Universidade Estadual do Norte Fluminense Centro de Ciências e Tecnologias Agropecuárias

Laboratório de Engenharia Agrícola EAG 03204 – Mecânica Aplicada

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Transmissão de Movimento

1. Introdução

A transmissão de movimento ocorre em quase todas as máquinas, como por movimento rotativo de um eixo para outro, ou por meio de engrenagens, correntes ou correias. 2. Engrenagens

A transmissão de movimento rotativo de um eixo para outro ocorre em quase toda máquina que se possa imaginar. As engrenagens constituem um dos melhores meios dentre os vários disponíveis para essa transmissão.

Os principais tipos de engrenagens diferenciam-se principalmente pelo tipo de dente e sua disposição em relação ao eixo. 2.1. Engrenagens cilíndricas 2.1.1. Engrenagens cilíndricas de dentes retos • Os dentes são retos e paralelos ao eixo de rotação • Utilizadas para a transmissão de movimento entre eixos paralelos • O contato entre as engrenagens é formado por uma linha paralela em relação ao eixo • Relação de transmissão de até 1:8 em um estágio ou 1:45 em dois estágios • Potências até 25 mil cv • Rotações até 10 mil rpm e velocidades tangenciais até 200 m/s • Eficiência por estágio de 96% a 99% • Este tipo de engrenagem é largamente utilizado em dispositivos mecânicos simples • Normalmente apresenta uma pequena folga em seu trabalho, não sendo adequada em aplicações onde

a precisão é baseada no movimento do eixo da engrenagem • A engrenagem de dentes internos, assim como a de dentes externos, é amplamente utilizada,

principalmente em sistemas planetárias

(a) (b) Figura 1. Engrenagens cilíndricas de dentes retos: (a) externos e (b) internos

As engrenagens cilíndricas de dentes retos podem se apresentar em conjunto com cremalheira (Figura 2). A cremalheira é um tipo de engrenagem do tipo reta que possui um raio primitivo infinitamente grande.

* Prof. Ricardo Ferreira Garcia – garcia@uenf.br – CCTA-LEAG

Figura 2. Conjunto de engrenagem cilíndrica de dente reto e cremalheira 2.1.2. Engrenagens cilíndricas de dentes helicoidais - De eixos paralelos • Os dentes não são paralelos ao eixo de rotação • Transmitem movimento entre eixos paralelos

• O contato entre as engrenagens é formado por uma linha diagonal em relação ao eixo • Funcionamento mais suave e menos ruído que as de dentes retos • Capacidade de transmissão de cargas pesadas a altas velocidades

• Os dentes podem ser simples (Figura 2a) ou dupla, para anular cargas axiais (Figura 2b)

(a) (b)

Figura 2. Engrenagens cilíndricas de dentes helicoidais de eixos paralelos: (a) simples e (b) dupla (tipo “espinha de peixe”) - De eixos não paralelos • São chamadas de engrenagens helicoidais esconsas

• Transmitem movimento entre eixos não paralelos e não concorrentes

• Eixos cruzados para pequenas distâncias entre eixos • Os dentes são cortados em curva, permitindo que um dente engrene com outro antes que o anterior

esteja desengrenado • O contato entre as engrenagens é formado por um ponto e não por uma linha • Para cargas pequenas • Muito utilizada em diferenciais • Para relações de transmissão de até 1:5 • Oferecem acoplamento e trabalho mais suave e mais preciso – são mais adequadas para trabalhos de

precisão do que as de dente reto • São muito mais caras que as de eixos paralelos

• Normalmente utilizadas em instrumentos e não recomendadas para transmissão de potência

Figura 3. Engrenagens cilíndricas de dentes helicoidais de eixos não paralelos (engrenagens esconsas) 2.2. Engrenagens cônicas 2.2.1. Engrenagens cônicas de dentes retos • Empregadas para transmitir movimento entre eixos concorrentes • Os dentes são retos, porém cortados sobre peças cônicas • São empregadas sempre que há necessidade de mudar o sentido da transmissão • Relações de transmissão até 1:6 (em relações maiores a 1:2 são mais caras que as cilíndricas) • Alto nível de ruído quando trabalham em velocidades tangenciais altas

Figura 4. Engrenagens cônicas de dentes retos 2.2.2. Engrenagens cônicas de dentes helicoidais • Características bem semelhantes às das cônicas de dentes retos, porém com dentes helicoidais

Figura 5. Engrenagens cônicas de dentes helicoidais

2.2.3. Engrenagens cônicas de dentes espirais (elóides) • Também denominadas engrenagens elóides • Empregadas em velocidades tangenciais elevadas • Apresentam menor ruído • Apresentam um contato entre os dentes mais suave que o das engrenagens cônicas de dentes retos

Figura 6. Engrenagens cônicas de dentes espirais (elóides) 2.2.4. Engrenagens cônicas de dentes espirais descentradas (hipóides) • Utilizadas em eixos descentrados, ou deslocados • A ação dos dentes é uma combinação de rolamento e de deslizamento ao longo de uma linha reta • Uso em eixos traseiros de veículos para redução de ruído • Podem ser utilizadas para abaixar o centro de gravidade do veículo ou elevar o seu espaço livre entre o

piso e o veículo • Eficiência inferior a engrenagens cônicas concêntricas (com eixos centrados) • Maior aquecimento

Figura 7. Engrenagens cônicas de dentes espirais descentradas (hipóides) 2.3. Engrenagens do tipo sem fim • Eixos que não se cruzam, normalmente seu ângulo é de 90o • Relações de multiplicação de até 1:100 por estágio • Eficiência de 97-45% diminuindo com o aumento da relação de transmissão • Mais silenciosas, amortecem melhor as vibrações • Em grandes relações de transmissão são mais baratas que as cilíndricas • A coroa do conjunto pode ter a rosca com dentes retos (Figura 8) ou com dentes helicoidais

Figura 8. Conjunto de engrenagem sem fim (na parte inferior) e coroa com dentes retos (na parte superior) 2.4. Aplicações de engrenagens

(a) (b) Figura 9. Aplicações de engrenagens: a) setor de direção; b) diferencial e redução final

Figura 10. Aplicação de engrenagens: conjunto motor, caixa de transmissões e diferencial

3. Elementos flexíveis Usam-se elementos flexíveis, tais como correias, cabos ou correntes para transmitirem potência através de distâncias relativamente grandes. Quando estes elementos são empregados, geralmente substituem um conjunto de engrenagens, eixos e mancais, ou dispositivos similares de transmissão de potência. Tais elementos simplificam grandemente a máquina e, portanto, possuem efeito significativo sobre a redução de custos. Além disso, por serem elásticos e geralmente longos, desempenham um papel importante na absorção de cargas de choque e no amortecimento de vibrações. Embora tais vantagens sejam importantes, no que se refere à vida útil da máquina acionadora, é a redução de custos que geralmente se torna o fator decisivo na seleção dos meios de transmissão de potência. 3.1. Correias

Na maioria dos casos, as correias são usadas para transmissão de potência entre duas árvores paralelas. A distância entre os eixos não deve ser inferior a certo valor que depende do tipo de correia usada, a fim de que a transmissão se faça de maneira eficiente.

A transmissão por correias pode usar correias planas (lisas ou dentadas), e trapezoidais com um conjunto de polias adequadas. As correias possuem as seguintes características: • Para eixos paralelos e eixos cruzados • Funcionamento silencioso • Capacidade de absorver choques, vibrações e sobrecargas • Eficiência de 95 a 98% • Custo em torno de 63% do preço de uma engrenagem cilíndrica • Distâncias entre eixos e cargas nos mancais maiores • Vida útil menor • Escorregamento de 1% a 3% na transmissão da força • Correias planas � relação de multiplicação de até 1:5 • Correias trapezoidais � relação de transmissão de até 1:8 3.1.1. Correias planas As correias planas (ou chatas) encontram seu principal emprego quando a distância entre centros é bastante grande. • Mantém-se plana sobre a polia e sua seção transversal é retangular e consideravelmente mais larga do

que espessa • Baixo custo e pequena manutenção – longa vida útil • Flexível – absorve choques, vibrações e sobrecargas (deslizante) • Adequada para grandes distâncias entre os centros das polias • Grande eficiência em altas velocidades • Capacidade de transmitir grandes potências • Funcionamento silencioso • Geralmente são fabricadas com cordões de algodão ou cânhamo, inseridos em borracha vulcanizada

(a) (b) Figura 11. Transmissão de movimento entre: a) eixos paralelos; b) eixos não paralelos

Na transmissão por polias e correias, a polia que transmite movimento e força é chamada polia motora ou condutora. A polia que recebe movimento e força é a polia movida ou conduzida.

A maneira como a correia é colocada determina o sentido de rotação das polias. Assim, no sentido direto de rotação, a correia fica reta e as polias têm o mesmo sentido de rotação; e no sentido de rotação inversa, a correia fica cruzada e o sentido de rotação das polias inverte-se.

(a) (b) Figura 12. Transmissão de movimento: a) sentido direto de rotação; b) sentido inverso de rotação 3.1.2. Correias trapezoidais (em “V”)

As correias trapezoidais (ou em “V”) podem operar em polias menores, e podem ser usadas em menores distâncias entre eixos que as planas. • Possuem lados inclinados que se encaixam nas ranhuras das polias • São geralmente feitas de cordões de algodão ou nylon e para velocidades muito altas e em

circunstâncias especiais, os elementos de tração podem ser fios ou cabos de aço • O material acolchoante, pode ser de borracha ou um produto sintético material resistente ao óleo. O

encapamento externo é composto por tecido impregnado em borracha especial

(a)

(b) Figura 13. Correia trapezoidal: a) detalhe de corte transversal de correia; b) detalhes de polias

3.1.3. Correias dentadas A correia dentada é uma correia patenteada, feita de tecido impregnado por borracha e fios de aço, que possui dentes que se encaixam em outros feitos na superfície das polias. Tais correias não sofrem escorregamento e, conseqüentemente, transmitem potência com velocidade angular constante.

O fato de a correia possuir dentes proporciona uma série de vantagens sobre as correias comuns. Uma destas vantagens é que não é necessária nenhuma tensão inicial, de forma que se pode usar distância fixa entre eixos. Além disso, elimina-se qualquer restrição à velocidade. As desvantagens são o custo e depois a necessidade de dentes nas polias.

Figura 14. Conjunto de correia e polia dentada 3.1.3. Correias – outros tipos

(a) (b) Figura 15. a) Correia trapezoidal – Poli “V”; b) correia de seção hexagonal

(a) (b) Figura 16. a) Correia dupla sincronizada; b) correia e polia dentada (sincronizada)

Figura 17. Exemplos de correia trapezoidal e correia dentada em tratores agrícolas 3.2. Correntes São elementos de transmissão, geralmente metálicos, constituídos de uma série de anéis ou elos. As correntes podem ter formatos bastante variados e têm a capacidade de se adaptarem a um grande número de equipamentos ou funções a executar. As correntes são mecanismos que apresentam razão de transmissão constante, já que não apresentam deslizamento nem estiramento e trabalham em coroas e pinhões com dentes confeccionados para encaixarem em seus elos.

Os tipos de correntes mais utilizados são: corrente de roletes, corrente de dentes, corrente de elos livres, corrente comum ou cadeia de elos.

A corrente de roletes (Figura 18) é semelhante à corrente de bicicleta. Ela pode possuir roletes eqüidistantes e roletes gêmeos, e é aplicada em transmissões quando não são necessárias rotações muito elevadas. As suas principais características são: • Uso em eixos paralelos com maior distância • Relação de multiplicação de até 1:6 • Eficiência de 97% a 98% • Não apresenta escorregamento • Custo em torno de 85% do custo de engrenagens cilíndricas • Possibilidade de acionar vários eixos a partir de uma única fonte de potência • Menor vida útil • Potências até 5 mil cv • Rotações até 5 mil rpm • Velocidade tangencial até 17 m/s

Figura 18. Corrente de roletes A corrente de dentes (Figura 19a) é usada para transmissões de altas rotações, superiores às

permitidas nas correntes de roletes. É largamente aplicada em mecanismos de motores de combustão interna como o acionamento do eixo de comando de válvulas. A corrente de elos livres (Figura 19b) é uma corrente especial, usada em esteiras transportadoras, mecanismos de máquinas semeadoras, etc.. Só pode

ser empregada quando os esforços forem pequenos. A corrente comum ou cadeia de elos (Figura 20) possui elos formados de vergalhões redondos soldados. Esse tipo de corrente é usado para a suspensão de cargas pesadas.

(a) (b)

Figura 19. a) Corrente de dentes; b) corrente de elos livres

Figura 20. Corrente comum ou cadeia de elos 4. Relação de transmissão

Na transmissão por engrenagens, correias, e correntes para que o funcionamento seja perfeito, é necessário obedecer alguns limites em relação às características dos elementos de transmissão como o número de dentes das engrenagens, o diâmetro das polias e o número de voltas pela unidade de tempo.

A relação de transmissão representa é a relação do número de voltas da engrenagem (ou polia) motora pelo número de voltas da engrenagem (ou polia) movida. A relação de transmissão (i) é dada por:

1

2

2

1

z

z

n

ni ==

em que: i = relação de transmissão n = velocidade angular (rpm) da polia ou engrenagem z = número de dentes da polia ou engrenagem A relação de transmissão também é dada por:

1

2

2

1

d

d

n

ni ==

em que: d = diâmetro da polia ou engrenagem

Exemplo de aplicação: Considerando a figura ao lado, supor que a engrenagem menor tenha 22 dentes e a maior 42 dentes. a) Calcule a relação de transmissão; b) Calcule a velocidade angular (rpm) da engrenagem menor supondo que a

engrenagem maior esteja a 250 rpm.