.

Algumas aplicações comuns para o engrenamento com cremalheira são feitas nos sistemas de direção de automóveis, balanças e trens.

Engrenagens cônicas

Engrenagens cônicas recebem esse nome devido ao formato de tronco de cone de seu corpo. Servem para transmitir força entre dois eixos que se interseccionam em um ponto um mesmo plano, em aplicações que requeiram mudanças no eixo de rotação.

Geralmente o ângulo entre os eixos na montagem com engrenagens cônicas é de 90º, mas podem ser usados tanto ângulos maiores quanto menores do que este.

Os dentes destas engrenagens são cortados ao longo da superfície inclinada do tronco de cone e eles podem ser retos, em formato de hélice, espiralados, etc.

Veja a seguir de forma mais detalhada os tipos de engrenagens cônicas :

Engrenagem cônica de dentes retos

Estas são as engrenagens cônicas mais comuns devido à simplicidade do seu desenho e, portanto, da facilidade de sua fabricação.

Elas são projetadas de maneira a fazer com que as faces dos dentes entre em contato completo de uma vez, e não de forma gradual. Aumentando, dessa forma, a eficiência da transmissão e diminuindo a concentração de tensão durante o engrenamento.

Esse formato reto, no entanto, produz desvantagens similares ao das engrenagens de dentes retos cilíndricas citadas anteriormente. Portanto, excesso de ruído e vibração durante seu uso em altas velocidades, e o alto desgaste da superfície dos seus dentes com seu uso.

Engrenagens cônicas com dentes em espiral

A engrenagem cônica com dentes em espiral tem a extremidade dos dentes em formato curvo e formam um ângulo em relação ao eixo sobre o qual a engrenagem está montada.

Devido à maior razão de contato entre os dentes, esse tipo de engrenagem consegue superar as cônicas de dentes retos em relação a eficiência, resistência, e na redução de vibração e ruído.

Por outro lado, ela é mais difícil de produzir e, portanto, mais cara. Além disso, pelo fato dos dentes serem curvos, eles podem provocar forças axiais.

Engrenagens cônicas com relação de transmissão 1:1

Outro tipo especial de engrenagem cônica são as engrenagens com razão de transmissão de 1:1 (um para um).

Esta razão é obtida ao se fazer o pareamento de duas engrenagens cônicas de mesmo tamanho e com a mesma quantidade de dentes.

Elas são usadas para mudar a direção da transmissão de força sem mudar a sua velocidade. Estas engrenagens também podem ser de dentes retos ou curvos.

As engrenagens cônicas podem ser utilizadas em bombas, plantas geradoras de energia, aeronaves e espaçonaves, e em caixas de câmbio.

Engrenagem coroa sem fim

As engrenagens sem fim são feitas com duas peças de formas diferentes e serve para conectar eixos que não se intercedem.

A primeira peça, chamada de parafuso sem fim, é feita a partir da usinagem de uma rosca em torno de um eixo.

A segunda peça é a coroa, que tem o formato de um cilindro achatado, com os dentes cortados em sua superfície curva, de maneira similar às das engrenagens cilíndricas.

A transmissão de força entre o parafuso sem fim e a coroa é feito através do deslizamento do primeiro sobre a segunda, sendo necessário reduzir os efeitos da fricção entre as peças.

Este deslizamento acaba gerando um desafio para a lubrificação desse tipo de engrenagem, já que uma peça acaba removendo o lubrificante da outra com esse movimento contínuo de raspagem das superfícies dos dentes.

Este atrito também leva ao aumento de temperatura, que pode acabar até mesmo a comprometer a capacidade de suporte de carga das engrenagens.

Devido a isso, geralmente o parafuso sem fim é feito de um material duro, enquanto que a coroa é feita de um material mais macio. Se forem utilizados os metais nas duas peças, ambos devem apresentar baixo coeficiente de fricção.

Construção do parafuso sem fim e da cora

Geralmente o parafuso sem fim é feito de aço e a coroa é feita de ligas de cobre. A seleção desses materiais resulta em redução de desgastes, maior capacidade de suporte de carga, e uma menor geração de calor entre as peças em comparação com outras combinações de materiais.

A eficiência da transmissão de potência das engrenagens sem fim é baixa por causa do contato deslizante entre o parafuso sem fim e a coroa. Em compensação, a rotação das peças ocorre de maneira suave e com pouco ruído.

Um tipo de engrenamento especial pode ser desenvolvido com esse par de engrenagens quando o ângulo de avanço do parafuso sem fim é pequeno.

Neste caso, acaba sendo produzindo um efeito auto-travante do sistema, que consiste na impossibilidade da coroa mover o parafuso sem fim, apesar deste mover a coroa normalmente.

Esses tipos de engrenagens normalmente servem em sistemas de transportes de materiais, elevadores e em sistemas de direção automotiva.

O que é relação de engrenagens?

Relação de engrenagens é a medida entre as velocidades rotacionais de duas ou mais engrenagens interligadas.

De maneira geral, na montagem entre duas engrenagens, se a primeira (que recebe a força rotacional diretamente do motor) é maior do que a segunda, esta última irá girar mais rápido.

Conceito básico pode ser expressado usando a fórmula:

Relação de engrenagens = T2/T1

onde:

• T1 é o número de dentes da primeira engrenagem (normalmente a motora)
• T2 o número de dentes da segunda (normalmente a movida)

Exemplo: a engrenagem 1 tem 32 dentes e a engrenagem dois tem 24 dentes

Relação de engrenagens = 24/32 = 0,75 ou 3/4, portanto relação de 0,75:1

Isso significa que a engrenagem movida deve girar 75% até que a engrenagem motora complete a sula volta. Portanto, reduzindo a velocidade na saída.

Como calcular uma engrenagem?

Seleção de rolamentos para sistemas com engrenagens

As engrenagens em sistemas de movimentação são sistemas para conversão de torque e velocidade. Na indústria, esses sistemas servem para mover esteiras transportadoras, moinhos, bombas, turbinas, etc.

As engrenagens para estes fins são fabricadas com precisão e requerem técnicos especializados para sua instalação.

Elas são feitas nos diversos tipos citados anteriormente, para que em cada estágio (conjunto de eixo, engrenagem e rolamento) ocorra a transmissão ou mudança de velocidade e de direção de movimento desejados.

Quando se vai selecionar um rolamento para um sistema com engrenagens, deve-se considerar as condições especiais de operação no local onde ele será instalado.

O tipo de rolamento tem que ser selecionado com cuidado para cada sistema ou estágio, fazendo com que ele se adeque à carga em relação à sua magnitude e direção, e à velocidade e tipo de movimento feito pela máquina.

Cuidados na seleção de um rolamento para uma engrenagem

Os rolamentos utilizados em equipamentos industriais modernos devem atender a requerimentos versáteis e exigentes. Eles devem apresentar a melhor combinação de características como leveza, desempenho, resistência e durabilidade.

Todos os componentes de sistemas de engrenagens, incluindo os rolamentos, devem atender a um certo grau de resistência à fadiga, de redução de ruído, de temperatura e de tempo útil de serviço para atingir e manter o torque e a velocidade necessários em sua aplicação.

O uso de engrenagens em sistemas de movimentação de máquinas é bastante variado, o que demanda não só diferentes tipos de engrenagens, mas também tipos distintos de rolamentos que se adequem a essas diferentes aplicações.

Por exemplo, engrenagens cônicas e helicoidais geram forças axiais nos rolamentos, que devem ser adequados para estas cargas.

Veja alguns exemplos de rolamentos e aplicações em sistemas de engrenagens:

• Rolamentos de rolos cilíndricos com carreira completa devem ser usados em estágios que operam em baixa velocidade e que sofreram altas cargas radiais;
• Rolamentos de esferas devem ser usados em eixos que sofreram cargas muito altas e em componentes que operem em posição oblíqua;
• Rolamentos de rolos cilíndricos devem ser usados em aplicações que demandem alta velocidade e altas cargas;
• Rolamentos de quatro pontos de contato devem ser usados para posicionar eixos que trabalhem em alta velocidade em combinação com rolamentos de rolos cilíndricos, que devem receber as cargas desse eixo que ajam na direção radial.
• Rolamentos autocompensadores de rolos são projetados para tolerar desbalanceamentos. Eles são muito usados em polias de esteiras transportadoras, que servem para direcionar e tensionar a esteira.

Diferenças entre engrenagens padronizadas e engrenagens de fabricação especial

Há algumas normas que determinam a classe de precisão das engrenagens, porém não há normas com relação a sua forma, tamanho, diâmetro do furo, materiais, dureza etc.

Assim, por mais que você possa ter definições quanto ao ângulo de pressão, à profundidade e ao número de dentes, todos esses outros detalhes do projeto que ficam ao critério do projetista.

Por por causa dessa liberdade no projeto, pode-se dizer sem exageros que há tantos modelos de engrenagens quanto há sistemas que as utilizam.

Devido a isso, pode ser vantajoso escolher engrenagens padronizadas. Neste caso, se houver a quebra de uma peça, por exemplo, você pode trocá-la por uma com as mesmas especificações.

Muitas vezes os equipamentos vêm sem os desenhos detalhados das engrenagens e os fabricantes não produzem apenas uma engrenagem individual para aquela máquina.

Para resolver esse problema é preciso fazer o desenho da engrenagem a partir da peça que quebrou. Contudo, os custos envolvidos na fabricação de apenas uma engrenagem podem ser altos.

Como em qualquer tipo de equipamento, é muito mais barato obter engrenagens produzidas em larga escala – e este é o caso das engrenagens padrão.

Porém, se o projeto for personalizado e o seu orçamento for maior, usar uma peça de fabricação especial pode ser a solução mais adequada para atender às especificações de sua máquina.

Engrenagens Martin

Independente do tipo de peça, padrão ou de fabricação especial, as engrenagens Martin são as mais confiáveis do mercado.

A Martin é uma fabricante de produtos de transmissão de potência que mantém um amplo inventário disponível para compra e que tem disponibilidade para fabricação de peças.

A empresa surgiu nos EUA em 1951, e hoje é uma referência mundial em fabricação mecânica.

Compre sua engrenagem de um distribuidor Martin autorizado

Agora que você já sabe tudo sobre os tipos de engrenagens e quais são suas aplicações, vamos falar sobre como adquiri-las.

Como falamos anteriormente, a Martin é um dos grandes fabricantes de engrenagens e equipamentos de transmissão de potência do mundo, com quase 70 anos de presença no mercado.

Aqui no Brasil, a Abecom é a maior distribuidora de soluções para manutenção industrial, e é um distribuidor Martin que contém um amplo catálogo de engrenagens Martin em estoque. Além de recursos da Martin para distribuir suas engrenagens de fabricação especial.

Nossa empresa está no mercado desde 1963 e temos grande experiência auxiliando nossos clientes na seleção e compra de peças para equipamentos rotativos, como engrenagens e rolamentos.

Se precisar de nossa ajuda para selecionar e comprar nossos produtos, entre em contato conosco!

Algumas imagens neste artigo são de fontes na internet:

https://www.wisegeek.com

https://www.gold-stone.org/