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Caixa de Engrenagens Helicoidais

O uso de uma caixa de engrenagens helicoidal pode melhorar significativamente a precisão de uma máquina e reduzir os efeitos da vibração e do impacto no eixo. Uma caixa de engrenagens é uma peça circular de máquina que possui dentes que se encaixam uns nos outros. Os dentes são cortados ou inseridos e projetados para transmitir velocidade e torque.

Deslizando

Dentre os diversos tipos de caixas de engrenagens, a caixa de engrenagens helicoidal é a mais utilizada. Isso se deve ao fato de a caixa de engrenagens helicoidal possuir um sistema de contato deslizante. O contato entre dois dentes da engrenagem inicia-se no começo de um dente e progride até o contato linear à medida que a engrenagem gira.
As engrenagens helicoidais são engrenagens cilíndricas com dentes cortados em um ângulo em relação ao eixo. Esse ângulo permite que as engrenagens helicoidais capturem a inversão de velocidade na linha primitiva devido ao atrito de deslizamento. Isso resulta em um movimento muito mais suave e menor desgaste. Além disso, a caixa de engrenagens helicoidais é mais durável e silenciosa do que outras caixas de engrenagens.
As engrenagens helicoidais dividem-se em duas categorias. O primeiro grupo compreende as engrenagens helicoidais de eixos cruzados, comumente utilizadas em eixos de distribuidores/bombas de óleo de motores automotivos. O segundo grupo compreende as engrenagens de ângulo de hélice zero, que não produzem forças axiais. No entanto, elas geram calor, o que causa perda de eficiência.
A configuração da caixa de engrenagens helicoidais é frequentemente confusa, o que resulta em custos operacionais mais elevados. Além disso, a configuração da caixa de engrenagens helicoidais não possui a mesma relação torque/$ que as engrenagens planetárias de ângulo de hélice zero.
Ao projetar engrenagens, é importante considerar os efeitos do deslizamento. O deslizamento pode levar ao atrito, o que pode causar perda na transmissão de potência. Também leva a uma distribuição desigual da carga, o que diminui a capacidade de carga da caixa de engrenagens planetária helicoidal.
Além disso, a rigidez de engrenamento das engrenagens helicoidais é geralmente ignorada pelos pesquisadores. Um modelo analítico para a rigidez de engrenamento das engrenagens helicoidais foi proposto.

Forças de empuxo axial

Existem diversas opções para lidar com forças de empuxo axial em caixas de engrenagens helicoidais. A mais óbvia é utilizar uma engrenagem helicoidal dupla para compensar a componente da força. Outra opção é utilizar um rolamento de encosto com menor capacidade de carga. Este, por sua vez, torna-se um componente de sacrifício.
Para transmitir uma força, ela deve ser distribuída ao longo da linha de contato. Essa força é a soma das componentes tangencial, radial e axial. Todas essas componentes devem ser transferidas da fonte para a saída. Este é um processo complexo que envolve o uso de engrenagens.
A componente da força axial deve ser transmitida através das engrenagens. A força resultante é então dividida em componentes ortogonais e distribuídas nas direções de empuxo. A componente da força radial é medida do ponto de contato até o centro da engrenagem movida.
A componente da força axial também é determinada pelo diâmetro primitivo da engrenagem. Um diâmetro primitivo maior resulta em um momento de apoio maior. Da mesma forma, uma relação de transmissão maior produzirá uma transmissão de torque maior.
Deve-se notar que a componente da força axial representa apenas uma pequena parte da força total. A força normal é distribuída ao longo da linha de contato.
A engrenagem helicoidal dupla também não é uma réplica perfeita da engrenagem em espinha de peixe. Ela possui duas metades iguais. É usada de forma intercambiável com a engrenagem em espinha de peixe. Ela também possui o mesmo ângulo de hélice.

Impacto reduzido no eixo do eixo

Aumentar o ângulo da hélice de um par de engrenagens reduzirá os efeitos de ressonância no eixo de uma caixa de engrenagens helicoidal. No entanto, isso não reduzirá a vibração geral da caixa de engrenagens. Na verdade, aumentará a vibração. Isso pode levar a falhas graves por fadiga na transmissão.
Isso ocorre porque o ângulo da hélice influencia a linha de contato entre dois dentes. À medida que o ângulo da hélice aumenta, o comprimento da linha de contato diminui. Além disso, ele influencia a força normal e os raios de curvatura dos dentes. O ângulo de pressão também afeta os raios de curvatura.
As engrenagens helicoidais apresentam diversas vantagens em relação às engrenagens cilíndricas de dentes retos. Essas vantagens incluem: menor vibração, características NVH (ruído, vibração e aspereza) reduzidas e operação suave sob cargas elevadas. Elas também possuem melhor capacidade de torque. No entanto, produzem maior atrito e exigem abordagens específicas para o controle das forças de empuxo.
O primeiro passo para reduzir os efeitos de ressonância é regular a frequência de engrenamento do estágio de engrenagem helicoidal. Isso pode ser feito variando os fatores de mudança de marcha da engrenagem. Se os fatores de mudança de marcha forem muito grandes, a engrenagem sofrerá efeitos de ressonância. O ângulo da hélice também é afetado pelos fatores de mudança de marcha da engrenagem. Portanto, é importante controlar a geometria da engrenagem para reduzir os efeitos de ressonância.
Em seguida, são examinados os efeitos da estrutura da alma e da espessura da borda na tensão na raiz da engrenagem. Essas tensões são medidas por meio de extensômetros. Os resultados indicam que a tensão máxima na raiz é obtida quando se atinge a pior posição de engrenamento.

Funcionamento mais silencioso

Em comparação com as engrenagens cilíndricas de dentes retos, as engrenagens helicoidais são muito mais silenciosas em operação. Isso se deve ao tamanho maior de seus dentes. Além disso, elas possuem maior capacidade de carga. Também funcionam de forma mais suave e atingem velocidades mais altas. As engrenagens helicoidais são uma boa alternativa às engrenagens cilíndricas de dentes retos.
O parâmetro mais importante relacionado à redução de ruído é a relação de contato da engrenagem. Ela varia de menos de 1 a mais de 10 e é determinada pelo número de dentes que interceptam uma linha paralela ao eixo na circunferência de cerne. É também um bom indicador do nível de redução de ruído proporcionado pelas engrenagens helicoidais.
Além disso, as engrenagens helicoidais apresentam menor flexão por impulso do que as engrenagens cilíndricas de dentes retos. Isso ocorre porque o ponto de contato desliza ao longo da superfície helicoidal de cada dente. Isso também adiciona amortecimento interno ao sistema de engrenagens.
Embora as engrenagens helicoidais sejam menos ruidosas do que as engrenagens cilíndricas de dentes retos, elas apresentam um alto nível de desgaste. Isso pode afetar o desempenho da engrenagem. No entanto, é possível melhorar a suavidade da superfície dos dentes por meio de retificação. Além disso, a lubrificação das engrenagens em óleo também pode contribuir para melhorar a suavidade da superfície dos dentes.
Existem muitas indústrias que utilizam engrenagens helicoidais. Por exemplo, a indústria automotiva as utiliza em suas transmissões. Elas também são usadas na indústria agrícola e são frequentemente encontradas em caminhões pesados.
As engrenagens helicoidais também são conhecidas por gerar menos calor e serem mais silenciosas do que outras engrenagens. Elas também podem realizar transferências de potência paralelas entre eixos paralelos ou não paralelos.

Precisão aprimorada

Aumentar a precisão de uma caixa de engrenagens helicoidal é fundamental para seu funcionamento e confiabilidade. A precisão da caixa de engrenagens depende de diversas características. Entre as mais importantes estão o perfil e o passo. Além disso, os requisitos de potência da transmissão por engrenagens devem ser levados em consideração.
O perfil é a característica mais sensível de uma engrenagem helicoidal. Se o perfil não for simétrico, a engrenagem funcionará de forma ruidosa como uma engrenagem cilíndrica de dentes retos. Além disso, o perfil também é extremamente sensível ao avanço.
Uma caixa de engrenagens helicoidais desempenha um papel fundamental na transmissão de potência em aplicações industriais. No entanto, as severas condições de operação a tornam suscetível a uma variedade de falhas.
O desempenho de uma caixa de engrenagens helicoidais depende da precisão de cada engrenagem individual. Isso é conseguido minimizando a folga. Uma maneira comum de reduzir a folga é abordar todas as posições-alvo a partir de uma direção comum. Essa abordagem também reduz o ruído da transmissão.
A precisão de uma caixa de engrenagens helicoidal pode ser melhorada com o uso de uma caixa de engrenagens eletrônica flexível. Isso pode reduzir o grau de torção. Além disso, pode aumentar a precisão da usinagem das engrenagens.
Uma caixa de engrenagens helicoidal com redutor eletrônico pode aumentar a precisão da compensação de torção. Também pode melhorar a ligação entre os eixos B, C e Z. Além disso, o redutor eletrônico garante a relação de ligação entre os eixos Y, Z e C.
A precisão de uma caixa de engrenagens helicoidais pode ser melhorada calculando-se o erro de posicionamento do trem de engrenagens. O desvio de passo e o desvio do ângulo da hélice são dois tipos de erro de posicionamento.

Vibração reduzida

O uso de caixas de engrenagens helicoidais pode reduzir a vibração e o ruído. Essas engrenagens são utilizadas em diversas aplicações, incluindo transmissões automotivas. Além disso, são silenciosas o suficiente para operar em aplicações sensíveis ao ruído.
Utilizando o software CZPT, três projetos diferentes de carcaça de caixa de engrenagens são comparados. As dimensões externas e a massa de cada projeto são mantidas constantes, mas diferentes quantidades de reforços longitudinais e transversais são empregadas. Os modelos resultantes são então comparados aos resultados experimentais. Além disso, a resposta de vibração livre desses modelos é analisada. Os resultados são mostrados na Figura 5.
Em termos de redução de ruído, o modelo celular produz o nível de pressão sonora mais baixo. No entanto, o modelo em cruz produz o nível sonoro mais alto. O modelo celular também apresenta melhores resultados de pico a pico.
O par de engrenagens do estágio de entrada é a fonte de energia do par de engrenagens do estágio de saída. A vibração do par de engrenagens do estágio de saída também é estudada, incluindo um diagrama de fase e um diagrama no domínio da frequência. A influência do torque de acionamento e da velocidade do pinhão na vibração é estudada numericamente. A evolução temporal da força normal e da rigidez do lubrificante também é analisada.
A modificação do pinhão de entrada reduz a vibração do par de engrenagens de entrada. Essa redução é obtida pela adição de suporte de rolamento duplo ao eixo de entrada.

Editor por CX 2023-04-13