O que é a folga em engrenagens helicoidais?
Reação negativa em um engrenagem helicoidal A folga entre os dentes é a distância total entre os flancos dos dentes não motrizes quando os flancos motrizes estão em contato na distância entre centros especificada. Mais precisamente: quando uma engrenagem do par de acoplamento é mantida fixa, a folga angular é a faixa de rotação na qual a outra engrenagem pode girar sem que os flancos dos dentes se toquem em nenhum dos lados. É a folga incorporada ao engrenamento para permitir a expansão térmica, tolerâncias de fabricação, espaço para a película de óleo e erros de montagem — e para evitar interferência entre os dentes quando o sentido de rotação se inverte ou quando a expansão térmica da carcaça aumenta ligeiramente a distância entre centros.
A folga é medida no círculo primitivo como um deslocamento linear j_t (folga no plano transversal, em mm) ou como folga angular j_α no eixo da engrenagem (em minutos de arco ou milirradianos). Os dois estão relacionados por: j_α = 2 × j_t / d₁, onde d₁ é o diâmetro primitivo. Para fins de aquisição e inspeção, a folga é quase sempre especificada como j_t ou como desvio da espessura do dente em relação ao valor nominal.
Por que existe reação negativa — Os quatro motivos de engenharia
À medida que uma caixa de engrenagens aquece desde a partida a frio até a temperatura de operação, a distância entre os centros das engrenagens aumenta a uma taxa determinada pelo coeficiente de expansão térmica do material da carcaça (ferro fundido: 11 µm/m·°C, alumínio: 23 µm/m·°C). Para uma carcaça de ferro fundido com distância entre centros de 200 mm e um aumento de temperatura de 50 °C: ΔC = 11 × 10⁻⁶ × 200 × 50 = 0,11 mm. Sem folga, essa expansão térmica forçaria os flancos dos dentes a interferirem, causando o travamento.
Nenhuma engrenagem ou carcaça é fabricada com suas dimensões nominais exatas. A distância entre centros possui uma tolerância de fabricação, a espessura do dente possui uma tolerância e o diâmetro primitivo da engrenagem possui uma tolerância. A folga acomoda a pior combinação possível dessas tolerâncias sem causar interferência entre os dentes — a folga mínima é projetada para exceder a pior combinação possível de tolerâncias.
A película de óleo EHL entre os flancos dos dentes não motrizes (o lado frouxo da engrenagem) deve ter folga para evitar que o óleo seja expelido pela pressão do flanco inativo. Em alta velocidade engrenagem helicoidal Em transmissões, uma folga insuficiente no lado frouxo pode criar oscilações na pressão da película de óleo, que contribuem para o ruído.
Pequenas partículas de desgaste e contaminantes no óleo da engrenagem devem ser capazes de passar pela zona de folga sem contato sem causar travamentos. Engrenagens com folga muito pequena são suscetíveis a travamentos induzidos por partículas, que criam cargas de impacto quando a partícula é expelida — uma razão pela qual folgas pequenas são importantes. engrenagem helicoidal As aplicações também exigem uma filtragem de óleo muito fina.
Como o recuo é controlado — Espessura do dente e distância entre centros
Reação negativa em um engrenagem helicoidal O par é determinado por duas variáveis independentes: a espessura do dente de cada engrenagem (medida no plano normal como espessura normal da corda do dente s_n) e a distância real entre centros na qual o par é montado. A relação entre essas variáveis e a folga resultante é:
j_n = (s_n_nominal − s_n_actual_pinion − s_n_actual_gear) × cos α_n
Na prática, a folga é controlada principalmente especificando a espessura do dente. desvio A partir do valor nominal — tornando os dentes da engrenagem ligeiramente mais finos do que a espessura nominal perfeita de uma engrenagem involuta. A norma DIN 3967 fornece um sistema padronizado de classes de tolerância de espessura de dente que define o quanto o dente real pode ser mais fino em relação ao valor nominal.
Sistema de tolerância de espessura de dente DIN 3967
A norma DIN 3967 especifica a tolerância de espessura do dente para um engrenagem helicoidal como dois desvios da espessura nominal do dente: o desvio superior A_s (quanto mais fino o dente pode ser, no máximo, menor que o nominal) e o desvio inferior A_i (quanto mais fino o dente pode ser, no mínimo). Tanto A_s quanto A_i são negativos (o dente real é sempre mais fino que o nominal para garantir a folga). A tolerância da espessura do dente T_s = A_s − A_i.
| Classe DIN 3967 | Descrição | Intervalo típico de j_n (em Mn=5, α_n=20°) | Aplicativo |
|---|---|---|---|
| d (muito grande) | Grande margem de compensação | 0,30–0,60 mm | Acionamentos industriais pesados e lentos; grande variação térmica; facilidade de montagem. |
| e (grande) | Grande reação negativa | 0,20–0,40 mm | Caixas de engrenagens industriais padrão (guindastes de guindaste, transportadores, bombas) |
| f (normal) | recuo normal | 0,14–0,28 mm | Máquinas em geral, caixas de engrenagens fechadas padrão — a especificação mais comum. |
| g (estreito) | reação mais restrita | 0,08–0,18 mm | Máquinas de precisão, máquinas-ferramenta (eixos não posicionais) |
| h (apertado) | Apertado — zero a mínimo | 0,00–0,10 mm | Eixos de posicionamento CNC, mesas rotativas, acionamentos de registro para impressoras, aplicações servo com reversão. |
Folga padrão vs. Folga apertada — Quando cada uma é apropriada
Detalhe do dente da engrenagem helicoidal — a folga é o espaço entre os flancos não motrizes (lado frouxo) quando os flancos motrizes estão em contato. Ela é determinada pela espessura real do dente em relação à espessura nominal, medida como a espessura normal da corda do dente s_n no círculo primitivo.
Folga padrão (DIN 3967 Classe e/f) — Transmissões de potência
A folga padrão (classe e ou f na norma DIN 3967) é a especificação correta para a grande maioria dos casos. engrenagem helicoidal Transmissões de potência — guindastes, transportadores, compressores, bombas, ventiladores e caixas de engrenagens fechadas em geral. Na classe f (normal), a folga de aproximadamente 0,1 a 0,25 mm proporciona folga adequada para a expansão térmica, acomoda as tolerâncias de fabricação e permite que a película lubrificante funcione corretamente. A folga padrão não causa nenhum problema operacional em acionamentos unidirecionais ou com reversão pouco frequente — a folga é muito pequena para produzir impacto audível quando a reversão é lenta ou pouco frequente.
Folga apertada (DIN 3967 Classe g/h) — Quando importa
É necessária uma folga mínima em duas categorias específicas de aplicação, ambas envolvendo engrenagem helicoidal pares que invertem a direção frequentemente e onde a precisão da posição angular do eixo de saída é importante:
- Eixos de posicionamento de máquinas-ferramenta CNC: Os eixos X, Y e Z de uma máquina-ferramenta CNC utilizam acionamentos por cremalheira e pinhão ou por fuso de esferas. engrenagens helicoidais na caixa de engrenagens do servomotor. Qualquer folga na engrenagem se manifesta como movimento perdido quando o eixo inverte a direção — o motor percorre a folga antes que a mesa comece a se mover, criando um erro de posicionamento igual à folga dividida pela relação de transmissão na ferramenta. Folgas de classe g ou h (tipicamente j_n = 0,01–0,04 mm para engrenagens de servomotor com Mn = 2–4) limitam esse movimento perdido a valores abaixo da meta de repetibilidade de posicionamento do eixo (tipicamente ±1–5 µm).
- Acionamentos para impressoras e máquinas de embalagem: As impressoras multicoloridas exigem um registro preciso (alinhamento cor a cor) em velocidades acima de 10.000 folhas/hora. Qualquer folga nas engrenagens que acionam os cilindros de impressão produz erros de registro cíclicos na taxa de reversão dos acionamentos oscilantes. A folga de classe g é padrão para acionamentos de cilindros de impressão.
Como a reação negativa é medida na prática
Três métodos práticos são usados para verificar. engrenagem helicoidal reação negativa na produção e na inspeção de recebimento:
| Método | Como funciona | Ideal para | Limitação |
|---|---|---|---|
| Analisador de engrenagens (espessura do dente) | Mede o desvio real da espessura do dente (A_s, A_i) no analisador de engrenagens; calcula a folga esperada a partir das medições de ambas as engrenagens. | Inspeção de produção; inspeção de recebimento de engrenagens soltas antes da montagem. | Não leva em consideração a variação real da distância entre os centros das caixas habitacionais. |
| Calibrador de folga (calibrador de lâmina) em malha | Insira o calibrador de folga entre os flancos dos dentes não tracionadores, com os flancos tracionadores em contato total; a espessura máxima do calibrador que passa é igual à folga. | Medição em campo na caixa de engrenagens montada; rápida e econômica. | Difícil para engrenagens helicoidais com grande largura de face (o medidor deve entrar em contato ao longo de toda a linha de contato diagonal). |
| Indicador de mostrador na borda da engrenagem | Fixe uma engrenagem; balance a engrenagem de acoplamento para frente e para trás; a leitura total do indicador é igual à folga no diâmetro do círculo primitivo. | Caixa de engrenagens montada; mede a folga operacional real, incluindo a distância entre os centros da carcaça. | Requer acesso simultâneo a ambas as engrenagens; prático apenas em engrenagens abertas ou acessíveis. |
Como a reação negativa aumenta ao longo da vida útil do produto
Como um engrenagem helicoidal À medida que o par de engrenagens se desgasta ao longo de sua vida útil, ambos os flancos dos dentes perdem material gradualmente — a espessura real do dente diminui e a folga aumenta. Em uma caixa de engrenagens industrial com flancos de dentes macios e bem lubrificados (QT HB 280), o desgaste normal aumenta a folga em aproximadamente 0,005–0,020 mm por ano de operação contínua com carga moderada. Quando a folga excede aproximadamente 3 vezes o valor original de projeto, o ruído da engrenagem normalmente aumenta consideravelmente devido ao aumento da força de impacto no lado frouxo durante a inversão de carga, e a tensão de flexão na raiz do dente aumenta devido à sobrecarga dinâmica causada pelo impacto. A medição da folga é, portanto, um parâmetro útil para monitoramento da condição da engrenagem — o aumento da taxa de folga indica desgaste acelerado e sinaliza a necessidade de manutenção iminente.
Especificação da folga em um desenho de engrenagem helicoidal
A folga é especificada em um engrenagem helicoidal Desenho através da notação da classe de desvio da espessura do dente conforme DIN 3967. A notação correta do desenho aparece na tabela de dados da engrenagem como:
Classe de desvio da espessura do dente: DIN 3967 − [classe de folga][classe de tolerância]
Exemplo: DIN 3967 − ef (classe de folga e, tolerância de espessura do dente f)
Os dois caracteres especificam: o primeiro é a classe de folga (a a d = grande; e, f = normal; g, h = apertada) e o segundo é a tolerância da espessura do dente (a largura da faixa entre a espessura máxima e mínima do dente). Especificações comuns para engrenagens helicoidais: DIN 3967 − ef (industrial normal), DIN 3967 − fg (industrial de precisão), DIN 3967 − gh (servo/posicionamento).
Korea Ever-Power — Reações negativas especificadas e verificadas em cada pedido
Solo da Korea Ever-Power engrenagem helicoidal — O desvio na espessura do dente, conforme a norma DIN 3967, é medido no analisador de engrenagens e relatado no certificado de inspeção. A confirmação da classe de folga está incluída como documentação padrão em todos os pedidos de precisão.
A Korea Ever-Power especifica a classe de folga correta de acordo com a norma DIN 3967 para cada modelo. engrenagem helicoidal pedido — confirmar a classe apropriada para o tipo de aplicação (transmissão de potência padrão versus servo de posicionamento) e verificar o desvio real da espessura do dente por meio de medição com analisador de engrenagens. Como um direto fabricante de engrenagens helicoidaisA classe de folga é confirmada no certificado de inspeção fornecido com cada pedido.
Perguntas frequentes
Não — a classe de precisão DIN (DIN 3962) e a classe de folga (DIN 3967) são especificações independentes. Uma engrenagem pode ter precisão DIN Classe 5 com folga padrão (classe e/f) ou precisão DIN Classe 8 com folga reduzida (classe g/h). A classe de precisão determina o quão próximos o perfil do dente, o passo e a distância entre os dentes correspondem à geometria ideal; a classe de folga determina a espessura real do dente em relação à espessura nominal. Ambas devem ser especificadas no desenho — uma não implica a outra.
Quando um engrenagem helicoidal À medida que a caixa de engrenagens aquece, a carcaça se expande, aumentando a distância entre centros. Como a folga j_n ∝ (C − C_design) para uma dada espessura de dente, o aumento de C aumenta a folga. Os próprios dentes da engrenagem também se expandem, mas a distância entre centros da carcaça cresce proporcionalmente mais do que os diâmetros primitivos da engrenagem para uma engrenagem de aço típica em uma carcaça de ferro fundido — porque a carcaça tem um comprimento maior na temperatura de operação (distância entre centros de 200 mm contra raio da engrenagem de 40 mm). Isso significa que a folga é sempre maior na temperatura de operação do que na montagem a frio, razão pela qual a folga mínima deve ser projetada na temperatura de operação, e não na montagem a frio.
A ausência total de folga não é alcançável em um único canal padrão. engrenagem helicoidal devido às tolerâncias de fabricação e aos requisitos de expansão térmica. O que é possível: evitar folga. engrenagem helicoidal Em sistemas de engrenagens que utilizam pré-carga axial por mola para eliminar a folga, uma engrenagem é dividida axialmente em duas, e uma mola empurra uma das metades contra a engrenagem correspondente para eliminar a folga no lado onde há folga. Essa abordagem permite alcançar folga próxima de zero em aplicações de posicionamento, ao custo de maior desgaste dos flancos dos dentes devido à força de pré-carga constante e maior perda de torque de acionamento devido ao atrito da pré-carga.
Para a maioria das transmissões de energia industrial em geral. engrenagem helicoidal Para substituições — guinchos de guindaste, acionamentos de transportadores, caixas de engrenagens de bombas, acionamentos de ventiladores — a classe e (grande) ou f (normal) da norma DIN 3967 é apropriada. A classe e é preferível quando a carcaça da caixa de engrenagens original está desgastada e a distância entre centros real é ligeiramente maior que a nominal (oferecendo uma folga menor do que a que uma carcaça nova proporcionaria). A classe f é padrão para carcaças novas e engrenagens de reposição em carcaças em bom estado. Especifique a classe g ou h somente se a aplicação for confirmada como um servoacionamento ou acionamento de posicionamento — uma folga menor do que a necessária cria dificuldades de montagem e desgaste acelerado sem qualquer benefício operacional.
Especifique a classe de folga correta para sua engrenagem helicoidal.
Informe o tipo de aplicação, a faixa de temperatura de operação e se o inversor de frequência opera sob carga. A Korea Ever-Power confirma a classe de folga DIN 3967 correta, especifica-a no desenho de produção e verifica o desvio real da espessura do dente por meio de medição com analisador de engrenagens em cada pedido.
Classes de engrenagem DIN 3967 de a a h · Medição da espessura dos dentes por analisador de engrenagens · Certificado de folga · Quantidade mínima de encomenda: 1 peça
Editor: Cxm
