Materiais comuns para engrenagens automotivas e suas aplicações em sistemas veiculares

Por que a seleção do material das engrenagens é importante em sistemas automotivos?

A função básica das engrenagens é a transmissão de torque . Torque é a força rotacional no veículo; as engrenagens ajudam a transmitir (regular) o torque durante a aceleração. Uma marcha mais baixa (uma relação numérica maior) transmitirá mais torque para subir ladeiras e rebocar cargas pesadas.

A engrenagem transfere o movimento do virabrequim para o eixo de transmissão, que, por fim, leva o movimento às rodas. Em veículos, as engrenagens também podem realizar uma ação inversa durante as curvas.

Manter a velocidade de rotação do conjunto motopropulsor é a principal função da engrenagem em um veículo. As marchas mais baixas ajudam a manter rotações por minuto (RPM) mais altas, e vice-versa.

Dois tipos de engrenagens podem ser usados ​​em um veículo. Conhecer as diferenças entre engrenagens de transmissão para cargas elevadas e engrenagens para motores de baixa potência ajudará você a entender o conceito.

• Engrenagens de transmissão de alta carga transmitem potência e torque em máquinas pesadas. Essas engrenagens são maiores, com maior número de dentes helicoidais ou múltiplas relações de transmissão.
• Dispositivos de baixa potência utilizam engrenagens de motor pequenas para transmissão de potência e torque. Essas engrenagens são menores e possuem dentes retos simples.

A escolha do material correto é importante porque uma escolha incorreta pode desencadear uma série de problemas mecânicos, de segurança, de desempenho e econômicos em sistemas automotivos. Os efeitos costumam ser graves, dispendiosos e, por vezes, perigosos. Ao selecionar o material para engrenagens, é fundamental equilibrar a facilidade de fabricação, o custo e as propriedades mecânicas.

A engrenagem do veículo deve ser suficientemente confiável para suportar milhões de ciclos sem danos, evitando assim custos de reparo e substituição. A redução de ruído é alcançada pela seleção de engrenagens helicoidais em vez de engrenagens cilíndricas de dentes retos, o que mantém o silêncio dentro da cabine. A engrenagem deve ter alta resistência ao desgaste para prolongar a vida útil da transmissão e reduzir os custos de manutenção.

Materiais de engrenagem na indústria automotiva

Diversos materiais podem ser usados ​​para fabricar engrenagens de veículos. Os detalhes de todos esses materiais são os seguintes:

Engrenagens de liga de aço: Resistência e durabilidade​

O material mais comum na fabricação de engrenagens é o aço e suas ligas. Ele oferece alta resistência, força, tenacidade e resistência ao calor.

• O teor de carbono do aço determina sua resistência. A concentração de carbono gira em torno de 0,3 a 0,6%. O aço carbono é a solução com melhor custo-benefício para durabilidade, resistência e resistência ao calor.
• A liga 20CrMnTi contém cromo, titânio e manganês. Essa liga proporciona alta temperabilidade, resistência à fadiga e ao desgaste.
• A liga 18CrNiMo7-6 foi projetada para suportar cargas pesadas e oferecer alto desempenho.

Vantagens

• A liga de aço possui alta resistência à tração, o que significa que pode suportar pressões superiores a 1080 MPa.
• As ligas de aço carbono 18CrNiMo7-6, 20CrMnTi e outras apresentam alta durabilidade e maior resistência ao calor.

Aplicações

• O uso mais comum das engrenagens de liga de aço é nos eixos de entrada e saída.
• Os conjuntos de coroa e pinhão dos diferenciais automotivos são feitos de ligas de aço.
• Dispositivos de alto torque, como turbinas, caixas de engrenagens aeroespaciais e equipamentos de mineração, utilizam essas engrenagens.

Processo de fabricação

• Para a produção precisa de dentes, cilíndricos e formatos de engrenagens, utiliza-se usinagem CNC.
• A dureza e a tenacidade do material são mantidas por meio de tratamentos térmicos como têmpera e cementação.

Engrenagens em liga de aço inoxidável: resistência à corrosão e longa vida útil

As engrenagens automotivas exigem ligas de aço inoxidável que apresentem resistência à corrosão, durabilidade e longa vida útil. O teor de cromo cria uma camada protetora de óxidos, o que significa que elas resistem à ferrugem, oxidação e danos químicos, tornando essas ligas ideais para sistemas automotivos expostos à umidade e ao ar livre. As ligas tratadas termicamente disponíveis oferecem alta resistência, resistência à fadiga e ao desgaste.

Vantagens

• Alto nível de resistência à corrosão e à ferrugem.
• Grande resistência à fadiga e longevidade.
• Longa vida útil e baixa manutenção.

Aplicações

• Mecanismos dos elevadores do teto solar e dos vidros elétricos
• Mecanismos de dobragem de espelhos
• sistemas de atuadores HVAC
• sistemas de acionamento auxiliar de veículos elétricos

Fabricação

A usinagem CNC, o tratamento térmico, o acabamento superficial e a retificação de precisão garantem resistência, precisão e encaixe perfeito das engrenagens.

Engrenagens de plástico de engenharia: redução de ruído e eficiência de custos

O uso de princípios da engenharia é muito comum na indústria automotiva. Engrenagens para sistemas de ajuste são fabricadas a partir desses materiais. Alguns princípios comuns da engenharia que podem ser utilizados na fabricação de engrenagens são os seguintes:

• Trata-se de um termoplástico de engenharia cristalino que pode ser utilizado na fabricação de engrenagens na indústria de moldagem. Possui baixo coeficiente de atrito (0,2-0,3) e propriedades autolubrificantes.POM possui uma taxa de encolhimento de (2-3,5%) e uma absorção de umidade muito baixa (0,2-0,5%).
• É um termoplástico semicristalino com alta resistência ao desgaste. O náilon possui uma capacidade de absorção de umidade maior, que gira em torno de 3% ou mais.
• A adição de fibra de vidro e outros materiais aumenta a resistência do material.

Vantagens

• As principais características dos plásticos de engenharia são a leveza, aliada à alta resistência e durabilidade.
• Esses plásticos possuem excelente resistência ao amortecimento, reduzindo o ruído.
• Este material permanece inalterado por produtos químicos agressivos e umidade.

Aplicativo

• Engrenagens de POM e nylon são comuns em espelhos retrovisores laterais rebatíveis eletricamente devido à sua montagem silenciosa.
• O mecanismo de reclinação do assento no veículo geralmente utiliza engrenagens feitas de plásticos de engenharia.
• Os reguladores do fone de ouvido e dos vidros elétricos também possuem essas engrenagens.

Fabricação

• O método para a produção em massa de engrenagens de POM e nylon é a moldagem por injeção, que proporciona resultados precisos.
• Para pequenos lotes com personalização, a fabricação CNC é feita utilizando protótipos.

Engrenagens em liga de alumínio: leves e eficientes

As ligas de alumínio têm sido amplamente utilizadas em engrenagens automotivas, onde são exigidos design leve, resistência à corrosão e aparência estética. Seu revestimento de óxido natural proporciona forte resistência à corrosão, permitindo seu uso em sistemas veiculares por longos períodos. As engrenagens de alumínio também são econômicas em termos de peso, devido à sua baixa densidade, e são adequadas para veículos elétricos (VEs) e sistemas de conforto de baixa a média carga. Sua usinabilidade é excelente, resultando em produção precisa e eficiente.

Vantagens

• Construção leve inovadora
• Alta resistência à corrosão
• Excelente usinabilidade
• Boa condutividade térmica
• Acabamento estético da superfície

Aplicações

• Mecanismos de ajuste do assento
• Reguladores de janela
• Sistemas de conforto e auxiliares de veículos elétricos
• Conjuntos de atuadores montados internamente
• Sistemas de engrenagens de motores de baixa carga

Fabricação

Engrenagens de alta precisão são fabricadas utilizando fresagem e torneamento CNC. O acabamento superficial e a anodização aumentam a durabilidade e a resistência à corrosão, e a usinagem de precisão proporciona um engrenamento suave e um funcionamento silencioso.

Engrenagens de liga de latão: movimento suave e controle de desgaste

Engrenagens automotivas feitas de ligas de latão são amplamente utilizadas devido à sua alta resistência ao desgaste, fricção estável e resistência à corrosão. A resistência mecânica e a resistência ao calor são aumentadas com a adição de zinco, cobre, magnésio e alumínio. O latão oferece fricção controlada e suave, sendo, portanto, ideal para anéis sincronizadores que permitem trocas de marcha suaves.

Vantagens

• A resistência ao desgaste e ao atrito é elevada.
• Excelente resistência à corrosão.
• Maior condutividade térmica e elétrica.
• Troca de marchas e transmissão suaves.
• As peças complexas são altamente usináveis.

Aplicações

• Anéis sincronizadores de sistemas de transmissão.
• Válvulas, conexões de cimentação e conectores do sistema de combustível.
• mecanismos de controle de HVAC
• Interfaces e conectores de carregamento de alta tensão para veículos elétricos.
• Componentes de sistemas elétricos e de iluminação.

Fabricação

A usinagem CNC de engrenagens de latão é realizada para alcançar alta precisão dimensional e geométrica. Os processos de torneamento, fresagem e acabamento de precisão proporcionam superfícies lisas, tolerâncias rigorosas e desempenho estável a longo prazo.

Aplicações em sistemas veiculares

Engrenagens automotivas feitas de diferentes materiais são utilizadas em diversas áreas. Algumas delas são as seguintes:

• Engrenagens de ajuste do motor do assento

Os mecanismos de ajuste do assento oferecem regulagem multidirecional e suportam um peso de até 136 kg (300 lbs). O mecanismo interno do assento permite uma reclinação suave e controlada.

O material usado para fabricar as engrenagens de ajuste do motor no assento geralmente é aço ou plástico reforçado autolubrificante. Essas engrenagens são moldadas por injeção, reduzindo o atrito e o ruído. Elas também têm um bom custo-benefício.

A precisão de usinagem é necessária para substituir as peças de engrenagem danificadas, caso estas se desgastem facilmente. A usinagem de alta precisão pode reduzir o ruído e tornar os componentes mais duráveis.

Normalmente, as engrenagens dos motores dos assentos são feitas de plástico de engenharia e apresentam alguns tipos de sintomas de falha:

• Preso na posição de reclinação mais baixa e na mais alta.
• som de clique
• O motor funciona, mas o assento não se move.

A Honscn fabrica engrenagens de aço e latão capazes de suportar reclinações repetidas e manuseio de peso. Seu produto não sofre desgaste e produz ruído após alguns ciclos. Essas engrenagens de latão e aço podem ser utilizadas em SUVs e caminhões. A vida útil do motor é prolongada, oferecendo grande durabilidade.

Engrenagens do motor do elevador de vidros

As engrenagens utilizadas nos elevadores de janelas requerem algumas especificações operacionais. Essas engrenagens devem suportar milhares de ciclos de subida e descida. Devem suportar cargas intermitentes, ser resistentes à corrosão e manter a precisão. Além disso, as engrenagens das janelas devem ter o nível de ruído controlado durante o funcionamento.

A utilização de engrenagens de POM em motores de vidros elétricos é ideal por serem econômicas e autolubrificantes. A exigência de redução de ruído para o conjunto do motor do vidro elétrico torna o POM um material ideal. A alternativa mais cara e durável são as engrenagens de liga de aço, que oferecem maior resistência e suportam cargas pesadas.

· Engrenagens do motor do teto solar

Antes de instalar o tipo de engrenagem para o teto solar, é importante avaliar os requisitos que o material deve suportar durante o processo. O teto solar fica exposto à umidade, à água e à poeira. O material da engrenagem na montagem do teto solar deve ser resistente à corrosão e ao desgaste.

O material utilizado na engrenagem deve ser plástico de engenharia ou aço inoxidável. Esses materiais possuem alta resistência à corrosão e alta resistência mecânica. O nylon é utilizado para o acionamento silencioso da inclinação e dobragem do teto solar. A alta resistência e ductilidade do aço também são requisitos importantes na engrenagem do motor do teto solar.

• Engrenagens de dobragem do espelho

A frequência de uso é bastante alta, portanto o material da engrenagem deve ser leve e suportar milhões de ciclos. Nylon e POM são materiais ideais, pois oferecem torque mínimo e estrutura compacta. O uso de engrenagens de aço, latão e alumínio é comum em caminhões e SUVs devido à sua resistência à fadiga e ao desgaste.

• Engrenagens do motor da porta traseira/porta-malas

O material das engrenagens do porta-malas deve apresentar alta resistência e peso. Geralmente, as engrenagens são feitas de uma liga de aço capaz de suportar cargas de até várias toneladas. O teor de carbono no aço determina a resistência e a durabilidade das engrenagens. Ligas de aço com alto teor de carbono oferecem melhor gerenciamento de carga nas engrenagens do motor do porta-malas. A combinação de engrenagens de aço e plástico pode alcançar os mesmos resultados a um custo menor. A precisão na usinagem é essencial para garantir durabilidade e evitar vazamentos.

Selecionando os materiais e processos de fabricação adequados

Ao selecionar o material da engrenagem a ser utilizada nos diferentes sistemas de motor de um veículo, certos fatores devem ser considerados antes de tomar qualquer decisão:

A seleção dos materiais depende da sua capacidade de controlar o torque, suportar a carga e resistir às condições ambientais externas. Para suportar cargas elevadas, deve-se utilizar liga de aço, enquanto para o controle de ruído (NVH), as engrenagens de nylon são ideais.

A usinagem CNC é utilizada para fabricar engrenagens personalizadas, enquanto as engrenagens de plástico são fabricadas por moldagem por injeção para grandes encomendas. A metalurgia do pó é utilizada para produzir ligas metálicas sinterizadas, conferindo maior precisão.

Escolher um fornecedor de engrenagens CNC é uma tarefa bastante complexa. A substituição de engrenagens de nylon por engrenagens de liga de aço é muito comum no mercado de reposição. Mesmo pequenas variações no diâmetro do pinhão, no diâmetro do furo e no tamanho do dente não garantem que o fornecedor de usinagem CNC oferecerá um produto diferente. O comprador deve optar por um fornecedor de engrenagens de alta precisão com excelente atendimento ao cliente.

Fornecendo componentes automotivos superiores: Honscn

Temos 20 anos de experiência e nossa empresa oferece consultoria gratuita para seleção de materiais aos nossos clientes. Eles poderão escolher os materiais de acordo com o torque, a carga, o ruído e o custo. Oferecemos prototipagem de alta qualidade para projetos de engrenagens personalizados.

Nossa tecnologia de usinagem de engrenagens inclui fresamento/torneamento CNC de 3 e 5 eixos com tolerâncias rigorosas (+0,005-0,01 mm). Garantimos um perfil de dente ideal, engrenamento suave e baixa folga.

Nosso controle de qualidade é rigoroso, utilizando instalações de teste internas, inspeção de 100% e certificação (ISO, IATF 16949, RoHS). Garantimos alta durabilidade e confiabilidade. Possuímos uma cadeia de suprimentos de materiais consistente que ajuda a evitar atrasos.

Conclusão

Na indústria automotiva, as engrenagens são essenciais para a transmissão de potência, a regulação da velocidade e o funcionamento suave e confiável dos veículos. Este artigo destaca como a escolha do material — ligas de aço de alta resistência, latão, alumínio leve e plásticos de engenharia — influencia diretamente o desempenho, a durabilidade, o controle de ruído e o custo. O equilíbrio entre a capacidade de carga, a resistência ao desgaste e a tolerância ambiental exigidas por cada sistema veicular é personalizado. O processo de fabricação das engrenagens é de alta qualidade, incluindo usinagem CNC, moldagem por injeção e tratamento térmico, o que contribui para a confiabilidade das engrenagens. Para fabricantes de equipamentos originais (OEMs) e clientes do mercado de reposição, selecionar soluções de engrenagens precisas, personalizáveis ​​e testadas é fundamental para garantir longa vida útil, eficiência e desempenho geral do veículo. Visite-nos na web: https://www.cnchonscn.com/.