EngrenagensEngrenagensConceitoConceito

Transmitir movimento e Transmitir movimento e forçaforça entre eixos de entre eixos de

equipamento desde que seja necessário.equipamento desde que seja necessário.

Definição:Definição:

É uma ciência física,pois estuda fenômenos É uma ciência física,pois estuda fenômenos físicos. E associa-se a matemática.físicos. E associa-se a matemática.

A mecânica pode ser definida como a ciência A mecânica pode ser definida como a ciência que descreve e prediz as condições de repouso que descreve e prediz as condições de repouso ou movimento de corpos sob a ação de forças.ou movimento de corpos sob a ação de forças.

DivisõesDivisões• Mecânica de corpos rígidos: é divida em estática,cinemática e

dinâmica.

A primeira refere-se a corpos em repouso e segunda e terceira a corpos em movimento.

• Mecânica de corpos deformados: refere-se deformações de qualquer peça, equipamento ou material que apresente rupturas ou trincas, esses problemas são relativos ao esforços ou cargas que o mesmo são submetidos.Isso e

explicado em resistências do material.• Mecânica dos fluidos:é subdividida no estudo dos fluidos

incompressíveis e compressíveis.

Uma parte importante dos incompressíveis é a hidráulica, a qual se incube dos problemas que envolve força e liquido.

O que são engrenagens?O que são engrenagens?• Engrenagens são rodas com dentes padronizados

que servem para transmitir movimento e força entre dois eixos. Muitas vezes, as engrenagens são usadas para variar o número de rotações e o sentido da rotação de um eixo para o outro.

• Para produzir o movimento de rotação as rodas devem estar engrenadas. As rodas se engrenam quando os dentes de uma engrenagem se encaixam nos vãos dos dentes da outra engrenagem.

Elementos básicos das engrenagens e parâmetrosElementos básicos das engrenagens e parâmetros

• De: Diâmetro externo É o diâmetro máximo da engrenagem De = m (z + 2).• Di: Diâmetro interno É o diâmetro menor da engrenagem.• Dp: Diâmetro primitivo É o diâmetro intermediário entre De e Di. Seu cálculo exato é Dp = De -

2m.• C: Cabeça do dente É a parte do dente que fica entre Dp e De.• F: Pé do dente É a parte do dente que fica entre Dp e Di.• H: Altura do dente É a altura total do dente De/2 – Di/2 ou h = 2,166 . m• e: Espessura de dente É a distância entre os dois pontos extremos de um dente, medida à

altura do Dp.• V: Vão do dente É o espaço entre dois dentes consecutivos. Não é a mesma medida de

e.

• P: Passo Medida que corresponde a distância entre dois dentes consecutivos, medida

à altura do Dp.• Z: número de dentes

• M: módulo

Dividindo-se o Dp pelo número de dentes (z), ou o passo (P) por (π), teremos um número que se chama módulo (M). Esse número é que caracteriza a engrenagem e se constitui em sua unidade de medida.

O módulo é o número que serve de base para calcular a dimensão dos dentes.

• M: módulo M = Dp /Z M = P / π

• α : Ângulo de pressão

Os pontos de contato entre os dentes da engrenagem motora e movida estão ao longo do flanco do dente e, com o movimento das engrenagens, deslocam-se em uma linha reta, a qual forma, com a tangente comum às

duas engrenagens, um ângulo. Esse ângulo é chamado ângulo de pressão (α), e no sistema modular é utilizado normalmente com 20 ou 15º.

Montagens e alinhamentosMontagens e alinhamentos

Tipos de EngrenagensTipos de EngrenagensExistem vários tipos de engrenagem, que são escolhidos

de acordo com sua função, as mais comuns são:• Engrenagens cilíndricas• Engrenagens cilíndricas têm a forma de cilindro e

podem ter dentes retos ou helicoidais (inclinados). Observe duas engrenagens cilíndricas com

• dentes retos:

• Veja a representação de uma engrenagem com dentes helicoidais:

• Os dentes helicoidais são paralelos entre si, mas oblíquos em relação ao eixo da engrenagem. Já os dentes retos são paralelos entre si e paralelos ao eixo da engrenagem. As engrenagens cilíndricas servem para transmitir rotação entre eixos paralelos, como mostram os exemplos.

• As engrenagens cilíndricas com dentes helicoidais transmitem também rotação entre eixos reversos (não paralelos). Elas funcionam mais suavemente que as engrenagens cilíndricas com dentes retos e, por isso, o ruído é menor

Engrenagens cônicasEngrenagens cônicas• Engrenagens cônicas são aquelas que têm forma de tronco

de cone. As engrenagens cônicas podem ter dentes retos ou helicoidais. Vejamos as engrenagens cônicas:

• As engrenagens cônicas transmitem rotação entre eixos concorrentes.Eixos concorrentes são aqueles que vão se encontrar em um mesmo ponto quando prolongados.

Parafuso sem fimParafuso sem fim

• Engrenagem coroa (Sem fim-coroa): O sem fim é um parafuso acoplado com uma engrenagem coroa, geralmente do tipo helicoidal. Este tipo de engrenagem é bastante usado quando a relação de transmissão de velocidades é bastante elevada.

• Muitas engrenagens sem-fim têm uma propriedade interessante que nenhuma outra engrenagem tem: o eixo gira a engrenagem facilmente, mas a engrenagem não consegue girar o eixo. Isso se deve ao fato de que o ângulo do eixo é tão pequeno que quando a engrenagem tenta girá-lo, o atrito entre a engrenagem e o eixo não deixa que ele saia do lugar.

Essa característica é útil para máquinas como transportadores, nos quais a função de travamento pode

agir como um freio para a esteira quando o motor não estiver funcionando. Outro uso muito interessante para engrenagens sem-fim está no diferencial Torsen, que é

usado em carros e caminhões de alto desempenho.

Pinhão-CremalheiraPinhão-Cremalheira• Neste sistema, a coroa tem um diâmetro infinito,

tornando-se reta. Os dentes podem ser retos ou inclinados.

• O dimensionamento é semelhante às engrenagens cilíndricas retas ou helicoidais. Consegue-se através deste sistema transformar movimento de rotação em translação.

• Pinhão e cremalheira são usados para converter

rotação em movimento linear. Um exemplo perfeito disso é o sistema de direção de muitos carros.

• O volante gira uma engrenagem que se une à cremalheira. Conforme a engrenagem gira, ela desliza a cremalheira para a direita ou para a esquerda, dependendo do lado para o qual está virando o volante.

Observe no detalhe da foto

• Pinhão e cremalheira também são usados em algumas balanças para girar o ponteiro que indica seu peso.

TRATAMENTO TÉRMICOTRATAMENTO TÉRMICO• Cimentação• Cimentação é a introdução de carbono na superfície de um aço de baixo

teor, através de uma reação química, em temperatura superior a da zona crítica desse aço.• A cimentação visa a alteração da composição química de uma camada superficial do aço, de modo que após a têmpera e revenimento, esta

camada apresenta uma dureza mais elevada do que a do núcleo.• Em outras palavras, a cimentação em si, não endurece a superfície do aço, mas aumenta o teor de carbono dessa superfície favorecendo o endurecimento superficial após o processo de têmpera a que for

submetido,deixando o núcleo com dureza que conservam as propriedades mecânicas do aço.

• Alguns materiais que podem ser cimentados:

• SAE 1020 / SAE 8620/ SAE 5115/ SAE 4320/ SAE 5120 e similares de baixo

• carbono.

Observe o processoObserve o processo

Funções ou aplicaçõesFunções ou aplicações• As engrenagens são máquinas simples voltadas para a

redução ou para o aumento da velocidade angular da rotação, de um determinado dispositivo, ou alterar sua direção. Grosso modo, uma engrenagem é um conjunto de rodas dentadas que se acoplam de alguma maneira.

• A justificativa mais comum para a utilização das engrenagens é que nem sempre um dispositivo (uma máquina, por exemplo) tem sua velocidade adequada para funcionamento igual àquele do dispositivo que o colocou em movimento (um motor, por exemplo). Digamos que um motor, impulsionado por um conjunto de pistões, coloque um girabrequim para funcionar com uma velocidade de rotação de 1000rpm, mas a máquina que ele pretende acionar só funciona bem se acionada a 250rpm.

• Para reduzir a velocidade angular por um fator 4, basta acoplarmos as engrenagens de maneira tal que, enquanto um dá 4 voltas, a outra dê apenas uma volta. Isso se consegue fazendo com que uma das rodas tenha quatro vezes mais dentes do que a outra.

Usualmente, construímos um sistema de duas engrenagens formando um conjunto único. Pode-se, assim, transmitir a energia proporcional provida por um motor para uma máquina. Às vezes, no entanto, não é conveniente ter-se as engrenagens ligadas entre si diretamente. Nesse caso, pode-se fazer uso de correntes ou correias.

Esclarecimento funcionamentoEsclarecimento funcionamento• A engrenagem é elemento mecânico composto de 

rodas dentadas que se ligam a um eixorotativo, ao qual imprimem movimento.

• As engrenagens operam aos pares, os dentes de uma encaixando nos dentes de outra. Se os dentes de um par de engrenagens se dispõem em circulo, a razão entre as velocidades angulares e os torques do eixo será constante. Se o arranjo dos dentes não for circular, variará a razão de velocidade. A maioria das engrenagens é de forma circular.

• Para transmitir movimento uniforme e contínuo, as superfícies de contato da engrenagem devem ser cuidadosamente moldadas, de acordo com um perfil específico. Se a roda menor do par (o pinhão) está no eixo motor, o trem de engrenagem atua de maneira a reduzir a velocidade e aumentar otorque; se a roda maior está no eixo motor, o trem atua como um acelerador da velocidade e redutor do torque

variaçõesvariações Engrenagem simples.

Engrenagens cônicas

Engrenagens

helicoidais

Engrenagem CremalheiraEngrenagens de parafuso sem fim

Quando se acoplam rodas através de uma correia, os esforços que se opõem à força transmitida podem ser tais que fazem a correia deslizar. Nessas situações é conveniente 'dentear' os bordos das rodas e substituir a correia por uma 'corrente' que 'engata' perfeitamente nos dentes da engrenagem -- engrenagem por corrente -- (abaixo, direita). 

• A bicicleta, pelo seu sistema de transmissão mediante rodas dentadas e corrente, é exemplo de tal situação. Observe os sentidos de movimento nesse acoplamento por corrente; são os mesmos!

• As rodas dentadas também podem se 'engrenar', diretamente, sem a necessidade de correntes -- engrenagem direta -- (ilustração acima, esquerda). Observe os sentidos de movimento nesse acoplamento direto 'entre dentes' --- giram em sentidos opostos!Eis uma aplicação desse tipo de acoplamento entre rodas dentadas, no sarilho de engrenagens:

Engrenagens helicoidaisEngrenagens helicoidais

• Os dentes são dispostos transversalmente em forma de hélice em relação ao eixo. É usada em transmissão fixa de rotações elevadas por ser silenciosa devido a seus dentes estarem em componente axial de força que deve ser compensada por mancal ou rolamento. Serve para transmissão de eixos paralelos entre si e também para eixos que formam um ângulo qualquer entre si (normalmente 60 ou 90°).

Engrenagens cônicas.Engrenagens cônicas.

• engrenagens cônicas.• É empregada quando as árvores se

cruzam; o ângulo de interseção e geralmente 90°, podendo ser menor ou maior. Os dentes das rodas cônicas tem um formato também cônico, o que dificulta a sua fabricação, diminui a precisão e requer uma montagem precisa para o funcionamento adequado. A engrenagem cônica e usada para mudar a rotação e a direção da força, em baixas velocidades.

Engrenagens retasEngrenagens retas

• Os dentes são dispostos paralelamente entre si em relação ao eixo. É o tipo mais comum de engrenagem e o de mais baixo custo. É usada em transmissão que requer mudança de posição das engrenagem em serviço, pois é fácil de engatar. É mais empregada na transmissão de baixa rotação do que na de alta rotação , por causa do ruído que produz.

Engrenagens hipóidesEngrenagens hipóides

• As engrenagens hipóides são uma variedade de engrenagens que, ao contrário das cónicas, os seus eixos não se cruzam. São empregadas para transmitir movimento e cargas elevadas entre eixos que não se cruzam. Podem ser de diversos tipos de dentados espirais.

Engrenagem CremalheiraEngrenagem Cremalheira

• É uma barra de dentes destinada a engrenagens em que uma roda deitada. Assim pode se transformar um movimento de rotação retilínea ou vice-versa.

• As vantagens são muitas porque as engrenagens,tem baixo custo,manutenção ou troca são simples.

• São resistentes ao desgastes e a corrosão.• Seu uso na mecânica e essencial.

Calculo de EngrenagensCalculo de Engrenagens

• A razão entre o número de dentes nas rodas é diretamente proporcional à razão de torque e inversamente proporcional à razão das velocidades de rotação. Por exemplo, se a coroa (a roda maior) tem o dobro de dentes do pinhão, o torque da engrenagem é duas vezes maior que o do pinhão, ao passo que a velocidade deste é duas vezes maior que a da coroa.

• Em um par de engrenagens no qual:• z1= número de dentes da engrenagem 1• z2= número de dentes da engrenagem 2• n1= número de rotações por minuto da engrenagem 1 (

rpm)• n2= número de rotações por minuto da engrenagem 2

(rpm)• Temos a seguinte equação:

Engrenagens de parafuso sem fimEngrenagens de parafuso sem fim• Engrenagens sem-fim são usadas quando grandes

reduções de transmissão são necessárias. Esse tipo de engrenagem costuma ter reduções de 20:1, chegando até a números maiores do que 300:1. Muitas engrenagens sem-fim têm uma propriedade interessante que nenhuma outra engrenagem tem: o eixo gira a engrenagem facilmente, mas a engrenagem não consegue girar o eixo. Isso se deve ao fato de que o ângulo do eixo é tão pequeno que quando a engrenagem tenta girá-lo, o atrito entre a engrenagem e o eixo não deixa que ele saia do lugar. Essa característica é útil para máquinas como transportadores, nos quais a função de travamento pode agir como um freio para a esteira quando o motor não estiver funcionando.

Manutenção e defeitos comuns.Manutenção e defeitos comuns.• Esse elemento de máquina exige uma atenção particular para o bom

funcionamento dos sistemas.

Os conjuntos engrenados exigem os seguintes cuidados:· Reversões de rotação e partidas bruscas sob carga devem ser evitadas.· A lubrificação deve eliminar a possibilidade de trabalho a seco.· A lubrificação deve atingir toda a superfície dos dentes.

· A lubrificação deve ser mantida no nível. O excesso de óleo provoca o efeitode turbina que, por sua vez, produz superaquecimento.· Usar óleo lubrificante correto.· A pré-carga dos rolamentos ou a folga dos mancais devem ser mantidasdentro dos limites recomendados. Essa medida evitará o desalinhamentodos eixos. Eixos desalinhados provocam o aparecimento de carga no cantodos dentes e suas possíveis quebras.· O desgaste dos eixos e dos entalhes dos dentes das engrenagens não deveexceder os limites de ajuste. Se esses limites forem excedidos, ocorrerãobatidas devido ao atraso, recalcando os entalhes. Ocorrerá desalinhamento,além de efeitos nocivos sobre os flancos dos dentes da engrenagem.· Depósitos sólidos, do fundo da caixa de engrenagens, devem ser removidosantes de entrar em circulação.

• Desgaste por interferência

• É provocado por um contato inadequado entre engrenagens, em que a carga

• total está concentrada sobre o flanco impulsor, e a ponta do dente da engrenagem

• impulsionada.

Desgaste abrasivoÉ provocado pela presença de impurezas ou corpos estranhos que seinterpõem entre as faces de contato. As impurezas ou corpos estranhos podemestar localizados no óleo usado nas engrenagens.

• Quebra por fadiga

• Começa geralmente com uma trinca do lado da carga, num ponto de• concentração de tensões próximo da base do dente, e termina com quebra

total• no sentido longitudinal ou diagonal, para cima. • O desalinhamento na montagem ou em serviço pode favorecer o

surgimento de trincas.

• Quebra por sobrecarga• Resulta de sobrecarga estática, choques ou problemas de

tratamentos• térmicos. Geralmente, do lado da compressão do dente surge uma

lombada• cuja altura diminui de acordo com o tempo que o dente leva para se

quebrar.• É interessante salientar que a trinca em um dente sobrecarregado

não mostra• sinais de progresso.• A sobrecarga pode, também, ser causada pela penetração de um

corpo• estranho entre os dentes, ou pelo desalinhamento devido ao

desgaste ou folga• excessiva nos mancais.

Trincas superficiaisOcorrem nas engrenagens cementadas e caracterizam-se por cisalhamentodo material. São causadas pelo emperramento momentâneo e deslizamentoconseqüente. Emperramento e deslizamento são provocados por vibrações,excesso de carga ou lubrificação deficiente. As trincas superficiais, se nãosofrerem progressão, não causam maiores problemas.

Desgaste por sobrecargaÉ caracterizado pela perda de material sem a presença de abrasivos no óleo.Ocorre geralmente em velocidades baixas e com cargas muito altas.

• Lascamento• Os dentes temperados soltam lascas, devido a falhas abaixo da superfície

• originadas durante o tratamento térmico. Essas lascas podem cobrir uma área

• considerável do dente, como se fosse uma só mancha.

Laminação ou cilindramentoÉ caracterizada pela deformação do perfil do dente. Essa deformaçãopode se apresentar como arredondamentos ou saliências nas arestas dos dentes.Essas saliências são mais altas de um lado que do outro

• A laminação ou cilindramento também pode apresentar-se como depressão

• no flanco da engrenagem motora e uma lombada próxima da linha do diâmetro

• primitivo da engrenagem movida. É causada pelo impacto sofrido pela engrenagem,

• devido à ação de rolar e deslizar sob carga pesada.

Sintomas mais comuns de defeitos em engrenagens

Baseado em alguns sintomas simples de serem observados, o operador damáquina ou equipamento poderá fazer ou solicitar uma manutenção preventiva,evitando, assim, a manutenção corretiva.Os sintomas mais simples ou comuns de defeitos em engrenagens sãoos seguintes:

UivoNormalmente aparece nas rotações muito altas e quando não existe folgasuficiente entre as engrenagens ou quando elas estão desalinhadas, com excentricidadeou ovalização.

TinidoPode ser provocado por alguma saliência nos dentes, por alguma batidaou pela passagem de um corpo duro e estranho entre os dentes.

MatraqueamentoÉ causado pela folga excessiva entre os dentes (distância entre centros)ou, às vezes, pelo desalinhamento entre duas engrenagens.

• Chiado • Normalmente ocorre em caixa de engrenagens quando a expansão térmica• dos eixos e componentes elimina a folga nos mancais ou nos encostos.

• Limalha no óleo• Se aparecer em pequena quantidade durante as primeiras 50 horas de• serviço, trata-se, provavelmente, de amaciamento. Caso a limalha continue• aparecendo após o amaciamento, significa a ocorrência de algum dano que pode• ser provocado por uma engrenagem nova no meio das velhas ou, então, emprego• de material inadequado na construção das engrenagens.

• Superaquecimento• Pode ser causado por sobrecarga, excesso de velocidade, defeito de refrigera• ção ou de lubrificação. Se a circulação do óleo estiver excessiva, pode, ainda,• ocorrer o fenômeno da freagem hidráulica com perda de potência do sistema.• Os desalinhamentos e folga insuficiente entre os dentes também geram

superaquecimento.• Vibração

• Pode ser causada por empenamento dos eixos ou por falta de balanceamento• dinâmico nas engrenagens de alta rotação ou, ainda, por desgaste desigual nas

• engrenagens.• A vibração pode ser causada, também, pelos seguintes fatores: erro de• fabricação; mau nivelamento da máquina no piso; fundação defeituosa; sobrecarga• com torção dos eixos e perda de ajuste dos mancais.

• Montagem e desmontagem de engrenagens em conjuntos mecânicos

• Os seguintes cuidados deverão ser observados para se obter um melhor aproveitamento e um melhor desempenho das engrenagens em conjuntos

mecânicos:

• · Antes de começar a retirar as engrenagens, verificar como estão fixadas no eixo e se estão montadas com interferência ou não.

• ·Não usar martelo para retirar as engrenagens do eixo para evitar danos aos dentes. Utilizar um saca-polias ou uma prensa hidráulica. Se não se dispuser de um saca-polias ou de uma prensa hidráulica, bater cuidadoas-mente com um tarugo de material metálico macio.

• · Caso o conjunto mecânico não possua catálogo ou manual, verificar a posição ocupada pela engrenagem na montagem, fazendo marcações ou croqui.Isso evitará erros quando o conjunto tiver de ser montado novamente .

• As engrenagens devem sempre ser acondicionadas na vertical e não empilhadas umas sobre as outras. Essa medida evitará danos aos dentes. Na montagem deve ser observada a posição original de cada elemento.

• · Evitar pancadas quando estiver montando, para não danificar os dentes das

• engrenagens.• · Fazer uma pré-lubrificação nas engrenagens

durante a montagem.• Essa medida evitará danos posteriores às

engrenagens, que só receberão• lubrificação total depois de um certo tempo de

funcionamento.• Fazer um acompanhamento nas primeiras 50 horas

de trabalho para verificar• o funcionamento e amaciamento das engrenagens

novas.

OrganizaçãoOrganização• · Aplicar o programa dos oito S:

• 1. Seiri = organização; implica eliminar o supérfluo.• 2. Seiton = arrumação; implica identificar e colocar tudo em ordem .• 3. Seiso = limpeza; implica limpar sempre e não sujar.• 4. Seiketsu = padronização; implica manter a arrumação, limpeza e ordem• em tudo.• 5. Shitsuke = disciplina; implica a autodisciplina para fazer tudo

espontaneamente.• 6. Shido = treinar; implica a busca constante de capacitação pessoal.• 7. Seison = eliminar as perdas.• 8. Shikari yaro = realizar com determinação e união.• · Eliminar as seis grandes perdas:• 1. Perdas por quebra.• 2. Perdas por demora na troca de ferramentas e regulagem.• 3. Perdas por operação em vazio (espera).• 4. Perdas por redução da velocidade em relação ao padrão normal.• 5. Perdas por defeitos de produção.• 6. Perdas por queda de rendimento.• · Aplicar as cinco medidas para obtenção da “quebra zero”:• 1. Estruturação das condições básicas.• 2. Obediência às condições de uso.• 3. Regeneração do envelhecimento.• 4. Sanar as falhas do projeto (terotecnologia).• 5. Incrementar a capacitação técnica.

Roscas de transmissão.Roscas de transmissão.• O automóvel esta com o pneu furado.Para troca-lo o motorista

necessita de um macaco mecânico que suspenda o veiculo.

Rosca com perfil quadrado.Rosca com perfil quadrado.

Rosca com perfil trapezoidalRosca com perfil trapezoidal

Rosca com perfil mistoRosca com perfil misto

Conjunto de rosca de transmissão

MaterialMaterial

Engrenagens SegmentadasSão constituídas de trechos de algum tipo de engrenagem, feitas para aplicaçõesespecíficas onde o curso do movimento é normalmente limitado.

cremalheira

pinhão

conjunto pinhão e cremalheira em material plástico

Engrenagens segmentadas

• A chave para tubos, também conhecida pelo nome de “Heavy-Duty”, é semelhante à chave para canos, porém mais pesada. Presta-se a serviços pesados.

Espero que todos façam um bom Espero que todos façam um bom uso das informações que foi uso das informações que foi

passada é simples mas bastante passada é simples mas bastante necessária para realizar um bom necessária para realizar um bom

trabalho.trabalho.Fim.Fim.