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Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

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Engrenagens

Prof. Marcelo Braga dos SantosFaculdade de Engenharia MecânicaUniversidade Federal de Uberlândia

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Tipos

Engrenagem Cilindrica de Dentes RetosEngrenagem Cilindrica de Dentes Helicoidais

Page 3: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Tipos

Engrenagens Cônicas Parafuso Sem fim e Coroa

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Nomenclatura

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Nomenclatura• Diametral Pitch- É a razão entre o número de dentes da engrenagem e

o diâmetro primitivo.

• Módulo- É a razão entre o diâmetro primitivo e o número de dentes.

Ambos os termos definem um número padrão as engrenagens, isto è, somente

engrenagens que possuem o mesmo número poderão engrenar.

Sistema Inglês P-Diametral Pitch

Sistema Internacional m-módulo

NP

dd

mNd

pN

pP

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Nomenclatura

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Ação Conjugada• O contato ocorre sempre no

ponto onde as superfícies são tangentes.

• A linha “ab” è chamada de linha de ação da força.

• A intersecção entre a linha de centros “AB” e a linha “ab” define o ponto tangente dos circulos primitivos das engrenagens.

• A relação de transmissão de velocidade será constante somente se o ponto “P” se mantiver fixo sobre a linha de centros.

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Perfil de Dentes

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Perfil de Dentes

1. Dividir o circulo base em ângulos iguais.

2. Traçar retas perpendiculares aos raios nos pontos “A”

3. Traçar um arco com centro em Ai e raio AiAi-1 determinando os pontos B quando estes interseptam as linhas perpendiculares.

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Relações Fundamentais

1 1 2 2pV r r 1 2

2 1

r

r

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Relações Fundamentais20

ângulo de pressão 25

14.5

o

o

o

1 1.25a b

P P

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Engrenagens

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Engrenagens

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Engrenagens

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Engrenagens

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Razão de Contato

• Início do contato entre dois dentes.• Fim do contato entre dois dentes.

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Razão de Contato

cos

t a r

t abc

q q q

q Lm

p p

1 mais de um par de dentes em contato

1 um par de dentes em contato cm

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Interferência

• A cabeça do dente de uma engrenagem toca a raiz do dente de utra engrenagem.

• Provoca desgaste dos dentes.

• Em engrenagens geradas pelo processo de fresagem não há interferência porém pode-se gerar enfraquecimento dos dentes.

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Interferência

• O número mínimo de dentes é definido como:

22

21 1 3sin

3sinp

kN

• K=1 para dentes completos• K=0.8 para dentes com altura

reduzida

2 22

21 2 sin

1 2 sinp

kN m m m

m

Para sistema métrico

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Interferência

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Interferência

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Interferência

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Fabricação

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Fabricação

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Fabricação

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Fabricação

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Fabricação

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Fabricação

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Fabricação

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Fabricação

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Fabricação

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Engrenagens Cônica

tan

tan

P

G

G

P

N

N

N

N

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Engrenagens Cilindricas de Dentes Helicoidais

A engrenagem de dentes helicoidais causa carregamentos axiais, exceção é feita as engrenagens tipo espinha de peixe.

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Engrenagens Cilindricas de Dentes Helicoidais

1

22

2 22

2 2 2 2

max 2

cos

tan

cos

tancos

tan

tantan

cos

2 cos1 1 3sin menor de dentes

3sin

2 cos1 2 sin

1 2 sin

sin 4 cos

4 cos 2 sin

n t

tx

tn

n

t

nt

P tt

P tt

p tG

p t

p p

pp

Pp

kN

kN m m m

m

N kN

k N

Page 35: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Engrenagens Cilindricas de Dentes Helicoidais

Page 36: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Engrenagens Tipo Parafuso Sem-Fim e Coroa

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Engrenagens Tipo Parafuso Sem-Fim e Coroa

0.875 0.875

3 1.7

tan

G tG

W

x W

W

N pd

C Cd

L p N

L

d

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Sistema de Dentes

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Sistema de Dentes

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Sistema de Dentes

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Sistema de Dentes

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Sugestão de Uso de Rolamentos

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Trens de Engrenagens

2 3 56 2

3 4 6

N N N

N N N

2

produto do n de dentes das eng. motoras

produto do n de dentes das eng. movidas

o

oe

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Trens de Engrenagens

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Planetários

5 3

2 3

rotação da eng. solar

rotação da eng. planeta mais externa

rotação do braço

F

L AL

F AA

L

F

nn n n n

e nn n n n

n

e

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Análise de Forças

Page 47: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Análise de Forças

32

2/ 2

/12

33000

60000

tt

t

t

t

t

W F

dT W

H T W d

V d

HW

VH

Wd

Page 48: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Análise de Forças

tan cos

tan sin

tav

r t

a t

TW

r

W W

W W

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Análise de Forças

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Análise de Forças

Page 51: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Análise de Forças

sin

cos cos

cos sin

tan

tan

cos cos

r n

t n

a n

r t t

a t

t

n

W W

W W

W W

W W

W W

WW

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Análise de Forças

Page 53: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Análise de Forças

xWt Ga

yWr Gr

zWa Gt

W W W

W W W

W W W

cos sin cos

sin

cos cos sin

xn

yn

zn

W W

W W

W W

sin cos cos

cos sin cos

sin cos cos

s/ atritocos tan

cos cot c/ atrito

Gtf

n

nWt Gt

n

wtn

n wt

WW W

W W

W

W

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Análise de Forças

Page 55: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Análise de Forças

Velocidades Rendimento

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Análise de Forças

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Projeto de Engrenagens• Modos de falha:

– Fadiga por flexão: Ocorre por repetição da flexão do dente em torno de sua raiz. O dente é considerado como uma viga engastada e livre.

– Fadiga por contato: Ocorre por repetição do contato entre os dentes. Desde que as tensões máximas ocorrem abaixo da superfície do dente, este tipo de falha forma pequenas crateras no superfície do dente (Pitting).

• Normas internacionais: AGMA, DIN, ABNT, etc.

• Cálculos baseados em gráficos e tabelas normatizados pelas associações técnicas citadas.

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Projeto de EngrenagensFlexão

Formulação de Lewis

Momento Fletor

Momento de Inércia /

Distância da linha neutra a fibra mais externa

MM

II c

c

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Projeto de EngrenagensFlexão

Formulação de Lewis

2/ 2

/ 2 4

t l tx

x t l Por semelhança de triângulos:

Page 60: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Projeto de EngrenagensFlexão

Formulação de Lewis

2 2 2 46

6 1 1 1

/ 6 / 4

t t tW l W W

Ft F t l F t l 2

3

circular pitch

largura da face

t pW p

FF xp

Page 61: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Projeto de EngrenagensFlexão

Formulação de Lewis

P Y yp

2

3

tW P xPY

FY

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Projeto de EngrenagensFlexão

Page 63: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Projeto de EngrenagensFator de Velocidade

• Fatores dinâmicos– Desvios do perfil envolvental– Velocidade– Deformações decorrentes do contato– Tenacidade do material da engrenagens, etc.

• O ruído no engrenamento significa que existem impactos sobre os dentes das engrenagens.

vtWK P

FY

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Projeto de EngrenagensFator de Velocidade

• Fatores dinâmicos perfil cicloidal ( Século XIX ):600

Engrenagem de FoFo obtida por fundição600

1200Perfis cortados em fresas

1200

v

v

VK

VK

• Fatores dinâmicos perfil envolvental (Século XX):

50 Engrenagem obtida por processo de corte em fresa

50

78Perfil retificado

78

v

v

VK

VK

Sistema Inglês de Unidades

Page 65: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Projeto de EngrenagensFadiga Superficial

Raio de curvatura do dente Raio do cilindro

Largura do dente Comprimento do cilindro

tW

tW

Page 66: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Projeto de EngrenagensFadiga Superficial

• Teoria de Hertz para contato entre cilindros:

max

122 2

1 1 2 2

max1 2

2Força de contato nos cilindros

comprimento dos cilindros 1 12

Pressão máxima nas superfícies1 1

Fp

Fbl

lE EF

pbl d d

Page 67: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Projeto de EngrenagensFadiga Superficial

• Aplicação da teoria de Hertz em engrenagens:

11 22

2 21 1 2 2

2

1

2

2 2

1

2

1 2

sin1/ 1/ 2

cos sin1 / 1 /2

1

1 1

1 1

cos

pt

C

G

p

p G

P G

tv

c p

drr rW

F dE E r

C

E E

K WC

F r r

Page 68: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Projetos de EngrenagensEquações de Tensão de Flexão da Norma AGMA

0

0

0

(Imperial Units)

1 (Unidades Métricas)

força tangêncial

fator de sobrecarga

fator de velocidade ou fator dinâmico

fator de tamanho

diametra

t d m Bv s

t H Bv s

t J

t

v

S

d

P K KW K K K

F JK K

W K K Kbm Y

W

K

K

K

P

l pitch transversal

largura da face

fator distribuição de carga

fator de espessura do anel

fator geométrico (inclui a concentração de tensão na raiz)

módulo

m H

B

J

t

F b

K K

K

J Y

m

Page 69: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Projetos de Engrenagens Equações de Tensão de Flexão da Norma AGMA

• Os fatores da equação consideram:– Amplitude do carregamento– Efeito dinâmicos que resultam no aumento da

amplitude do carregamento– Sobrecarga– Tamanho– Geometria: passo e largura da face– Suporte do dente na engrenagem– Concentração de tensão na raiz

Page 70: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Projetos de Engrenagens Equações de Tensão de Contato da Norma AGMA

0

01

2 2

(Imperial Units)

(Unidades Métricas)

fator distribuição de carga

coeficiente elástico, / /

fator de acabamento superfícia

ft mP v s

PC

t H RE v s

w I

m H

P E

f R

CKC W K K K

d F I

K ZZ W K K K

d b Z

K K

C Z lbf in N mm

C Z

1

l

diametro primitivo do pinhão

fator de geometria para o contato

P w

I

d d

I Z

Page 71: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Projetos de EngrenagensEquações de Tensão de Contato da Norma AGMA

• Os fatores da equação consideram:– Amplitude do carregamento– Efeito dinâmicos que resultam no aumento da

amplitude do carregamento– Sobrecarga– Tamanho– Geometria: passo e largura da face– Acabamento superficial

Page 72: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Projetos de EngrenagensEquações de Resistência a Flexão da Norma AGMA

Page 73: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Projetos de EngrenagensEquações de Resistência a Flexão da Norma AGMA

Page 74: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Projetos de EngrenagensEquações de Resistência a Flexão da Norma AGMA

Page 75: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Projetos de EngrenagensEquações de Resistência a Flexão da Norma AGMA

Page 76: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Projetos de EngrenagensEquações de Resistência a Flexão da Norma AGMA

Page 77: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Projetos de EngrenagensEquações de Resistência a Flexão da Norma AGMA

2 2

(Imperial Units)

(Unidades métricas)

Tensão admissível devido a flexão / /

fator de repetição para a tensão de flexão

fator d

t N

F T Rall

t N

F Z

t

N

T

S Y

S K K

S Y

S Y Y

S lbf in N mm

Y

K Y

e temperatura

fator de confiabilidade

Fator segurança da norma AGMAR z

F

K Y

S

Page 78: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Projetos de EngrenagensEquações de Resistência ao Contato da Norma AGMA

,

2 2

(Imperial Units)

(Unidades métricas)

Tensão admissível ao contato / /

fator de repetição para a tensão de contato

fator

c N H

H T Rc all

C N W

H Z

C

N

H W

S Z C

S K K

S Z Z

S Y Y

S lbf in N mm

Z

C Z

de relação de durezas

fator de temperatura

fator de confiabilidade

Fator segurança da norma AGMA

T

R z

H

K Y

K Y

S

Page 79: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Projetos de EngrenagensEquações de Resistência ao Contato da Norma AGMA

Page 80: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Projetos de EngrenagensEquações de Resistência ao Contato da Norma AGMA

Page 81: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Projetos de EngrenagensEquações de Resistência ao Contato da Norma AGMA

Page 82: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Projetos de EngrenagensEquações de Resistência ao Contato da Norma AGMA

Page 83: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Projetos de EngrenagensFator de Geometria

• O fator de geometria J è calculado pela norma AGMA 908-B89, o fator de concentração Kf foi obtido a partir da análise fotoelástica nos anos 50.

0.95N

Nf N

pYJ m

K m Z

Page 84: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Projetos de EngrenagensFator de Geometria

0

0

1

t d m Bv s

t H Bv s

Jt

P K KW K K K

FK K

W K K Kbm

J

Y

Page 85: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Projetos de EngrenagensFator de Geometria

0

0

1

t d m Bv s

t H Bv s

Jt

P K KW K K K

FK K

W K K Kbm

J

Y

Page 86: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Projetos de EngrenagensFator de Geometria

0

0

1

t d m Bv s

t H Bv s

Jt

P K KW K K K

FK K

W K K Kbm

J

Y

Page 87: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Projetos de EngrenagensFator de Geometria

0

01

ft mP v s

PC

t H RE v s

Iw

CKC W K K K

d F

K ZZ W K K K

d b

I

Z

cos sin

2 1

cos sin

2 1

t t G

N G

t t G

N G

m

m mI

m

m m

Page 88: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Projetos de EngrenagensCoeficiente Elástico

0

01

ft mv s

PC

t

P

EH R

v sw I

CKW K K K

d F I

K ZW K K KZ

d b

C

Z

Page 89: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Projetos de EngrenagensCoeficiente Elástico

0

01

ft mv s

PC

t

P

EH R

v sw I

CKW K K K

d F I

K ZW K K KZ

d b

C

Z

1

2

2 2

1

1 1p

p G

P G

C

E E

Page 90: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Projetos de EngrenagensFator de Velocidade

• Imperfeições dos dentes das engrenagens durante a fabricação:– Espaço entre os dentes.– Perfil dos dentes.– Rugosidade.

• Vibração dos dentes.• Amplitude da velocidade sobre o diâmetro primitivo.• Desbalanceamento.• Desgaste e deformações plásticas.• Atrito entre os dentes.

Page 91: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Projetos de EngrenagensFator de Velocidade

vK

2/3

[ / min]

200[ / ]

50 56 1

0.25 12

B

v B

v

A VV ft

AK

A VV m s

A

A B

B Q

2

max 2

3 / min

3 200 /

v

t

v

A Q ftV

A Q m s

Page 92: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Projetos de EngrenagensFator de Sobrecarga

vK

Page 93: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Projetos de EngrenagensFator de Sobrecarga

vK

Page 94: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Projetos de EngrenagensFator de Acabamento da Superfície

• A norma AGMA ainda não definiu um valor ou uma

equação para o calculo do valor.

• Uma regra, “bom senso”, seria considerar quanto mais

rugoso maior o valor deste fator.

• Este fator representaria a redução da área real de

contato em relação a área aparente dentre outros

fatores.

Page 95: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Projetos de EngrenagensFator distribuição de carga

• Montagem da engrenagem

• Deformações do eixo e da engrenagem

• Largura da face

• Relação largura da face e diâmetro primitivo.

1m mc pf pm ma eK C C C C C

Page 96: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Projetos de EngrenagensFator distribuição de carga

1m pf pmmc ma eK C CC C C

1 Dentes não coroados

0.8 Dentes coroados mcC

Page 97: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Projetos de EngrenagensFator distribuição de carga

1 pfm mc pm ma eK C C C CC

2

0.025 110

0.0375 0.0125 1 1710

0.1109 0.0207 0.000228 17 4010

0.05 0.0510

pf

FF in

dF

F F indC

FF F F

dF

d

Page 98: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Projetos de EngrenagensFator distribuição de carga

1m mc pf pm ma eK C C C CC

1

1

1 / 0.175

1.1 / 0.175pm

S SC

S S

Page 99: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Projetos de EngrenagensFator distribuição de carga

1m mc pf pm emaK C C CCC

2maC A BF CF

Page 100: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Projetos de EngrenagensFator distribuição de carga

1m mc pf pm emaK C C CCC

Page 101: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Projetos de EngrenagensFator distribuição de carga

1m mc pf pm emaK C CC C C

0.8 para engrenagens montadas e ajustadas no local

1 para outros casos eC

Page 102: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Projetos de EngrenagensFator de Relação de Dureza

3 3

1.0 ' 1.0 relação de transmissão

8.98 10 8.29 10 1.2 1.7

' 0 1.2

0.00698 1.7

H G G

BP BP

BG BG

BP

BG

BP

BG

C A m m

H H

H H

HA

H

H

H

,

(Imperial Units)

(Unidades métricas)

c N

H T Rc all

C N

H Z

H

W

S Z

S K K

S Z

S

C

Z

Y Y

Page 103: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Projetos de EngrenagensFator de Relação de Dureza

Page 104: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Projetos de EngrenagensFator de Relação de Dureza

Page 105: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Projetos de EngrenagensFator para o número de ciclos

t

F T Rall

t

N

N

F Z

S

S K K

S

S Y

Y

Y

Y

Page 106: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Projetos de EngrenagensFator para o número de ciclos

,

c H

H

N

T Rc all

C W

H Z

N

S C

S K K

S Z

S Y Y

Z

Z

Page 107: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Projetos de EngrenagensFator de confiabilidade

,

c N H

H RTc all

C N W

ZH

S Z C

S K

S Z Z

S Y

K

Y

t N

F Tall

t N

R

F Z

S Y

S K

Y

K

S Y

S Y

0.658 0.0759ln 1 0.5 0.99

0.5 0.109ln 1 0.99 0.9999R

R RK

R R

Page 108: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Projetos de EngrenagensFator Temperatura

• A temperatura limite é dada pelo óleo que se degenera

quando aquecido. Em geral os óleos possuem ponto de

fulgor próximo à 150 OC. A norma AGMA recomenda que

os redutores quando trabalharem abaixo de 120 OC

utilizem este fator igual à 1.

Page 109: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Projetos de EngrenagensFator de Espessura do Anel

2.2421.6 ln 1.2

1 1.2

RB

t

BBB

B

tm

h

mmK

m

Page 110: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Projetos de EngrenagensResumo

Page 111: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Projeto de Engrenagens

• Decisões Iniciais do Projeto:

– Carregamento, velocidade, confiabilidade, vida desejada e fator de sobrecarga.

– Fator de segurança: Quanto maior a incerteza do projeto maior deve ser este.

– Sistema de dentes: ângulo de pressão e ângulo de helice.

– Relação de transmissão, números de dentes da coroa e do pinhão.

• Variáveis de projeto:

– Qualidade (Qv).

– Módulo (diametral pitch).

– Largura da face.

– Material do pinhão, dureza do núcleo e superficial.

– Material da coroa, dureza do núcleo e superficial.

Page 112: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Projeto de EngrenagensSugestão de procedimento de cálculo

1. Escolha o módulo (diametral pitch).2. Examine as implicações na largura da face, nos

diâmetros primitivos, nas propriedades dos materiais e se não for factível altere o valor.

3. Escolha o material do pinhão definindo as durezas do núcleo e da superficie.

4. Repita o passo 3 para a coroa.5. Repita os passos anteriores até que a variáveis

de projeto não se alterem mais.

Page 113: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Projeto de EngrenagensSugestão de procedimento de cálculo

• Critério de flexão do pinhão:– Selecione um valor inicial de F=4π/P– Encontre as tensões limites– Encontre o material e as durezas necessárias para atender as tensões limites– Ajuste o valor da largura da face caso necessário– Verifique o coeficiente de segurança

• Critério de flexão da coroa:– Encontre as tensões limites– Encontre o material e as durezas necessárias para atender as tensões limites– Ajuste o valor da largura da face caso necessário– Verifique o coeficiente de segurança

• Critério de desgaste do pinhão:– Encontre as tensões limites– Encontre o material e as durezas necessárias para atender as tensões limites– Ajuste o valor da largura da face caso necessário– Verifique o coeficiente de segurança

• Critério de desgaste do coroa:– Encontre as tensões limites– Encontre o material e as durezas necessárias para atender as tensões limites– Ajuste o valor da largura da face caso necessário– Verifique o coeficiente de segurança

Page 114: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Engrenagens CônicasProjeto

Page 115: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Engrenagens CônicasProjeto

Page 116: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Engrenagens CônicasProjeto

Page 117: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Engrenagens CônicasProjeto

Page 118: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Engrenagens CônicasProjeto

Page 119: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Engrenagens CônicasProjeto

Page 120: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Engrenagens CônicasProjeto

Page 121: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Engrenagens CônicasProjeto

1/2

1/2

Imperial Units

1000Sistema Internacional

t

C P O v m s xcp

t

H E A v H X XCI

WC K K K C C

Fd I

WZ K K K Z Z

bdZ

Imperial Units

1000Sistema Internacional

tm s

t d O vx

tx HA v

Het J

K KWP K K

F K J

Y KK KW

b m Y Y

Tensão de Contato

Tensão de flexão

Page 122: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Engrenagens CônicasProjeto

Imperial Units

Sistema Internacional

ac L HC all

H T R

H NT WHP

H Z

s C C

S K C

Z Z

S K Z

Imperial Units

Sistema Internacional

at Lwt

F T R

FLIM NTFP

F Z

s KS

S K K

Y

S K Y

Limite de resistência ao contato

Limite de resistência a flexão

Page 123: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Engrenagens CônicasFator de Sobrecarga

1/2

1/2

Imperial Units

1000Sistema Internacional

t

C P v m s xcp

t

H E v H X XCI

O

A

K

K

WC K K C C

Fd I

WZ K K Z Z

bdZ

Page 124: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Engrenagens CônicasFator de Sobrecarga

1/2

1/21000

t

C P O m s xcp

t

H E A H X X

v

CI

v

WC K K C C

Fd I

WZ K K Z Z

bdZ

K

K

1000

tm s

t d Ox

tx HA

Het J

v

v

K KWP K

F K J

Y KKW

Y

K

b

K

m Y

Page 125: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Engrenagens CônicasFator de Sobrecarga

1/2

1/21000

t

C P O m s xcp

t

H E A H X X

v

CI

v

WC K K C C

Fd I

WZ K K Z Z

bdZ

K

K

2/3

Imperial Units

200Sistema Internacional

50 56 1

0.25 12

B

tv

B

etv

v

A vK

A

A vK

A

A B

B Q

2

max

2

max

3

200 3

200

t v

vte

v A Q

Qv

1000

tm s

t d Ox

tx HA

Het J

v

v

K KWP K

F K J

Y KKW

Y

K

b

K

m Y

Page 126: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Engrenagens CônicasFator de Tamanho para Resistência ao Contato

1/2

1/21000

t

C P O v m xcp

t

H E A v H XCI

s

X

WC K K K C

Fd I

WZ K K K Z

bdZ

C

Z

3

0.5 0.5

0.125 0.4375 0.5 4.5 Imperial Units

1 4.5

0.5 12.7

4.92 10 0.4375 12.7 114.3 Sistema Internacional

1 114.3

S

X

F in

C F F in

F in

b mm

Z b b mm

b mm

1000

tm s

t d O vx

tx HA v

Het J

K KWP K K

F K J

Y KK KW

b m Y Y

Page 127: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Engrenagens CônicasFator de Distribuição de Carga

1/2

1/21000

t

C P O v m s xcp

t

H E A v H X XCI

WC K K K C C

Fd I

WZ K K K Z Z

bdZ

2

6 2

0.0036 Imperial Units

5.6 10 Sistema Internacional

1.00 Ambas engrenagens bi-apoiadas

1.10 Uma engrenagem em balanço

1.25 Ambas engrenagens em balanço

m mb

H mb

mb

K K F

K K b

K

1000

ts

tm

H

d O vx

txA v

Het J

KWP K K

F K J

YK KW

b m Y Y

K

K

Page 128: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Engrenagens CônicasFator de Coroamento

1/2

1/21000

t

C P O v m sp

t

H

x

E A v H XI

c

XC

WC K K K C

Fd I

WZ K K K Z

b

C

ZdZ

1.5 dente coroado adequadamente

2.0 dente não coroado xc xcC Z

1000

tm s

t d O vx

tx HA v

Het J

K KWP K K

F K J

Y KK KW

b m Y Y

Page 129: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Engrenagens CônicasFator de Geometria para o Contato

1/2

1/21000

t

C P O v m s xcp

t

H E A v H X CI

X

WC K K K C C

Fd

WZ K K K Z Z

bd

I

Z

Page 130: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Engrenagens CônicasFator de Geometria para a Flexão

1000

tm s

t d O vx

tx HA v

HJet

K KWP K K

F K

Y KK KW

b m

J

Y Y

Page 131: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Engrenagens CônicasFator para Número de Ciclos de Carregamento

3 4

0.0602 4 10

2 3

0.1182 3 6

0.0323 6 10

2 10 10

3.4822 10 10

2.7 10 10

6.1514 10 3 10

1.6831 3 10 10 caso geral

LL NT

L L

L

L L

L NT

L L

NC Z

N N

N

N NK Y

N N

0.0323 6 101.3558 3 10 10 situações críticasL LN N

ac HC all

H T R

H WHP

L

N

H Z

T

s C

S K C

Z

S K Z

C

Z

atwt

F T R

FLIMF

L

F Z

NTP

s K

Y

SS K K

S K Y

Page 132: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Engrenagens CônicasFator para Número de Ciclos de Carregamento

ac H H WC HPall

H T R

L

H Z

NTC Zs C Z

S K C S K Z

Page 133: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Engrenagens CônicasFator para Número de Ciclos de Carregamento

at FLIMwt FP

F T R F

L NT

Z

K YsS

S K K S K Y

Page 134: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Engrenagens CônicasFator para Relação de Durezas

1

3 31

1 / 1

8.9810 / 8.2910

H W

BP BG

C Z B N n

B H H

ac L H NTC HPall

H T R

H

H Z

Ws C Z

S K C S K Z

C Z

2

4

2 4

1

2

1 450

7.510 exp 0.0122 Imperial units

7.510 exp 0.52 Sistema Internacional

Rugosidade superficial do pinhão

Menor dureza Brinell

H W BG

P

P P

P a

BG B

C Z B H

fB

f

f R

H H

1.2 / 1.7PB BGH H

48 e 180 400PB BH HRC H

Page 135: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Engrenagens CônicasFator para Relação de Durezas

ac L H NTC HPall

H T R

H

H Z

Ws C Z

S K C S K Z

C Z

Page 136: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Engrenagens CônicasFator para Relação de Durezas

ac L H NTC HPall

H T R

H

H Z

Ws C Z

S K C S K Z

C Z

Page 137: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Engrenagens CônicasFator para Temperatura

1 32 250

460 / 710 250

1 0 120

273 / 392 120

o o

T o

o o

o

F t FK

t t F

C CK

C

ac L HC all

H R

H NT WHP

H Z

T

s C C

S C

Z

S ZK

Z

K

at Lwt

F R

FLIM NTF

T

PF Z

s KS

S K

Y

S Y

K

K

Page 138: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Engrenagens CônicasFator de Confiabilidade

2 2 0.5 0.25log 1 0.99 0.999

0.7 0.15log 1 0.90 0.99Z Z R R

R RY Z K C

R R

Page 139: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Engrenagens CônicasTensões Admissíveis

Page 140: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Engrenagens CônicasTensões Admissíveis

Page 141: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Engrenagens CônicasTensões Admissíveis

Page 142: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Engrenagens CônicasTensões Admissíveis

Page 143: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Engrenagens CônicasTensões Admissíveis

Page 144: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Engrenagens CônicasResumo

Page 145: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Engrenagens CônicasResumo

• Decisões iniciais:– Função– Fator de segurança– Sistema de dentes– Número de dentes

• Variáveis de projeto– Passo e largura da face– Fator de qualidade– Materiais e durezas para o pinhão e a coroa.

0

0

min 0.3 ,10 /

2sin 2sinGP

F A Pd

ddA

Sugestão para escolha da largura da Face

Page 146: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Parafuso Sem-Fim e Coroa

0.875 0.875

3 1.6

P G

C Cd

Page 147: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Parafuso Sem-Fim e Coroa

0.8

fator relativo ao material

diametro da engrenagem

largura de face efetiva (não exceder 0.67 )

fator de correção para a relação de transmissão

fator de correção para a v

ts m e m vall

s

m

e m

m

v

W C D F C C

C

D

F d

C

C

elocidade

cos cos

coeficiente de atrito

ângulo de avanço do parafuso sem fim

ângulo de pressão normal

t

fn

n

fWW

f

12cosw m

s

dV

2

tm

G

W DT

Força tangencial Velocidade de escorregamento

Força atrito Torque no parafuso sem fim

Page 148: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Parafuso Sem-Fim e CoroaFator de Material

Engrenagens fundidas em caixa de areia

1000 3, 2.5

1412 456log 3, 2.5

Engrenagens fundidas

1000 3, 8

1412 456log 3, 8

Engrenagens fundidas por centrifugação

1000 3,

GS

G G

GS

G G

GS

C d inC

d C d in

C d inC

d C d in

C dC

25

1251 180log 3, 25G G

in

d C d in

Page 149: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Parafuso Sem-Fim e Coroa

2

2

0.571

Fator para relação de velocidades

46 0.02 40 76 3 20

0.0107 56 5145 20 76

1.1483 0.00568 76

Fator de velocidade

0.659exp 0.0011 700 / min

13.31 700 3000 / min

6

G G G

m G G G

G G

s s

V s s

m m m

C m m m

m m

V V ft

C V V ft

0.774

0.645

0.450

5.52 3000 / min

Coeficiente de atrito

0.15 0

0.124exp 0.074 0 10 / min

0.124exp 0.110 0.012 10 / min

s s

s

s s

s s

V V ft

V

f V V ft

V V ft

Page 150: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Parafuso Sem-Fim e CoroaGeometria

Page 151: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Parafuso Sem-Fim e CoroaGeometria

Page 152: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Parafuso Sem-Fim e CoroaEficiência

Com atrito Sem atrito

Page 153: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Parafuso Sem-Fim e CoroaEficiência

Page 154: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Parafuso Sem-Fim e CoroaProjeto

• Decisões iniciais:

– Potência, velocidade e relação de transmissão

– Fator de projeto ou de segurança

– Sistema de dentes

– Materiais e processos de fabricação

• Variáveis de projeto:

– Número de entradas do parafuso sem fim: Nw

– Passo axial do parafuso: px

– Diâmetro primitivo do parafuso: dw

– Largura da face da coroa: FG

– Sistema de troca de calor

Page 155: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Parafuso Sem Fim com mais de uma Entrada

Page 156: Engrenagens Prof. Marcelo Braga dos Santos Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Uberlândia

Parafuso Sem Fim com mais de uma Entrada