No mundo das máquinas, transmitir potência de forma eficiente e suave é primordial. No entanto, as engrenagens retas tradicionais geralmente falham, levando à vibração, ruído e capacidade de carga reduzida. É aqui que as engrenagens espinha de peixe brilham.
Com seu design exclusivo de dupla hélice, as engrenagens espinha de peixe oferecem uma solução revolucionária. Neste guia abrangente, vamos nos aprofundar nas complexidades das engrenagens espinha de peixe, explorando seus princípios de design, métodos de fabricação e diversas aplicações em todos os setores. Também as compararemos a outros tipos de engrenagens, destacando seu desempenho superior.
O que é uma engrenagem espinha de peixe
Uma engrenagem espinha de peixe é um tipo de engrenagem helicoidal dupla que consiste em duas engrenagens helicoidais montadas lado a lado no mesmo eixo, com os dentes dispostos em forma de V apontando para fora. Os dois conjuntos de dentes são angulados em direções opostas, normalmente em 30-45 graus em relação ao eixo do eixo.
O nome “espinha de peixe” vem do padrão de dentes em zigue-zague que lembra o esqueleto de um peixe-arenque. Os dentes em forma de V entrelaçados mantêm contato em ambos os lados, equilibrando as forças axiais dentro do malha de engrenagens. Essa ação de autocentralização elimina a necessidade de rolamentos axiais para dar suporte às engrenagens.
Engrenagens espinha de peixe são usadas em uma ampla gama de aplicações de transmissão de potência, de máquinas pesadas e veículos a instrumentos de precisão e robótica. Suas propriedades únicas as tornam uma excelente escolha para aplicações de alta carga e alta velocidade que exigem transferência de potência suave e eficiente com ruído e vibração mínimos.
Design de engrenagens espinha de peixe
Ângulo Helix
O ângulo de hélice é o ângulo entre a face do dente e o eixo da engrenagem. Em engrenagens espinha de peixe, as duas metades da engrenagem têm ângulos de hélice iguais, porém opostos, normalmente variando de 30 a 45 graus. Ângulos de hélice mais altos proporcionam uma operação mais suave e maior capacidade de carga, mas também aumentam as forças axiais e a complexidade de fabricação.
Ângulo de pressão
O ângulo de pressão é o ângulo entre o perfil do dente e uma linha perpendicular ao círculo primitivo. Os ângulos de pressão padrão para engrenagens espinha de peixe são 14.5, 20 e 25 graus, sendo 20 graus o mais comum. Ângulos de pressão mais altos aumentam a resistência e a capacidade de carga da engrenagem, mas podem causar mais ruído e desgaste.
Módulo e passo diametral
O módulo (métrico) ou passo diametral (imperial) determina o tamanho dos dentes da engrenagem em relação ao diâmetro do passo. Um módulo maior ou um passo diametral menor resulta em dentes mais fortes e largos, mas também aumenta o tamanho e o peso geral da engrenagem.
Métodos de fabricação de engrenagens espinha de peixe
Fresagem
O hobbing é o método mais comum para fabricar engrenagens espinha de peixe. Ele usa uma ferramenta de corte helicoidal chamada hob para gerar o perfil do dente progressivamente conforme a engrenagem em bruto gira. O hobbing e o blank da engrenagem se movem de forma sincronizada para criar o ângulo de hélice e a geometria do dente necessários. O hobbing pode produzir engrenagens com alta precisão e consistência, mas pode deixar pequenos erros de incompatibilidade no centro da face do dente.
fresagem
Fresamento é um método alternativo que usa uma fresa rotativa para remover material do blank da engrenagem. A fresa segue o perfil e o espaço do dente, fazendo várias passagens para gerar a profundidade total do dente. O fresamento permite maior flexibilidade na geometria do dente e pode produzir engrenagens sem folga central, mas é mais lento e menos eficiente do que o fresamento.
Moldagem
A modelagem é um método menos comum que usa uma ferramenta de corte reciprocante para gerar o perfil do dente. A ferramenta se move linearmente enquanto a engrenagem em bruto gira, removendo gradualmente o material para formar os dentes. A modelagem pode produzir engrenagens com formatos de dentes exclusivos e sem folga central, mas tem menor produtividade e precisão em comparação com a fresagem e o fresamento.
Esmerilhamento
A retificação é um processo de acabamento usado para melhorar o acabamento da superfície, a precisão e o desempenho de ruído das engrenagens espinha de peixe. Ele usa rodas abrasivas para remover pequenas quantidades de material dos flancos dos dentes e corrigir quaisquer erros ou distorções de etapas de usinagem anteriores. A retificação é normalmente feita após o tratamento térmico para atingir a qualidade final da engrenagem.
Materiais das engrenagens espinha de peixe
- Aço: O material mais amplamente usado para engrenagens espinha de peixe, oferecendo alta resistência, tenacidade e resistência ao desgaste. Vários graus e tratamentos térmicos podem ser aplicados para otimizar as propriedades da engrenagem.
- Ferro fundido: Uma alternativa de menor custo ao aço, adequada para cargas e velocidades moderadas. Ferros fundidos cinzentos e dúcteis são comumente usados, com flocos ou nódulos de grafite fornecendo lubrificação e amortecimento.
- Latão e bronze: Ligas não ferrosas usadas para engrenagens que exigem resistência à corrosão ou baixo atrito. Elas têm boa usinabilidade, mas menor resistência em comparação ao aço.
- Plásticos: Polímeros como nylon, acetal e PEEK podem ser usados para aplicações leves e de baixa carga. Eles oferecem baixo ruído, autolubrificação e resistência à corrosão e produtos químicos.
- Metais sinterizados: A metalurgia do pó pode produzir engrenagens espinha de peixe quase líquidas com geometrias complexas. Aços e ligas sinterizados têm boa resistência e resistência ao desgaste, mas podem ter menor tenacidade do que materiais forjados.
Aplicações de engrenagens espinha de peixe
Maquinaria industrial
Engrenagens espinha de peixe são amplamente utilizadas em equipamentos industriais pesados, como compressores, bombas, sopradores e máquinas-ferramentas. Sua alta capacidade de carga, operação suave e design compacto as tornam adequadas para transmissão de energia em espaços restritos e ambientes exigentes.
Transmissões Automotivas
Em aplicações automotivas, engrenagens espinha de peixe são usadas em transmissões manuais e automáticas para transferir potência do motor para as rodas. Elas fornecem operação silenciosa e eficiente e podem lidar com os altos torques e velocidades necessários para a propulsão do veículo.
Atuação Aeroespacial
Engrenagens espinha de peixe são usadas em sistemas de atuação de aeronaves e espaçonaves, como acionamentos de flap e slat, implantação de trem de pouso e atuação de superfície de controle. Sua propriedade de autocentralização e capacidade de lidar com cargas bidirecionais as tornam adequadas para essas aplicações críticas de segurança.
Robótica e Automação
Em sistemas robóticos e automatizados, engrenagens espinha de peixe são usadas para controle preciso de movimento e transmissão de potência. Sua baixa folga, alta rigidez e operação suave permitem posicionamento preciso e movimentos repetíveis em braços robóticos, pinças e articulações.
Propulsão Marinha
Engrenagens espinha de peixe são usadas em sistemas de propulsão marítima, como reductoress de engrenagens de barcos e navios, para transmitir potência do motor para o eixo da hélice. Sua alta eficiência, design compacto e resistência a cargas axiais as tornam adequadas para o exigente ambiente marinho.
Comparação com outros tipos de engrenagens
| Tipo de Engrenagem | Diferenciais | Desvantagens |
|---|---|---|
| Spur | Design simples, fácil de fabricar, baixo custo | Operação ruidosa, capacidade de carga limitada, sem suporte de carga axial |
| Helicoidal | Mais suave e silencioso que o esporão, maior capacidade de carga | Gera cargas axiais, requer rolamentos axiais |
| Bisel | Permite a transmissão de energia entre eixos que se cruzam | Design complexo, requer alinhamento preciso, faixa de relação limitada |
| Verme | Alta relação de transmissão em tamanho compacto, autotravante | Baixa eficiência, alto atrito de deslizamento, capacidade de carga limitada |
| Herringbone | Suave e silencioso, alta capacidade de carga, sem cargas axiais, tamanho compacto | Fabricação complexa, custo mais alto, disponibilidade limitada |
