ENGRENAGENS Engrenagens são usadas para transmitir torque e velocidade angular em diversas aplicações. Existem várias opções de engrenagens de acordo com o uso a qual ela se destina. A maneira mais fácil de transmitir rotação motora de um eixo a outro é através de dois cilindros. Eles podem se tocar tanto internamente como externamente. Se existir atrito suficiente entre os dois cilindros o mecanismo vai funcionar bem. Mas a partir do momento que o torque transferido for maior que o atrito ocorrerá deslizamento. Com o objetivo de se aumentar o atrito entre os cilindros, fez-se necessária a utilização de dentes que possibilitam uma transmissão mais eficiente e com maior torque. Nasce assim a engrenagem. Denomina-se engrenagem, o par de duas rodas dentadas que trabalham acopladas para transmissão de movimento e torque entre dois eixos. Na prática, o termo “engrenagem” também é empregado como sinônimo de “roda dentada”.

CLASSIFICAÇÃO GERAL DAS ENGRENAGENS Para atender as necessidades da indústria mecânica foram desenvolvidos diversos tipos de engrenagens que podem ser classificadas sob diferentes critérios. O critério mais utilizado é o que se apresenta a seguir:

1º - ENGRENAGENS CILÍNDRICAS Sabe-se que as superfícies cilíndricas são obtidas pela rotação de uma reta geratriz convenientemente em torno de um eixo. Colocando-se dois cilindros em contato, segundo uma linha geratriz comum aos dois cilindros, pode-se obter transmissão de movimento circular, por atrito, de um cilindro para o outro. Este é o princípio básico de funcionamento das engrenagens cilíndricas. Engrenagens cilíndricas são compostas por rodas dentadas de corpo cilíndrico que são classificadas de acordo com o formato dos dentes em:

a) Engrenagens cilíndricas de dentes retos • Dentes externos

• Dentes internos

As engrenagens cilíndricas de dentes retos são empregadas em larga escala na transmissão de movimento entre eixos paralelos. São as de mais fácil estudo, fabricação e controle. Possuem alto rendimento da ordem de 98-99% porém são ruidosas em velocidades elevadas. Transmitem aos eixos de trabalho somente cargas radiais e por isso necessitam de mancais para esforços apenas radiais. As engrenagens cilíndricas de dentes retos internos são empregadas quando o espaço disponível é restrito ou quando não se quer expor os dentes da engrenagem, facilitando com isso sua proteção. Neste caso a rotação dos dois eixos do par de rodas tem o mesmo sentido de rotação. b) Engrenagens cilíndricas de dentes helicoidais

As engrenagens cilíndricas de dentes helicoidais são empregadas geralmente com eixos paralelos podendo, contudo, ser utilizadas com eixos reversos. São muito usadas quando cargas e/ou velocidades de trabalho são elevadas. Transmitem empuxo axial ao eixo de trabalho, porém, trabalham de modo mais suave e silencioso que as engrenagens de dentes retos. Por transmitirem aos eixos de trabalho cargas radiais e axiais necessitam, por isso, de mancais para esforços radiais e axiais simultâneos.

c) Engrenagens cilíndricas com dentes em V

Conhecida também como engrenagem espinha de peixe. Possui dentado helicoidal duplo com uma hélice à direita e outra à esquerda. Isso permite a compensação da força axial na própria engrenagem, eliminando a necessidade de compensar esta força nos mancais. 2º - ENGRENAGENS CÔNICAS Sabe-se que as superfícies cônicas são obtidas pela rotação de uma reta geratriz convenientemente em torno de um eixo. Em se tratando de eixos concorrentes, colocando-se os dois cones em contato, segundo uma linha geratriz comum aos dois cones, pode-se obter transmissão de movimento circular, por atrito, de um dos cones para o outro. Este é o princípio básico de funcionamento das engrenagens cônicas. As engrenagens cônicas são, portanto, utilizadas para na transmissão de potência entre eixos concorrentes ou reversos. Este conjunto de rodas dentadas exige grande precisão de montagem, motivo pelo qual se utiliza usualmente de mancais de rolamento. As engrenagens cônicas são classificadas de acordo com o formato dos dentes em: a) Engrenagens cônicas de dentes retos

As engrenagens cônicas de dentes retos são empregadas na transmissão de movimento entre eixos concorrentes, porém não devem ser empregadas em velocidades elevadas. b) Engrenagens cônicas de dentes inclinados

As engrenagens cônicas de dentes inclinados são também para transmissão de movimento entre eixos concorrentes podendo ser empregadas em velocidades mais elevadas que as de dentes retos.

3º - ENGRENAGENS HIPERBÓLICAS As engrenagens hiperbólicas também conhecidas como hipóides permitem a transmissão de movimento entre eixos reversos.

São projetadas para grandes variações de velocidade e também desenvolvem grande capacidade de carga. Por estas características são largamente empregadas na indústria automobilística, em carros, caminhões e tratores. 4º - CREMALHEIRA

A cremalheira é um sistema de dentes dispostos em linha reta e por isto pode ser considerada como um caso limite de engrenagem cilíndrica, quando o raio do cilindro tende a um valor infinitamente grande. Transforma movimento de rotação em movimento de translação retilíneo e tem sua importância não só pelo uso específico como também o de forma básica para várias ferramentas empregadas na usinagem de rodas dentadas. 5º - ENGRENAGENS: COROA - PARAFUSO SEM FIM

As engrenagens do tipo coroa - parafuso sem fim apresentam dois campos de aplicações importantes: a) grandes reduções de velocidade na transmissão de potência. b) Controle preciso do movimento circular de algum equipamento, como por exemplo a mesa rotativa de uma máquina operatriz.

CORREIAS As correias, juntamente com as polias são um dos meios mais antigos de transmissão de movimento. É um elemento flexível, normalmente utilizado para transmissão de potência entre dois eixos paralelos distantes. Elas são fabricadas em várias formas e com diversos materiais. Os tipos mais comuns estão apresentados na figura 1.1. As correias são largamente utilizadas nas indústrias de máquinas operatrizes (M.Opt) e automotiva; são encontradas em diversos equipamentos, desde pequenos aparelhos eletrônicos até equipamentos industriais de grande porte.

Figura 1.1 – Tipos de correias. DEM/UFRJ – EEK 444-Elementos de Máquinas II - Prof. Flávio de Marco

O grande sucesso na utilização das correias é devido, principalmente, às seguintes razões: a boa economia proporcionada por esta transmissão, sua grande versatilidade e a segurança.

CARACTERÍSTICAS

As principais características das transmissões por correias são: - é uma transmissão essencialmente por atrito e este é resultante de uma compressão inicial entre a correia e a polia, através de uma carga inicial quando estacionária. - é adequada para grandes distâncias entre eixos. APLICAÇÕES Variadores escalonados de velocidade - Transmissões por correia com relação de multiplicação variável em degraus. Diâmetros das polias devem ser feitos de tal maneira que o comprimento necessário da correia seja suficiente para todos os degraus (Figura 1.2 (b))

Variadores contínuos – são normalmente utilizados para relação de transmissão (i) entre 0,8 e 1,2, com graduação através do deslocamento axial dos discos cônicos, onde os diâmetros úteis (dm) das polias acionadora e acionada variam opostamente, de tal forma que se conserva a tensão sem a variação da distância entre os eixos (Figura 1.5).

PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO Como foi exposto anteriormente é uma transmissão por atrito que é resultante de uma compressão inicial entre a correia e a polia, através de uma carga inicial (Fi) ou pré-carga na correia quando estacionária (figura 1.8.a.), ficando ambos os lados da correia submetidos ao mesmo esforço. Quando a transmissão está em funcionamento, observa-se que os lados da correia não estão mais submetidos à mesma tensão; isso ocorre uma vez que a polia motora tensiona mais a correria em um lado (ramo tenso) do que do outro (ramo frouxo), conforme pode se observar na figura 1.8.b. Essa diferença de tensões entre os lados tenso e frouxo da correia é causadora de uma deformação na correia denominada creep.Na polia motora, a correia entra tensa devido ao esforço de girar a polia movida, e sai frouxa; assim, à medida que a correia passa em torno da polia, a tensão gradualmente diminui de F1 para F2 e a correia sofre uma contração também gradual. Em conseqüência disso, a correia deixa a polia motora mais contraída, uma vez que perde um pouco do seu alongamento ao mover-se em torno da polia. Na polia movida, o fenômeno se repete, mas inversamente. Outro fenômeno que pode acontecer em transmissões por correias é o deslizamento, sendo este conseqüência de uma tensão inicial insuficiente ou de uma sobrecarga excessiva no eixo resistente, o que causa uma compressão insuficiente da correia sobre a polia, não desenvolvendo o atrito necessário entre elas. Ambos os efeitos diminuem o rendimento da transmissão. O creep é inevitável, pois é conseqüência da elasticidade do material da correia, porém a perda decorrente é pequena e não afeta de modo sensível a transmissão. O deslize, quando excessivo, além de diminuir apreciavelmente o rendimento da transmissão, gerar calor capaz de danificar a superfície da correia. O deslizamento é evitado com a aplicação de uma tensão inicial adequada.

CORRENTES DE ROLOS

A transmissão por corrente é empregada nos seguintes casos: Quando a distância entre os eixos é pequena ou inferior a 2 m, porém não é suficiente para o uso de engrenagens; Quando é exigida uma relação de transmissão precisa e constante; Quando a velocidade é baixa;

A transmissão por corrente de rolos apresenta resultados extremamente satisfatórios quando há necessidade de transmitir forças (potências) em locais de difícil acesso, grandes distâncias entre centros, ambientes abrasivos ou poeirentos e outras condições especiais.As correntes são pesadas e caras, porém apresentam suavidade de movimento e conseguem transmitir grandes potências. Uma única corrente pode acionar vários eixos. A transmissão por corrente é utilizada para transmitir potência ou transportar materiais. Iremos estudar apenas as de transmissão. A grande vantagem da transmissão por corrente é que podemos unir dois ou mais eixos cinematicamente (desde que os eixos sejam para-lelos e que as rodas dentadas situem-se em um mesmo plano).

Vantagem - Não apresenta escorregamento. Desvantagem - Requer lubrificação; - Apresenta problema do efeito poligonal; - Com o uso, apresenta folga nas buchas.

Na transmissão por corrente de rolos temos uma roda dentada motriz e uma ou mais rodas dentadas movidas, um lance de corrente e uma emenda (preferencialmente). Esse sistema assegura um rendimento de 98 a 99% em condições normais de trabalho, sendo que os 2 ou 1% restantes se perdem devido ao calor obtendo-se uma relação de velocidade constante entre a roda dentada motriz e a roda dentada movida.

TIPOS

Correntes de Rolos – norma norte-americana Este tipo de corrente é o mais utilizado em todo o mundo. Fabricada segundo a norma A.N.S.I.(American National Standard Institute) em tempos anteriores conhecida por A.S.A. e incluída na normalização da ISO (International Organization for Standadization) e na normalização da ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas).Apresenta como principal vantagem sobre a tradicional corrente de norma européia a sua maior resistência à fadiga, proporcionando assim uma maior vida útil à transmissão. Estas correntes são construídas normalmente nos tipos simples, duplas e triplas, podendo entretanto serem fornecidas com até 14 carreiras. A norma brasileira que trata de correntes de transmissão é: NBR-6390 – Correntes de Transmissão, de precisão, de rolos e com passo curto e rodas dentadas correspondentes – Dimensões.

Corrente Simples

Corrente Dupla

Corrente Tripla

Correntes de Rolos – norma européia Sob essa denominação agrupam-se os tipos de correntes de transmissão que podemos definir como próprias para uso em maquinário pesado. Este tipo de corrente é projetado para ser usado em escavadeiras, betoneiras, moinhos, secadores, britadores e máquinas pesadas em geral; quando as condições de trabalho apresentam necessidade de transmitir cargas elevadas a baixa velocidade, com trancos, vibrações, presença de material abrasivo e desalinhamento entre eixos, esta série representa a solução ideal.

Correntes de Rolos – norma norte-americana – aço inoxidável Apesar de normalmente não ser apresentada em catálogos de fabricantes, esse tipo de corrente pode ser fabricado segundo a norma A.N.S.I., dentro das mesmas dimensões e características das correntes de rolos da norma norte-americana, porém utilizando-se aço inoxidável em todos os seus componentes. Esse tipo de corrente é utilizado em condições especiais de trabalho em ambientes corrosivos ou com variações muito elevadas de temperaturas. Além dos tipos anteriormente citados, os fabricantes estão aptos a fornecerem correntes com características específicas para determinadas aplicações. Normalmente os Departamentos de Engenharia dos fabricantes poderão estudar os problemas, sugerindo a solução mais viável e econômica.

MANCAIS DE DESLIZAMENTO

Um mancal de deslizamento nada mais é do que suportes que servem de guias ou amparos para um eixo que está submetido a determinadas cargas. Os mancais de deslizamento são elementos de máquinas sujeitos às forças de atrito que surgem devido à rotação dos eixos que exercem cargas nos alojamentos dos mancais que os contêm. Geralmente, os mancais de deslizamento são constituídos de uma bucha fixada num suporte. Esses mancais são usados em máquinas pesadas ou em equipamentos de baixa rotação, porque a baixa velocidade evita superaquecimento dos componentes expostos ao atrito.

Eles se dividem em 2 principais tipos: mancais de guia e mancais de fricção.

Mancais de Guia - Muito encontrados em máquinas ferramentas, onde a mesa desliza sobre suas guias. Não suportam muita carga, o movimento relativo entre eles é de translação.

Mancais de Fricção - Quando uma das superfícies móveis é um eixo e o deslizamento é executado considerando-se o movimento relativo de rotação entre o eixo e o mancal. Existem três tipos específicos.

Mancais planos - comumente chamados de radiais. São os que suportam carga perpendicular ao eixo de rotação.

Mancais de escora - também conhecido como de encosto. São projetados para trabalharem sob ação de cargas axiais.

Mancais guias - servem praticamente para evitar o deslizamento do eixo.

A vida útil dos mancais de deslizamento poderá ser prolongada se alguns parâmetros de construção forem observados:

1) os materiais de construção dos mancais de deslizamento deverão ser bem selecionados e apropriados a partir da concepção do projeto de fabricação.O projeto de fabricação deverá prever as facilidades para os trabalhos de manutenção e reposição, considerando as principais funções dos mancais de deslizamento que são apoiar e guiar os eixos.

2) sendo elementos de máquinas sujeitos às forças de atrito, os mancais de deslizamento deverão apresentar um sistema de lubrificação eficiente. Lembremos que as forças de atrito geram desgastes e calor e, no caso dos mancais de deslizamento, opõem-se, também, ao deslocamento dos eixos.3) é importante que o projeto de construção dos mancais de deslizamento contemple a facilidade de desmontagem e troca de equipamentos, bem como a compatibilidade entre o dimensionamento dos mancais com as cargas que os sujeitarão.4) Na construção, o projeto deverá levar em conta, além das funções próprias desses elementos, o meio-ambiente em qual eles trabalharão, pois normalmente esses locais contém poeiras, resíduos e outras formas de impurezas.5) A inspeção desses mancais deve ser feita periodicamente, em intervalos de tempo que dependem de características do projeto.

MATERIAIS DE FABRICAÇÃOOs mancais de deslizamentos são constituídos de 2 partes principais como dito previamente (base e bucha). A base geralmente é feita de ferro fundido ou de aço dependendo da condição de uso desses mancais. Já a bucha pode ser feita por uma gama de materiais diferentes. Entre eles , destacamos:1o ) Metal patente: são ligas fundamentalmente a base de Estanho (89%), Antimônio (8%), Cobre (3%). Este metal é muito utilizado.

2o ) Ligas binárias de Cobre e Chumbo (20 à 40% de Chumbo): A boa resistência a fadiga indica o seu uso em mancais que trabalham em condições severas. 3o ) Bronzes: Três são os principais tipos de bronzes: - Bronze a base de Estanho; - Bronze a base de Chumbo; - Bronze de alta resistência. Todos os tipos especificados acima são utilizados em mancais de bombas de água, motores marítimos, trens de laminação, mancais de vagões ferroviários. 4o ) Alumínio: Suas ligas resistem bem a corrosão produzida pela acidez do lubrificante. São muito usados em mancais de motores de explosão, alguns compressores, equipamentos aeronáuticos. 5o ) Prata: Mancais com prata são muito usados em aeronaves e motores diesel. São camadas (0.001 à 0.005 in) de prata depositada internamente em mancais de aço. 6o ) Ferro fundido: São raramente usados. 7o ) Grafite: é misturado com cobre, bronze, e plásticos, obtendo assim, uma maior diminuição do coeficiente de fricção. 8o ) Plásticos: Muito utilizados em máquinas de indústrias têxteis, alimentícias, com produtos corrosivos, oxigênio líquido.

LUBRIFICAÇÃOO movimento relativo dos componentes do mancal de deslizamento gera uma força resistência chamada de atrito de deslizamento. As superfícies de deslizamento sem camada intermediária de sustentação movem-se com atrito sólido. Neste movimento são arrancadas partículas salientes. Esse tipo de atrito pode ser evitado com lubrificação, como que flutuando sobre a camada de lubrificante. Esse processo de lubrificação chama-se lubrificação flutuante. No atrito de flutuação quase não ocorre desgaste, porém, quando ocorrem arranques, paradas ou mudanças no sentido de movimentos

intermitentes, o atrito passa a se caracterizar como ATRITO MISTO. No atrito misto, tem-se em parte atrito seco e, em parte atrito líquido, o que acarreta desgaste. Em mancais principais e de precisão, recomenda-se que se tenha sempre o atrito flutuante. Quando em rotação, o eixo desloca-se para uma posição lateral, na direção do sentido de rotação. Com esse desvio lateral do motor, deforma-se um espaço cuneiforme no lado oposto. O lubrificante deve afluir através de uma ranhura a essa folga em forma de cunha, para que nele se forme uma cunha de material lubrificante, originando-se assim forças de pressão que suportem o eixo.A lubrificação pode ser divida em 3 tipos :

1. Hidrodinâmica – as superfícies que sofrem carregamento em um mancal são separadas por um filme de lubrificante relativamente espesso, para evitar contato metal com metal e a estabilidade obtida pode ser explicada pelas leis de fluidomecânica. Lubrificação hidrodinâmica não depende da introdução da introdução do lubrificante sob pressão, mas requer a existência de um suprimento adequado todo o tempo. A pressão de filme é criada pelo movimento da superficie que empurra o lubrificante para uma zona de formato de cunha a uma velocidade suficientemente alta para criar a pressão necessária para separar as superficies contra a carga no mancal.

2. Hidrostática – é obtida pela introdução do lubrificante, que algumas vezes pode ser ar ou água, na area de carga do mancal a uma alta pressão o suficiente para separar as superficies com um lubrificante ou filme relativamente espesso. Este tipo de lubrificação não requer movimento de uma superfície em relação a outra.

3. Elastohidrodinâmica – é o fenômeno que ocorre quando um lubrificante é introduzido entre superficies que estão em contato de rolamento, tais como engrenagens acopladas ou mancais de rolamento. A explanação matemática requer a teoria de Hertz de contato e fluidomecânica.

a) Lubrificação sólida ou limitada: é aquela onde a película de óleo se rompe não resistindo às condições de trabalho. É como se não existisse lubrificante algum entre as superfícies; b) Lubrificação fluída: acontece quando as superfícies são separadas pela interposição de uma película lubrificante; c) Lubrificação semi-fluída: ocorre quando a espessura da película inicia a fase perigosa de poder se romper, pois tende a se encaminhar para a zona onde as condições de lubrificação são limitadas.

MOLAS

Trata-se de um elemento único ou uma associação de elementos (sistema) capaz de assumir notáveis deformações elásticas sob a ação de forças ou momentos, e, portanto, em condições de armazenar uma grande quantidade de energia potencial elástica. Elasticidade é a propriedade que determina como um corpo retorna ao seu tamanho e forma originais após ter sido distendido (deformado) por uma força. Se o restabelecimento ao tamanho e forma primitivos for completo, o corpo será denominado perfeitamente elástico.

Molas em LâminasFeixe de molas em lâminas são aqueles geralmente usados nos auto-veículos e no material móvel ferroviário. 

Molas de flexão em espiralSão formadas por uma fita de material elástico. A seção retangular constante é posta em espiral plana com uma extremidade fixa e outra presa a um órgão giratório em torno do próprio eixo. Aplicando-se ao órgão giratório, um momento torçor, a mola se enrola em volta deste tensionando-se. Este tipo de mola é aplicado nos equipamentos móveis de quase todos os aparelhos elétricos e mecânicos de medida, para obter um momento de reação proporcional àquele a ser medido.

Molas de flexão helicoidalÉ formada por uma barra de seção circular, enrolada numa hélice cilíndrica, com uma extremidade fixa e outra coligada a um órgão móvel, que gira em torno do eixo da mola. A mola resulta, portanto, solicitada por um binário contido em um plano normal ao eixo da própria mola. O ângulo de rotação depende do diâmetro do fio e do seu comprimento e não do passo ou diâmetro do cilindro, sobre o qual é desenvolvida a hélice.

Molas de torção

São aquelas cuja solicitação predominante é a da torção. A mola de torção mais simples é chamada barra de torção. É constituída por uma barra de seção circular de eixo retilíneo, presa por uma extremidade e sujeita na extremidade livre a um momento que age num plano normal ao eixo da barra. Age como mola quando coliga elasticamente dois órgãos mecânicos que devem submeter-se a afastamentos angulares elásticos relativos.

Molas de tração

Materiais utilizados na fabricaçãoOs materiais empregados na construção das molas são os  aços a carbono, com teor de carbono  superior a 0,7% e até a 1 ou 1,2%, os  aços a manganês, pela sua elevada resistência à fadiga, os aços a silício, pelos seus elevados limites de elasticidade e de ruptura, depois da têmpera. Para  estes dois últimos aços porém, as maiores propriedades são atingidas com a  presença simultânea do manganês e eventualmente do cromo.