Peças mecânicas essenciais: Um guia completo
Tem curiosidade em conhecer as forças invisíveis que mantêm o nosso mundo a funcionar corretamente? As peças mecânicas desempenham um papel crucial na...
I. Visão geral
As rodas dentadas podem ser fabricadas utilizando vários métodos e materiais. O método de fabrico e o material devem ser escolhidos com base na precisão necessária do perfil do dente e na rugosidade da superfície, combinados com outros processos, como o tratamento térmico, para obter a potência de transporte, a velocidade de funcionamento e a vida útil necessárias da roda dentada.
Com base no contacto e funcionamento com a corrente, as rodas dentadas são classificadas principalmente em duas categorias - precisão e semi-precisão. Estas categorias podem ainda ser subdivididas por material e método de fabrico, sendo que outros factores de classificação incluem a relação custo-eficácia e os requisitos de precisão das rodas dentadas para as correntes a que estão associadas.
As correntes de rolos e as rodas dentadas são geralmente fabricadas em aço ou ferro fundido com dentes maquinados e as superfícies de trabalho dos dentes requerem normalmente uma maquinagem muito precisa. As rodas dentadas de aço para engenharia são geralmente feitas de aço ou ferro fundido com dentes cortados a fogo ou fundidos.
As rodas dentadas de topo plano podem ser feitas de aço, ferro fundido ou plástico. As rodas dentadas de aço ou ferro fundido são normalmente maquinadas, enquanto as rodas dentadas de plástico são frequentemente moldadas. Estes são casos gerais. As excepções não são raras, especialmente nas rodas dentadas de correntes de aço de engenharia. No entanto, independentemente da forma como os dentes são processados, o aspeto mais importante é que os designs da corrente e da roda dentada sejam compatíveis para trabalharem em conjunto.
As rodas dentadas de dentes maquinados funcionam mais suavemente e com menos ruído durante a rotação, sendo normalmente utilizadas para a transmissão a média e alta velocidade. As rodas dentadas de dentes fundidos ou cortados à chama são de baixo custo e têm vida útil suficiente para transmissão e transporte a baixa velocidade. Os fabricantes oferecem os seguintes tipos de rodas dentadas.
II. Rodas dentadas de correntes de rolos
1. Rodas dentadas de corrente de rolos de precisão de uma fila
A norma ASME B29.1 especifica os tamanhos padrão das rodas dentadas de correntes de rolos, as tolerâncias e os perfis dos dentes, que são discutidos em projectos relacionados.
Existem quatro tipos de rodas dentadas na norma ASME B29.1:
- O tipo A é uma roda dentada de chapa sem cubo.
- As rodas dentadas do tipo B têm um cubo apenas de um lado.
- As rodas dentadas do tipo C têm cubos em ambos os lados.
- As rodas dentadas do tipo D têm cubos amovíveis.
Os pinhões de corrente de rolos dos tipos A, B e C são apresentados na Figura 1; os pinhões de corrente de rolos do tipo D são apresentados na Figura 2.
A figura 3 apresenta um outro modelo de roda dentada de cubo amovível. É uma combinação de uma roda dentada com um furo cónico e um casquilho cónico dividido. Esta conceção permite a utilização de uma roda dentada acabada com um furo padrão para ser combinada com um tambor de fixação do veio. As rodas dentadas dos tipos B e C também podem ser fabricadas desta forma.
Os raios entre o cubo e a jante têm várias formas, dependendo do tamanho: as rodas dentadas pequenas são normalmente sólidas, exceto o orifício central, devido ao seu peso reduzido; as rodas dentadas médias são normalmente fundidas com placas de raios perfurados entre o cubo e a jante (Figura 4) para reduzir o peso; as rodas dentadas grandes são normalmente fundidas como rodas dentadas com raios (Figura 5) para minimizar o peso tanto quanto possível. Se a roda dentada tiver de ser instalada entre dois rolamentos, podem ser utilizadas rodas dentadas divididas (Figuras 6 e 7), cuja instalação e remoção não implicam a desmontagem do eixo.
Algumas rodas dentadas do tipo D são constituídas por um cubo sólido e um corpo de roda dentada amovível (figura 2). Outras têm o cubo e o corpo da roda dentada em forma de secção (Figura 7). Qualquer roda dentada amovível deve ser cuidadosamente fabricada para evitar variações de passo na junta, e a roda dentada apresentada na Figura 7 foi especificamente concebida com pinos de localização para este fim.
Uma roda dentada concebida com um pino de segurança e uma embraiagem deslizante pode evitar que os dispositivos de transmissão ou outros equipamentos se danifiquem durante uma sobrecarga ou excesso de velocidade. A roda dentada com pino de segurança é constituída por um cubo e um corpo da roda dentada, estando o cubo ligado ao eixo por uma chaveta. Quando o pino de segurança se parte (ver Figura 8), a roda dentada pode rodar livremente em relação ao eixo e ao cubo.
A cavilha de segurança é feita de material com uma resistência ao cisalhamento conhecida, garantindo um determinado valor de cisalhamento através da maquinação de uma ranhura com um diâmetro calculado no plano de cisalhamento. Após tosquiaSe o aparelho não estiver em condições de funcionar, é possível voltar a colocá-lo em condições de funcionamento com uma nova cavilha de segurança.
Figura 8 Cubo com pinhão de segurança
2. Rodas dentadas de correntes de rolos com vários fios
As rodas dentadas de correntes de rolos de múltiplos filamentos são rodas dentadas integrais com um determinado passo e dentes alinhados. Uma roda dentada típica de corrente de rolos multifilar é mostrada na Figura 9.
3. Rodas dentadas de corrente de rolos de passo duplo
Existem dois tipos de rodas dentadas de corrente de rolos de passo duplo: um é de corte simples (veja a Figura 10) e o outro é de corte duplo (veja a Figura 11). O termo "dentes efectivos" refere-se ao número de dentes que podem engrenar com a corrente numa rotação da roda dentada.
O número efetivo de dentes numa roda dentada de corte simples é igual ao número real de dentes, enquanto o número efetivo de dentes numa roda dentada de corte duplo é metade do número real de dentes. Para rodas dentadas de corte duplo com um número ímpar de dentes, o número efetivo de dentes será uma fração. Por exemplo, uma roda dentada com 25 dentes reais terá 12 (1/2) dentes efectivos.
A vantagem de ter um número ímpar de dentes reais é que cada dente só se encaixa na corrente a cada duas voltas, duplicando assim a vida útil da roda dentada. As rodas dentadas de corte duplo com um número par de dentes reais podem obter o mesmo efeito movendo regularmente a corrente para a frente até ao primeiro dente da roda dentada. Note que as rodas dentadas equipadas com rolos de transporte (nota do tradutor: ou seja, rolos grandes) são insuficientes.
Em comparação com as rodas dentadas de corrente de passo simples, as rodas dentadas de corrente de rolos de passo duplo têm um diâmetro de passo e um diâmetro de raiz maiores. No entanto, quando o número de dentes da roda dentada é superior a 35, esta diferença pode ser ignorada.
4. Maquinação de rodas dentadas de correntes de rolos
As rodas dentadas mais pequenas são geralmente maquinadas a partir de barras de aço e são totalmente maquinadas com precisão. O tamanho das rodas dentadas maquinadas a partir de barras de aço é limitado pelo diâmetro máximo do lote de material em barra. As rodas dentadas de aço podem ser tratadas termicamente para melhorar a resistência ao impacto e a resistência ao desgaste da superfície dos dentes. Para condições altamente corrosivas, podem ser utilizados materiais como o aço inoxidável ou o bronze, bem como a baquelite, o nylon e vários materiais plásticos.
Por vezes, as rodas dentadas são fabricadas em aço forjado ou em barras forjadas. A precisão da maquinagem depende dos requisitos específicos da aplicação. Muitas rodas dentadas são fabricadas através da soldadura de cubos de aço em rodas de chapa, e essas rodas dentadas integrais só podem ser tratadas termicamente se as proporções de tamanho cumprirem os requisitos.
As rodas dentadas de corrente de rolos grandes são normalmente feitas de ferro fundido, e estas rodas dentadas fundidas são maquinadas para cortar os dentes, e a jante, o cubo, a superfície exterior e os furos também são maquinados. O ferro fundido é frequentemente utilizado para fabricar rodas dentadas grandes com uma relação de transmissão relativamente grande porque os dentes grandes da roda dentada engrenam com a corrente com menos frequência durante um determinado período. Em condições adversas, é preferível utilizar rodas dentadas de aço fundido ou de chapa de aço.
III. Rodas dentadas para correntes dentadas
A norma ASME B29.2 especifica o perfil do dente para rodas dentadas de correntes dentadas. O processo de maquinação, os materiais e os cubos para as rodas dentadas de correntes dentadas são os mesmos que os das correntes de rolos, mas os perfis dos dentes são significativamente diferentes, como mostra a Figura 12.
Os dentes da roda dentada para correntes dentadas são semelhantes aos dentes das engrenagens. Apesar de se parecerem com engrenagens, as rodas dentadas das correntes dentadas são maquinadas com ferramentas especiais, que são diferentes das ferramentas utilizadas para maquinar engrenagens. Além disso, o perfil dos dentes da roda dentada e o tamanho do passo da corrente também variam entre os diferentes tipos de correntes dentadas.
As correntes dentadas standard utilizam rodas dentadas especificadas pela norma ASME B29.2. No entanto, existem também algumas correntes dentadas não normalizadas, tais como as correntes dentadas de alto desempenho, de múltiplos fios e de dupla face. Estas correntes não normalizadas requerem frequentemente rodas dentadas especialmente maquinadas.
É crucial que a corrente e a roda dentada combinem perfeitamente uma com a outra, por isso a melhor abordagem é consultar o fabricante da corrente para obter os requisitos técnicos específicos da roda dentada. Um pinhão típico de corrente dentada de múltiplos fios é mostrado na Figura 13, e um pinhão típico de corrente dentada de engate duplo é mostrado na Figura 14.
IV. Rodas dentadas de correntes de aço para construção mecânica
As rodas dentadas para correntes de aço para construção mecânica podem ser fabricadas a partir de vários metaisAs rodas dentadas de série são fornecidas em vários estilos e têm muitas formas para se adaptarem a requisitos de aplicação específicos. Para a maioria das aplicações, podem ser utilizadas rodas dentadas standard.
Existem muitas correntes de aço de engenharia que não estão em conformidade com as normas ASME e, consequentemente, existem muitas rodas dentadas deste tipo. A maioria delas é muito semelhante às rodas dentadas normais e, quando as rodas dentadas normais não satisfazem as necessidades, muitas destas rodas dentadas podem ser utilizadas com correntes normais.
As rodas dentadas listadas neste capítulo são utilizadas principalmente com correntes padrão ou correntes que foram ligeiramente modificadas a partir de correntes padrão, enquanto as rodas dentadas especiais no catálogo de produtos do fabricante são certamente mais numerosas.
V. Materiais das rodas dentadas
Os seguintes materiais são normalmente utilizados no fabrico de rodas dentadas para correntes de aço para construção mecânica:
- Ferro fundido: Normalmente utilizado em ambientes mais suaves, é o mais económico.
- Ferro fundido refrigerado: Este tipo de roda dentada utiliza ferro refrigerado para fundir os dentes. Os dentes de ferro refrigerado são formados através do arrefecimento rápido da superfície do dente após a fundição, resultando em dentes lisos e duros com uma camada dura resistente ao desgaste com uma espessura de 1/16 a 3/8 polegadas, dependendo do tamanho da roda dentada.
- Ferro fundido ou aço estrutural: As rodas dentadas de ferro fundido têm dentes fundidos, enquanto as rodas dentadas de aço estrutural têm dentes cortados a fogo. Ambas são utilizadas para transmissão de binário elevado e de alto impacto. Quando se trabalha em ambientes altamente abrasivos, os dentes têm de ser endurecidos por chama ou por indução.
- Aço inoxidável: Utilizado em ambientes corrosivos.
Podem ser utilizados mais materiais, como ligas de ferro, ligas de aço, bronze e alumínio, para satisfazer necessidades especiais.
1. Tipos de rodas dentadas de ferro fundido
A fundição de rodas dentadas com cubos em forma de raio (Figura 15) pode reduzir o peso e o custo. Isto também facilita o manuseamento manual. As rodas dentadas de aço estrutural também servem o mesmo objetivo, cortando orifícios na alma, como se mostra na Figura 16.
Se o espaço entre os raios for demasiado pequeno, é fabricada uma roda dentada sólida (Figura 17). Adicionalmente, as rodas dentadas maciças também são fabricadas quando a tensão da corrente é elevada e há preocupações quanto à resistência da roda dentada com raios, ou quando o diâmetro do cubo é muito grande.
Quando a roda dentada tem de ser instalada entre dois rolamentos, por vezes é feita uma roda dentada dividida (Figura 18). Este tipo de roda dentada pode ser instalado e removido sem afetar o eixo e outras peças da máquina.
O anel dentado amovível (Figura 19) é aparafusado e este desenho da roda dentada permite a sua instalação e remoção sem ter de desmontar a corrente, o cubo, o rolamento ou o eixo.
2. Roda de tração por fricção
Quando o sistema encontra frequentemente obstáculos ou está severamente sobrecarregado, pode ser utilizada uma roda de tração por fricção (Figura 20) no veio da cabeça de um elevador de baldes de corrente de um só veio. Contudo, as rodas de tração por fricção devem ser sempre utilizadas com precaução. A fricção entre a corrente e a roda de tração deve ser suficiente para transmitir a força motriz requerida pelo sistema de trabalho sob carga normal. Consulte o fabricante da corrente de aço de engenharia quando utilizar rodas de tração.
As rodas de tração por fricção podem gerar calor e faíscas quando deslizam, pelo que nunca devem ser utilizadas em locais onde as faíscas possam provocar explosões.
3. Rodas dentadas de corrente em aço para aplicações específicas
A Figura 21 mostra um conjunto de rodas dentadas especiais para aplicações específicas, que são normalmente feitas de ferro fundido, e os dentes têm frequentemente uma superfície resistente ao desgaste temperada.
a) Roda dentada com cavilha de segurança
b) Roda dentada de flange cilíndrica
c) Roda dentada com flange de ombro
A roda dentada de ferro fundido com uma cavilha de segurança no cubo apresentada na Figura 21a é semelhante à roda dentada de corrente de rolos apresentada na Figura 8. São normalmente utilizadas em sistemas de acionamento de transportadores.
As duas rodas dentadas indicadas na figura 21b são utilizadas para correntes de tração soldadas em aço em transportadores de tração, sendo ambas rodas dentadas de tração. O objetivo dos flanges das rodas dentadas, que se estendem por arestas largas ou formas cilíndricas, é evitar que o material se espalhe pelos lados quando se descarrega por cima do eixo de tração do transportador.
A flange de ombro na roda dentada mostrada na Figura 21c suporta as placas da corrente no ponto de queda, prolongando a vida útil da corrente e da roda dentada. São normalmente utilizadas em transportadores limpos. Estas rodas dentadas de ferro fundido temperado são muitas vezes concebidas para serem "trocáveis por dentes", funcionando como as rodas dentadas de corte duplo das correntes de rolos (Figura 11).
Ao conceber estas rodas dentadas, o passo da roda dentada é ligeiramente superior a metade do passo da corrente e as rodas dentadas são fundidas com um número ímpar de dentes. Depois de mais uma volta do elo da corrente, os dentes são alterados para uma malha. Isto significa que cada dente da roda dentada engrena com a corrente de duas em duas voltas, duplicando efetivamente a vida útil da roda dentada (este conceito foi utilizado pela primeira vez em transmissões de engrenagens de madeira no início do século XIX).
4. Rodas dentadas da corrente de acionamento em chapa dobrada de aço de engenharia
As rodas dentadas da corrente de acionamento com chapa dobrada de aço de engenharia são normalmente feitas de ferro fundido ou cortadas à chama a partir de chapas de aço. Outras peças, como os cubos, são normalmente componentes montados. A norma ASME B29.10 especifica a forma padrão do dente da roda dentada.
A roda dentada da Figura 22 está emparelhada com uma corrente de fila dupla que está em conformidade com a norma ASME B29.10 com um passo de 6 polegadas para correntes de acionamento de fila dupla. Estas rodas dentadas utilizam o perfil de dentes padrão americano. Os perfis de dentes maquinados asseguram o alinhamento das correntes pesadas de duas filas. Estas rodas dentadas são fabricadas em liga de aço e são tratadas termicamente.
As rodas dentadas de corrente de chapa dobrada nem sempre usam dentes maquinados; muitas rodas dentadas de corrente de acionamento de chapa dobrada usam dentes fundidos ou cortados à chama. Existem muitos tipos de formas de dentes. Para dentes não maquinados que não utilizam a norma ASME B29.10, consulte o fabricante da corrente.
5. Outros tipos de rodas dentadas de correntes em aço para construção mecânica
Da discussão acima, sabemos que existem muitos tipos de rodas dentadas disponíveis para várias correntes de aço de engenharia. Parece que, desde que a forma e o tamanho do dente sejam adequados, estas correntes podem funcionar em várias rodas dentadas, mas não é esse o caso.
Em algumas aplicações, certos tipos de rodas dentadas não podem ser utilizados com certos tipos de correntes. Por exemplo, as correntes de rolos não podem utilizar rodas de tração. Geralmente, um determinado tipo de roda dentada é sempre utilizado com correntes específicas. Todos os outros tipos de rodas dentadas são também utilizados apenas em condições específicas.
A Tabela 1 lista os tipos de rodas dentadas mais usados para as correntes de aço de engenharia descritas neste livro. Esta tabela não é um guia sobre como usá-los, mas mostra o uso geral.
Tabela 1 Tipos de rodas dentadas comuns para correntes padrão
| Tipos de correntes | Correntes de rolos standard | Correntes de rodas dentadas | ||||||||
| B29.1 Correntes de rolos | B29.1 Correntes de placas reforçadas ou dobradas | B29.1 correntes de rolos de várias carreiras | B29.1 correntes de passo duplo | B29.1 correntes transportadoras de passo duplo | B29.1 correntes transportadoras de rolos grandes de passo duplo | Correntes de placas | Todos os modelos de B29.2 | |||
| Tipos de rodas dentadas | Corte de dentes de engrenagens, acabamento de superfícies de contacto | Estoque de barras | ● | ● | ● | ● | ○ | □ | ● | ● |
| Peças em aço composto | ● | ● | ○ | ● | ● | ● | □ | □ | ||
| Estilo de raio ou placa de ferro fundido | ● | ● | ● | ● | ● | ● | □ | ● | ||
| Ferro fundido, design dividido | □ | □ | □ | □ | ○ | ○ | □ | □ | ||
| Dentes de engrenagens cortados à chama e superfícies de contacto | Conjuntos em chapa de aço | □ | □ | □ | □ | ○ | ○ | □ | - | |
| Estilo de anel dentado amovível, ferro fundido ou montagem | □ | □ | □ | □ | □ | □ | □ | - | ||
| Roda de tração tratada termicamente | - | - | - | - | - | - | - | - | ||
| Ferro fundido, maciço ou em forma de raio, ou com orifícios de redução de peso na alma | □ | □ | - | □ | □ | □ | - | |||
| Dentes de engrenagem e superfícies de contacto fundidos (a maioria pode utilizar um desenho dividido) | Ferro fundido duro refrigerado, dentes de engrenagem endurecidos | □ | □ | - | □ | □ | □ | - | ||
| Anel dentado amovível em ferro fundido duro refrigerado, aparafusado ao ferro fundido ou ao conjunto | - | - | - | - | - | - | - | - | ||
| Aço-carbono ou aço-liga, tratado termicamente | □ | □ | - | □ | □ | □ | - | |||
| Roda de tração em ferro fundido | - | - | - | - | - | - | - | |||
| Anel dentado integral, ferro fundido duro refrigerado ou ferro fundido, liga de aço tratada termicamente | - | - | - | - | - | - | - | |||
| Tipos de correntes | Corrente de placa reta sem rolos | Corrente de rolos | Corrente de chapa dobrada sem rolos | Corrente de placa dobrada de rolos grandes para transportadores | Corrente de engenharia soldada em aço | Corrente de tração em aço soldado | Corrente com cunha de aço | Cadeia de blocos | B29.10 Corrente de placa dobrada para acionamento pesado | ||
| Tipos de rodas dentadas | Corte de dentes de engrenagens, acabamento de superfícies de contacto | Estoque de barras | - | □ | □ | □ | □ | - | □ | □ | - |
| Peças em aço composto | - | □ | □ | □ | □ | - | □ | ○ | □ | ||
| Estilo de raio ou placa de ferro fundido | - | □ | □ | □ | □ | - | □ | ○ | □ | ||
| Ferro fundido, design dividido | - | □ | □ | □ | - | □ | □ | □ | |||
| Dentes de engrenagens cortados à chama e superfícies de contacto | Conjuntos em chapa de aço | ● | ● | ● | ● | ● | ○ | ○ | ● | ● | |
| Estilo de anel dentado amovível, ferro fundido ou montagem | ○ | ○ | ○ | ○ | □ | □ | □ | ○ | □ | ||
| Roda de tração tratada termicamente | ○ | - | ○ | - | □ | □ | □ | - | - | ||
| Ferro fundido, maciço ou em forma de raio, ou com orifícios de redução de peso na alma | ○ | ● | ○ | ● | ○ | ● | ● | ○ | ○ | ||
| Dentes de engrenagem e superfícies de contacto fundidos (a maioria pode utilizar um desenho dividido) | Ferro fundido duro refrigerado, dentes de engrenagem endurecidos | ● | ● | ● | ● | ○ | ○ | ○ | ● | ||
| Anel dentado amovível em ferro fundido duro refrigerado, aparafusado ao ferro fundido ou ao conjunto | ○ | ○ | ○ | ○ | □ | □ | □ | □ | □ | ||
| Aço-carbono ou aço-liga, tratado termicamente | ○ | ○ | ○ | ○ | □ | □ | □ | □ | ○ | ||
| Roda de tração em ferro fundido | ○ | - | ○ | - | □ | □ | □ | - | - | ||
| Anel dentado integral, ferro fundido duro refrigerado ou ferro fundido, liga de aço tratada termicamente | ○ | - | ○ | - | - | - | - | - | - | ||
Nota: ● - frequentemente utilizado; ○ - frequentemente utilizado; □ - ocasionalmente utilizado; travessão (-) - não deve ser utilizado.
Tanto os símbolos circulares como os quadrados indicam usabilidade, mas existem diferenças entre os dois. O símbolo circular significa que este tipo de roda dentada é completamente padrão para as correntes listadas e estas rodas dentadas padrão são frequentemente listadas no catálogo de produtos do fabricante. Neste caso, "normalmente utilizado" e "frequentemente utilizado" envolvem frequentemente razões relacionadas com o preço e a qualidade.
O símbolo de quadrado indica que a roda dentada é apenas ocasionalmente ou não é adequada para as correntes listadas. A principal razão para "ocasionalmente utilizado" é geralmente o custo, mas a principal razão para "não deve ser utilizado" é geralmente factores técnicos. Qualquer emparelhamento de correntes e rodas dentadas representado por um símbolo quadrado só deve ser instalado depois de consultar o fabricante da corrente relevante.
VI. Rodas dentadas de corrente de topo plano
O perfil do dente das rodas dentadas de topo plano é especificado na norma ASME B29.17 e será discutido mais tarde na secção de desenho deste capítulo. Esta secção envolve apenas as rodas dentadas de corrente de topo plano descritas neste livro. Como a única corrente de topo plano mencionada no livro tem um passo de 1 (1/2) pol., os estilos de rodas dentadas discutidos aqui são bastante limitados.
A figura 23 mostra três tipos de rodas dentadas amplamente utilizadas para correntes de topo plano. A figura 23a é uma roda dentada integral, que normalmente tem menos dentes (13-21 dentes) e pode ser feita de ferro fundido, aço ou aço inoxidável, geralmente com dentes maquinados.
a) Roda dentada integral
b) Roda dentada de ferro fundido com raios
c) Roda dentada bipartida em termoplástico
A Figura 23b é uma roda dentada de ferro fundido com raios, que geralmente tem mais dentes (19-41 dentes) e também é normalmente maquinada.
A figura 23c é uma roda dentada bipartida em termoplástico, que tem normalmente um número médio de dentes (21-29 dentes) e dentes moldados de forma normalizada. A vantagem deste tipo de roda dentada é que pode ser desmontada sem deslocar o eixo e os rolamentos. As rodas dentadas termoplásticas moldadas podem ser fabricadas em estilos divididos ou integrais, utilizadas principalmente em ambientes húmidos ou moderadamente corrosivos.
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