Tipos de engrenagens: estrutura, função e aplicação

As engrenagens são um dos componentes mais comuns na transmissão mecânica e são amplamente utilizadas em diversos equipamentos mecânicos para transmitir potência, mudar velocidade e direção. Existem muitos tipos de engrenagens, cada uma com sua estrutura e função exclusivas, adequadas para diferentes cenários de aplicação. Este artigo apresentará detalhadamente os tipos comuns de engrenagens, incluindo suas características estruturais, princípios de funcionamento, tecnologia de processamento e aplicações em diferentes campos.

Princípios básicos e classificação de engrenagens

Princípios básicos de engrenagens

As engrenagens são elementos mecânicos que transmitem potência e movimento através do engrenamento dos dentes da engrenagem. Seu princípio de funcionamento baseia-se no engrenamento dos dentes de duas engrenagens, que transmitem torque e movimento através da força de contato das superfícies dos dentes. A transmissão por engrenagem possui características de alta eficiência, alta precisão e alta confiabilidade, e é amplamente utilizada em diversos sistemas mecânicos.

Classificação de engrenagens

As engrenagens podem ser classificadas de várias maneiras de acordo com sua estrutura, formato, finalidade e método de processamento. Os métodos de classificação comuns incluem:

Classificação por formato de engrenagem:

• Engrenagem cilíndrica
• Engrenagem cônica
• Engrenagem sem-fim
• Engrenagem não circular

Classificação por método de engrenamento de engrenagens:

• Engrenagem de malha externa
• Engrenagem de malha interna
• Engrenagem e rack

Classificação por direção de transmissão da engrenagem:

• Transmissão de engrenagem de eixo paralelo
• Transmissão de engrenagem de eixo de interseção
• Transmissão de engrenagem de eixo escalonado

Classificação por nível de precisão da engrenagem:

• Engrenagem de precisão
• Equipamento comum
• Engrenagem de baixa precisão

Tipos de engrenagens comuns e suas características

Engrenagens cilíndricas

As engrenagens cilíndricas são o tipo de engrenagem mais comum, com perfis de dentes distribuídos em uma superfície cilíndrica, adequadas para transmissão entre eixos paralelos.

Características estruturais:

• O perfil do dente da engrenagem geralmente tem formato envolvente, com bom desempenho de engrenamento e capacidade de carga.
• Ele pode ser projetado como dentes retos, dentes helicoidais ou dentes em espinha para atender a diferentes requisitos de transmissão.

Tipo:

• Engrenagem reta: A linha do dente é paralela ao eixo, a estrutura é simples e o processamento é conveniente, mas a força axial será gerada durante a transmissão.
• Engrenagem helicoidal: A linha do dente está em um determinado ângulo em relação ao eixo, a transmissão é estável e a capacidade de carga é alta, mas o equilíbrio da força axial precisa ser considerado.
• Engrenagem em espinha: É composto por dentes helicoidais esquerdo e direito, que podem equilibrar automaticamente a força axial e são adequados para transmissão de alta potência.

Áreas de aplicação:

• Amplamente utilizado em sistemas de transmissão mecânica, como transmissões de automóveis, redutores industriais, motores, etc.

Engrenagens cônicas

As engrenagens cônicas possuem perfis de dentes distribuídos em uma superfície cônica e são adequadas para transmissão entre eixos que se cruzam.

Características estruturais:

• O perfil do dente da engrenagem é geralmente em forma de dente envolvente ou em arco, que pode realizar a transmissão de dois eixos que se cruzam.
• A força axial será gerada durante a transmissão, que precisa ser suportada por rolamentos.

Tipo:

• Engrenagem cônica de dentes retos: A linha do dente cruza com o eixo, a estrutura é simples, mas o ruído de transmissão é grande.
• Engrenagem cônica espiral: A linha do dente é em forma de arco, a transmissão é suave, o ruído é baixo e a capacidade de carga é alta.
• Engrenagem cônica espiral: A linha do dente é em espiral, a eficiência de transmissão é alta e é adequada para transmissão de alta precisão.

Áreas de aplicação:

• Comumente usado em diferenciais de automóveis, sistemas de direção mecânica, acionamentos de fusos de máquinas-ferramenta, etc.

Engrenagem sem-fim

A engrenagem helicoidal é uma forma especial de transmissão por engrenagem, composta por uma roda helicoidal e uma roda helicoidal, adequada para transmissão entre eixos escalonados.

Características estruturais:

• O sem-fim é semelhante a uma rosca, e a roda sem-fim é semelhante a uma engrenagem cilíndrica helicoidal, e as duas são engrenadas por meio de dentes helicoidais.
• A relação de transmissão é grande e a estrutura é compacta, mas a eficiência de transmissão é baixa e geralmente é usada para transmissão de redução.

Tipo:

• Engrenagem sem-fim comum: adequado para transmissão de redução geral.
• Engrenagem helicoidal helicoidal: transmissão mais estável e maior capacidade de carga.
• Engrenagem sem-fim de dente de arco circular: a superfície do dente é em forma de arco, com alta eficiência de transmissão, adequada para transmissão de alta precisão.

Áreas de aplicação:

• Amplamente utilizado em máquinas de elevação, redutores, mecanismos de alimentação de máquinas-ferramenta, etc.

Engrenagens não circulares

As engrenagens não circulares possuem perfis de dentes que não são círculos padrão e são usadas para atender a requisitos especiais de transmissão.

Características estruturais:

• O perfil do dente da engrenagem é projetado de acordo com requisitos específicos de transmissão e pode ter formatos não circulares, elípticos ou outros formatos complexos.
• A relação de transmissão muda com o tempo e é adequada para ocasiões em que é necessária transmissão de velocidade variável.

tipos:

• Engrenagens elípticas: usado para obter transmissão periódica de velocidade variável.
• Engrenagens hiperbólicas: usado para obter transmissão de alta precisão.
• Engrenagens com espessura de dente variável: usado para obter transmissão não uniforme.

Campos de aplicação:

• Comumente usado em juntas de robôs, instrumentos de precisão, aeroespacial e outros campos.

Tecnologia de processamento de engrenagens

Métodos básicos de processamento de engrenagens

Existem muitos métodos diferentes para processamento de engrenagens. Diferentes técnicas de processamento podem ser selecionadas de acordo com o tipo e os requisitos de precisão da engrenagem. Os métodos de processamento comuns incluem:

Fresagem de engrenagens:

• Os cortes de fresagem de engrenagens são usados ​​para cortar o formato do dente na peça de trabalho. É adequado para processar engrenagens cilíndricas de dentes retos, helicoidais e em espinha.
• Possui alta eficiência e precisão de processamento e é um dos métodos de processamento de engrenagens mais comumente usados.

Modelagem de engrenagens:

• Os cortes de modelagem de engrenagens são usados ​​para cortar o formato do dente na peça de trabalho. É adequado para processar engrenagens internas e engrenagens multi-link.
• Possui alta precisão de processamento, mas eficiência relativamente baixa.

Fresamento de engrenagens:

• O formato da engrenagem é cortado na peça de trabalho por fresas. É adequado para processar pequenos lotes de engrenagens ou engrenagens com formatos complexos.
• Possui baixa precisão de processamento, mas alta flexibilidade.

Moagem de engrenagens:

• As engrenagens são retificadas por rebolos para melhorar a precisão e a qualidade da superfície das engrenagens.
• É adequado para processar engrenagens de alta precisão, como engrenagens de transmissão automotiva e aeroespaciais.

Tecnologia moderna de processamento de engrenagens

Com o avanço contínuo da tecnologia, a moderna tecnologia de processamento de engrenagens também está em constante desenvolvimento para atender às necessidades de alta precisão, alta eficiência e processamento de formas complexas.

usinagem CNC:

• A usinagem de engrenagens de alta precisão é obtida por meio de máquinas-ferramentas CNC, que podem produzir formatos de dentes complexos e engrenagens de alta precisão.
• A tecnologia de usinagem CNC combina vários processos, como fresagem de engrenagens, modelagem e retificação de engrenagens para melhorar a eficiência e a precisão da usinagem.

Forjamento de precisão:

• As peças brutas de engrenagem são fabricadas através de tecnologia de forjamento de precisão, o que reduz as tolerâncias de usinagem e melhora a utilização do material.
• É adequado para produção em massa e pode reduzir significativamente os custos de produção.

Metalurgia do pó:

• As engrenagens são fabricadas através da tecnologia de metalurgia do pó, que possui características de alta precisão, alta resistência e leveza.
• É adequado para a fabricação de engrenagens de pequeno porte e alta precisão, como microengrenagens e engrenagens de instrumentos de precisão.

Áreas de aplicação de engrenagens

Indústria automobilística

As engrenagens são amplamente utilizadas na indústria automotiva, abrangendo quase todos os sistemas de transmissão dos automóveis.

Engrenagem de transmissão:

• Usado na transmissão de automóveis para obter transmissão de potência em diferentes velocidades.
• Requer alta precisão, alta capacidade de carga e boa resistência ao desgaste.

Engrenagem diferencial:

• Usado em diferenciais de automóveis para obter transmissão diferencial de rodas.
• Geralmente utiliza engrenagens cônicas, exigindo alta precisão e alta confiabilidade.

Engrenagem do sistema de direção:

• Usado no sistema de direção de automóveis para conseguir a transmissão do mecanismo de direção.
• Requer alta precisão e baixo ruído, geralmente utiliza engrenagens cilíndricas helicoidais.

Campo aeroespacial

O campo aeroespacial tem requisitos extremamente elevados para engrenagens, exigindo alta precisão, alta resistência e design leve.

Engrenagens do motor:

• Usado em motores de aeronaves para obter transmissão de potência e regulação de velocidade.
• Geralmente feito de liga de aço de alta resistência ou liga de titânio e submetido a usinagem de precisão e tratamento térmico.

Engrenagens do sistema de controle de vôo:

• Usado no mecanismo de transmissão do sistema de controle de vôo para obter controle de alta precisão.
• Requer alta precisão, alta confiabilidade e boa resistência à fadiga.

Trem de pouso:

• Utilizado no mecanismo de retração e extensão do trem de pouso para conseguir a extensão e rotação do trem de pouso.
• Requer alta resistência e alta confiabilidade, geralmente usa engrenagens cônicas ou engrenagens helicoidais.

Maquinaria industrial

As engrenagens também são amplamente utilizadas em máquinas industriais, em diversos sistemas de transmissão e equipamentos de automação.

Engrenagens redutoras:

• Usado em redutores industriais para obter altas taxas de redução e alta transmissão de torque.
• Requer alta capacidade de carga e boa resistência ao desgaste, geralmente utiliza engrenagens cilíndricas helicoidais ou engrenagens cilíndricas em espinha.

Engrenagens de máquinas-ferramenta:

• Usado na transmissão do fuso e no mecanismo de alimentação de máquinas-ferramentas para obter processamento de alta precisão.
• Requer alta precisão e baixo ruído, geralmente utiliza retificação de precisão.

Engrenagens articuladas do robô:

• Usado no mecanismo de transmissão de juntas robóticas para obter controle de movimento de alta precisão.
• Requer alta precisão, alta confiabilidade e boa resistência à fadiga, geralmente utiliza engrenagens não circulares ou engrenagens harmônicas.

Equipamento médico

As engrenagens também têm aplicações importantes em equipamentos médicos e são utilizadas nos sistemas de transmissão de diversos instrumentos e equipamentos de precisão.

Engrenagens de equipamentos médicos:

• Usado no mecanismo de transmissão de equipamentos médicos para obter controle de alta precisão.
• Requer alta precisão, alta confiabilidade e boa resistência à corrosão, geralmente feito de aço inoxidável ou liga de alumínio.

Engrenagens de equipamentos de diagnóstico:

• Usado no sistema de transmissão de equipamentos de diagnóstico para obter movimentos de alta precisão.
• Requer alta precisão e baixo ruído, geralmente retificação de precisão.

Engrenagens de equipamentos de reabilitação:

• Usado no mecanismo de transmissão de equipamentos de reabilitação para obter controle de movimento de alta precisão.
• Requer alta precisão, alta confiabilidade e boa resistência à fadiga, geralmente engrenagens não circulares ou engrenagens harmônicas.

Tendência futura de desenvolvimento de engrenagens

Processamento de alta precisão e alta eficiência

Com o avanço contínuo da tecnologia, o processamento de engrenagens se desenvolverá na direção de alta precisão e alta eficiência. Tecnologias de processamento modernas, como tecnologia de processamento CNC, tecnologia de forjamento de precisão e tecnologia de metalurgia do pó, serão mais amplamente utilizadas para atender às necessidades de processamento de formas complexas, de alta precisão e alta eficiência.

Materiais leves e de alto desempenho

Nas áreas aeroespacial e automobilística, o design leve é ​​uma tendência importante no futuro. Materiais de alto desempenho, como ligas de alumínio de alta resistência, ligas de titânio e materiais compósitos, serão mais amplamente utilizados para obter engrenagens leves e de alto desempenho.

Inteligência e automação

Inteligência e automação são importantes direções de desenvolvimento para a futura fabricação de engrenagens. Ao introduzir tecnologias industriais de Internet, big data e inteligência artificial, o processo de fabricação de engrenagens será automatizado e inteligente. Por exemplo, máquinas-ferramentas CNC inteligentes podem ajustar automaticamente os parâmetros de processamento de acordo com os dados de processamento para melhorar a eficiência e a qualidade do processamento.

Fabricação verde

A fabricação verde é uma importante direção de desenvolvimento para a futura indústria manufatureira, e a fabricação de engrenagens não é exceção. A fabricação de engrenagens alcançará o desenvolvimento sustentável através da otimização da tecnologia de processamento, da redução do desperdício de materiais e do consumo de energia. Por exemplo, o uso de ferramentas de corte eficientes e procedimentos de processamento otimizados pode reduzir o tempo de corte e o consumo de energia. Ao mesmo tempo, a reciclagem e a reutilização dos resíduos gerados durante o processamento também podem reduzir a poluição ambiental.

Conclusão

As engrenagens, como componentes principais da transmissão mecânica, têm uma ampla gama de aplicações e funções importantes. Este artigo apresenta detalhadamente os tipos, características estruturais, tecnologia de processamento e aplicações de engrenagens em diferentes campos. Com o avanço contínuo da tecnologia, a fabricação de engrenagens se desenvolverá na direção de uma fabricação de alta precisão, alta eficiência, leve, inteligente e ecológica, fornecendo forte apoio ao progresso da indústria de fabricação de máquinas.