Peças mecânicas essenciais: Um guia abrangente
Você tem curiosidade sobre as forças invisíveis que mantêm nosso mundo funcionando sem problemas? As peças mecânicas desempenham um papel crucial na...
I. Visão geral
As rodas dentadas podem ser fabricadas usando vários métodos e materiais. O método de fabricação 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 carga, a velocidade de operação e a vida útil necessárias da roda dentada.
Com base no contato e na operação com a corrente, as rodas dentadas são classificadas principalmente em duas categorias: precisão e semiprecisão. Essas categorias podem ainda ser subdivididas por material e método de fabricação, com outros fatores de classificação, incluindo a relação custo-benefício e os requisitos de precisão das rodas dentadas para as correntes com as quais são combinadas.
As correntes de rolos e as engrenagens de correntes dentadas geralmente são feitas de aço ou ferro fundido com dentes usinados, e as superfícies de trabalho dos dentes geralmente exigem uma usinagem muito precisa. As rodas dentadas de corrente de aço de engenharia são geralmente feitas de aço ou ferro fundido com dentes cortados a fogo ou fundidos.
As rodas dentadas de corrente de topo plano podem ser feitas de aço, ferro fundido ou plástico. As rodas dentadas de aço ou ferro fundido geralmente são usinadas, enquanto as rodas dentadas de plástico geralmente são moldadas. Esses são casos gerais. Exceções não são incomuns, especialmente no caso de rodas dentadas de correntes de aço de engenharia. Entretanto, independentemente de como os dentes são processados, o aspecto mais importante é que os projetos da corrente e da roda dentada sejam compatíveis para trabalharem juntos.
As rodas dentadas de dentes usinados operam de forma mais suave e com menos ruído durante a rotação, e geralmente são usadas para transmissão de média a alta velocidade. As rodas dentadas de dentes fundidos ou cortados por chama são de baixo custo e têm vida útil suficiente para transmissão e transporte de baixa velocidade. Os fabricantes oferecem os seguintes tipos de rodas dentadas.
II. Rodas dentadas da corrente de rolos
1. Rodas dentadas de corrente de rolos de precisão de uma carreira
A norma ASME B29.1 especifica os tamanhos padrão das rodas dentadas da corrente de rolos, as tolerâncias e os perfis dos dentes, que são discutidos nos projetos relacionados.
Há quatro tipos de rodas dentadas na norma ASME B29.1:
- O tipo A é uma roda dentada de placa sem um cubo.
- As rodas dentadas do tipo B têm um cubo em apenas um lado.
- As rodas dentadas do tipo C têm cubos em ambos os lados.
- As rodas dentadas do tipo D têm cubos removíveis.
As rodas dentadas de corrente de rolos dos tipos A, B e C são mostradas na Figura 1; as rodas dentadas de corrente de rolos do tipo D são mostradas na Figura 2.
Outro projeto de roda dentada com cubo destacável é mostrado na Figura 3. Trata-se de uma combinação de uma roda dentada com furo cônico e uma bucha cônica dividida. Esse projeto permite o uso de uma roda dentada acabada com um furo padrão a ser combinado com um tambor de fixação do eixo. As rodas dentadas dos tipos B e C também podem ser fabricadas dessa forma.
Os raios entre o cubo e o aro têm várias formas, dependendo do tamanho: as rodas dentadas pequenas geralmente são sólidas, exceto pelo furo central, devido ao seu peso leve; as rodas dentadas médias geralmente são fundidas com placas de raios perfurados entre o cubo e o aro (Figura 4) para reduzir o peso; as rodas dentadas grandes geralmente são fundidas como rodas dentadas com raios (Figura 5) para minimizar o peso o máximo possível. Se a roda dentada precisar ser instalada entre dois rolamentos, podem ser usadas rodas dentadas divididas (Figuras 6 e 7), e sua instalação e remoção não envolvem a desmontagem do eixo.
Algumas rodas dentadas Tipo D consistem em um cubo sólido e um corpo de roda dentada destacável (Figura 2). Outras têm tanto o cubo quanto o corpo da roda dentada em forma de seção (Figura 7). Qualquer roda dentada destacável deve ser cuidadosamente fabricada para evitar variação de passo na junta, e a roda dentada mostrada na Figura 7 foi projetada especificamente com pinos de localização para essa finalidade.
Uma roda dentada projetada com um pino de segurança e uma embreagem deslizante pode evitar que os dispositivos de transmissão ou outros equipamentos sejam danificados durante sobrecarga e excesso de velocidade. A roda dentada com pino de segurança consiste em um cubo e um corpo de roda dentada, com o cubo conectado ao eixo por uma chaveta. Quando o pino de segurança se quebra (veja a Figura 8), a roda dentada pode girar livremente em relação ao eixo e ao cubo.
O pino de segurança é feito de material com uma resistência ao cisalhamento conhecida, garantindo um determinado valor de cisalhamento por meio da usinagem de uma ranhura com um diâmetro calculado no plano de cisalhamento. Depois de tosquiaSe o pino de segurança for inserido, ele poderá voltar a funcionar.
Figura 8 Cubo com roda dentada de pino de segurança
2. Rodas dentadas de corrente de rolos com vários fios
As rodas dentadas de corrente de rolos de vários fios são rodas dentadas integrais com um determinado passo e dentes alinhados. Uma típica roda dentada de corrente de rolos multifilamento é mostrada na Figura 9.
3. Rodas dentadas de corrente de rolos de passo duplo
Há dois tipos de rodas dentadas de corrente de rolos de passo duplo: uma é de corte simples (veja a Figura 10) e a outra é de corte duplo (veja a Figura 11). O termo "dentes efetivos" refere-se ao número de dentes que podem engrenar com a corrente em uma volta da roda dentada.
O número efetivo de dentes em uma roda dentada de corte simples é igual ao número real de dentes, enquanto o número efetivo de dentes em uma roda dentada de corte duplo é a 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 efetivos.
A vantagem de ter um número ímpar de dentes reais é que cada dente só se engrena com a corrente a cada duas voltas, dobrando 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 frente até o primeiro dente da roda dentada. Observe que as rodas dentadas equipadas com roletes do tipo de transporte (nota do tradutor: ou seja, roletes 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, essa diferença pode ser ignorada.
4. Usinagem da roda dentada da corrente de rolos
As rodas dentadas menores são geralmente usinadas a partir de barras de aço e são totalmente usinadas com precisão. O tamanho das rodas dentadas usinadas a partir de barras de aço é limitado pelo diâmetro máximo do lote de material da barra. As rodas dentadas feitas de aço podem ser tratadas termicamente para melhorar a resistência ao impacto e ao desgaste da superfície do dente. Para condições altamente corrosivas, podem ser usados materiais como aço inoxidável ou bronze, além de baquelite, náilon e vários materiais plásticos.
Às vezes, as rodas dentadas são feitas de aço forjado ou de barras forjadas. A precisão da usinagem depende dos requisitos específicos da aplicação. Muitas rodas dentadas são fabricadas soldando cubos de aço em rodas de chapa, e essas rodas dentadas integrais só podem ser tratadas termicamente se as proporções de tamanho atenderem aos requisitos.
As rodas dentadas grandes de correntes de rolos geralmente são feitas de ferro fundido, e essas rodas dentadas fundidas são usinadas para cortar os dentes, e o aro, o cubo, a superfície externa e os furos também são usinados. O ferro fundido é frequentemente usado para fabricar rodas dentadas grandes com uma relação de transmissão relativamente grande porque os dentes grandes da roda dentada se engrenam com a corrente com menos frequência em um determinado período. Em condições adversas, é melhor usar 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 usinagem, os materiais e os cubos das rodas dentadas de correntes dentadas são os mesmos das correntes de rolos, mas os perfis dos dentes são significativamente diferentes, conforme mostrado na Figura 12.
Os dentes da roda dentada para correntes dentadas são semelhantes aos dentes das engrenagens. Embora pareçam engrenagens, as rodas dentadas das correntes dentadas são usinadas com ferramentas especiais, que são diferentes das ferramentas usadas na usinagem de engrenagens. Além disso, o perfil do dente da roda dentada e o tamanho do passo da corrente também variam entre os diferentes tipos de correntes dentadas.
As correntes dentadas padrão usam rodas dentadas especificadas pela norma ASME B29.2. No entanto, há também algumas correntes dentadas não padronizadas, como as de alto desempenho, as de múltiplos fios e as de engate duplo. Essas correntes fora do padrão geralmente exigem rodas dentadas especialmente usinadas.
É fundamental que a corrente e a roda dentada se ajustem perfeitamente uma à outra, portanto, a melhor abordagem é consultar o fabricante da corrente para obter os requisitos técnicos específicos da roda dentada. A Figura 13 mostra uma roda dentada típica de corrente com vários fios e a Figura 14 mostra uma roda dentada típica de corrente com engate de dois lados.
IV. Rodas dentadas de correntes de aço de engenharia
As rodas dentadas para correntes de aço de engenharia podem ser fabricadas com vários materiais metaisAs rodas dentadas padrão são fornecidas em vários estilos e têm muitos formatos para atender a requisitos específicos de aplicação. Para a maioria das aplicações, as rodas dentadas padrão podem ser usadas.
Há muitas correntes de aço de engenharia que não estão em conformidade com os padrões ASME e, portanto, há muitas dessas rodas dentadas. A maioria delas é muito semelhante às rodas dentadas padrão e, quando as rodas dentadas padrão não atendem às necessidades, muitas dessas rodas dentadas podem ser usadas com correntes padrão.
As rodas dentadas listadas neste capítulo são usadas 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 da roda dentada
Os seguintes materiais são comumente usados na fabricação de rodas dentadas para correntes de aço de engenharia:
- Ferro fundido: Normalmente usado em ambientes mais amenos, é o mais econômico.
- Ferro fundido resfriado: Esse tipo de roda dentada usa ferro resfriado para fundir os dentes. Os dentes de ferro resfriado são formados pelo resfriamento rápido da superfície do dente após a fundição, resultando em dentes lisos e duros com uma camada dura resistente ao desgaste com 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 por chama. Ambas são usadas para transmissão de alto torque e alto impacto. Ao trabalhar em ambientes altamente abrasivos, os dentes precisam ser endurecidos por chama ou indução.
- Aço inoxidável: Usado em ambientes corrosivos.
Outros materiais, como ligas de ferro, aços de liga, bronze e alumínio, podem ser usados para atender a necessidades especiais.
1. Tipos de rodas dentadas de ferro fundido
A fundição de rodas dentadas com cubos no estilo de raios (Figura 15) pode reduzir o peso e o custo. Isso também facilita o manuseio manual. As rodas dentadas de aço estrutural também servem para o mesmo propósito, cortando furos na alma, como mostrado na Figura 16.
Se o espaço entre os raios for muito pequeno, é fabricada uma roda dentada sólida (Figura 17). Além disso, as rodas dentadas sólidas também são fabricadas quando a tensão da corrente é alta e há preocupação com a resistência da roda dentada com raios, ou quando o diâmetro do cubo é muito grande.
Quando a roda dentada precisa ser instalada entre dois rolamentos, às vezes é feita uma roda dentada dividida (Figura 18). Esse tipo de roda dentada pode ser instalado e removido sem afetar o eixo e outras peças da máquina.
O anel dentado removível (Figura 19) é aparafusado, e esse projeto de roda dentada permite que ele seja instalado e removido sem a necessidade de desmontar a corrente, o cubo, o rolamento ou o eixo.
2. Roda de tração por fricção
Quando o sistema encontra obstáculos com frequência ou está muito sobrecarregado, uma roda de tração por fricção (Figura 20) pode ser usada no eixo da cabeça de um elevador de caçamba de corrente de um fio. No entanto, as rodas de tração por fricção devem sempre ser usadas com cautela. O atrito entre a corrente e a roda de tração deve ser suficiente para transmitir a força motriz exigida pelo sistema de trabalho sob carga normal. Consulte o fabricante da corrente de aço de engenharia ao usar rodas de tração.
As rodas de tração por fricção podem gerar calor e faíscas ao deslizar, portanto, nunca devem ser usadas em locais onde faíscas possam causar explosões.
3. Rodas dentadas de corrente de aço de engenharia para aplicações específicas
A Figura 21 mostra um conjunto de rodas dentadas especiais para aplicações específicas, que geralmente são feitas de ferro fundido, e os dentes geralmente têm uma superfície resistente ao desgaste temperada.
a) Roda dentada com pino de segurança
b) Roda dentada de flange cilíndrica
c) Roda dentada com flange de ombro
A roda dentada de ferro fundido com um pino de segurança no cubo mostrada na Figura 21a é semelhante à roda dentada de corrente de roletes mostrada na Figura 8. Elas são comumente usadas em sistemas de acionamento de transportadores.
As duas rodas dentadas mostradas na Figura 21b são usadas para correntes de tração soldadas em aço em transportadores de tração, ambas são rodas dentadas de acionamento. A finalidade dos flanges da roda dentada que se estendem em bordas largas ou formas cilíndricas é evitar que o material se espalhe pelas laterais ao descarregar de cima do eixo de acionamento do transportador.
O flange de ombro na roda dentada mostrada na Figura 21c apóia as placas da corrente no ponto de queda, aumentando a vida útil da corrente e da roda dentada. Geralmente são usadas em transportadores limpos. Essas rodas dentadas de ferro fundido temperado geralmente são projetadas para serem "trocáveis por dentes", funcionando como as rodas dentadas de corte duplo das correntes de roletes (Figura 11).
Ao projetar essas rodas dentadas, o passo da roda dentada é ligeiramente maior do que a metade do passo da corrente, e as rodas dentadas são fundidas com um número ímpar de dentes. Após outra volta do elo da corrente, os dentes são alterados para uma malha. Isso significa que cada dente da roda dentada se engrena com a corrente a cada duas voltas, dobrando efetivamente a vida útil da roda dentada (esse conceito foi usado pela primeira vez em transmissões de engrenagens de madeira no início do século XIX).
4. Rodas dentadas da corrente de acionamento com chapa dobrada de aço de engenharia
As rodas dentadas de corrente de acionamento com chapa dobrada de aço de engenharia são geralmente feitas de ferro fundido ou cortadas a fogo a partir de chapas de aço. Outras peças, como os cubos, são normalmente componentes montados. A norma ASME B29.10 especifica o formato padrão do dente da roda dentada.
A roda dentada da Figura 22 é emparelhada com uma corrente de duas carreiras que está em conformidade com a norma ASME B29.10 com um passo de 6 polegadas para correntes de acionamento de duas carreiras. Essas rodas dentadas usam o perfil de dente padrão nacional americano. Os perfis de dentes usinados garantem o alinhamento das correntes de serviço pesado de duas carreiras. Essas rodas dentadas são feitas de aço-liga e são tratadas termicamente.
As rodas dentadas de corrente de placa dobrada nem sempre usam dentes usinados; muitas rodas dentadas de corrente de acionamento de placa dobrada usam dentes fundidos ou cortados por chama. Há muitos tipos de formas de dentes. Para dentes não usinados que não usam o padrão ASME B29.10, consulte o fabricante da corrente.
5. Outros tipos de rodas dentadas de corrente de aço de engenharia
Com base na discussão acima, sabemos que há 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 apropriados, essas correntes podem operar em várias rodas dentadas, mas esse não é o caso.
Em algumas aplicações, certos tipos de rodas dentadas não podem ser usados com certos tipos de correntes. Por exemplo, as correntes de roletes não podem usar rodas de tração. Em geral, um determinado tipo de roda dentada é sempre usado com correntes específicas. Todos os outros tipos de rodas dentadas também são usados somente em condições específicas.
A Tabela 1 lista os tipos de roda dentada mais comumente usados para as correntes de aço de engenharia descritas neste livro. Essa tabela não é um guia sobre como usá-las, mas mostra o uso geral.
Tabela 1 Tipos de rodas dentadas comuns para correntes padrão
| Tipos de correntes | Correntes de roletes padrão | Correntes de roda dentada | ||||||||
| B29.1 Correntes de roletes | B29.1 Correntes de placas dobradas ou para serviços pesados | 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 rolo grande e passo duplo | Correntes de placas | Todos os modelos do B29.2 | |||
| Tipos de rodas dentadas | Corte de dentes de engrenagens, acabamento de superfícies de contato | Estoque de barras | ● | ● | ● | ● | ○ | □ | ● | ● |
| Peças de aço composto | ● | ● | ○ | ● | ● | ● | □ | □ | ||
| Estilo de raio ou placa de ferro fundido | ● | ● | ● | ● | ● | ● | □ | ● | ||
| Ferro fundido, design dividido | □ | □ | □ | □ | ○ | ○ | □ | □ | ||
| Dentes de engrenagem cortados por chama e superfícies de contato | Conjuntos de placas de aço | □ | □ | □ | □ | ○ | ○ | □ | - | |
| Estilo de anel dentado removível, ferro fundido ou montagem | □ | □ | □ | □ | □ | □ | □ | - | ||
| Roda de tração com tratamento térmico | - | - | - | - | - | - | - | - | ||
| Ferro fundido, sólido ou em forma de raio, ou com orifícios para redução de peso na teia | □ | □ | - | □ | □ | □ | - | |||
| Dentes de engrenagem fundidos e superfícies de contato (a maioria pode usar um projeto dividido) | Ferro fundido duro resfriado, dentes de engrenagem endurecidos | □ | □ | - | □ | □ | □ | - | ||
| Anel dentado removível de ferro fundido duro resfriado, aparafusado ao ferro fundido ou ao conjunto | - | - | - | - | - | - | - | - | ||
| Aço carbono ou liga, tratado termicamente | □ | □ | - | □ | □ | □ | - | |||
| Roda de tração de ferro fundido | - | - | - | - | - | - | - | |||
| Anel dentado integral, ferro fundido duro resfriado ou ferro fundido, liga de aço com tratamento térmico | - | - | - | - | - | - | - | |||
| Tipos de correntes | Corrente de placa reta sem rolos | Corrente de rolos | Corrente de placas dobradas sem roletes | Corrente de placa dobrada de rolo grande para transportador | Corrente de engenharia soldada em aço | Corrente de tração de aço soldado | Corrente de aço com cantos | Cadeia de blocos | B29.10 Corrente de placa dobrada para serviço pesado | ||
| Tipos de rodas dentadas | Corte de dentes de engrenagens, acabamento de superfícies de contato | Estoque de barras | - | □ | □ | □ | □ | - | □ | □ | - |
| Peças de aço composto | - | □ | □ | □ | □ | - | □ | ○ | □ | ||
| Estilo de raio ou placa de ferro fundido | - | □ | □ | □ | □ | - | □ | ○ | □ | ||
| Ferro fundido, design dividido | - | □ | □ | □ | - | □ | □ | □ | |||
| Dentes de engrenagem cortados por chama e superfícies de contato | Conjuntos de placas de aço | ● | ● | ● | ● | ● | ○ | ○ | ● | ● | |
| Estilo de anel dentado removível, ferro fundido ou montagem | ○ | ○ | ○ | ○ | □ | □ | □ | ○ | □ | ||
| Roda de tração com tratamento térmico | ○ | - | ○ | - | □ | □ | □ | - | - | ||
| Ferro fundido, sólido ou em forma de raio, ou com orifícios para redução de peso na teia | ○ | ● | ○ | ● | ○ | ● | ● | ○ | ○ | ||
| Dentes de engrenagem fundidos e superfícies de contato (a maioria pode usar um projeto dividido) | Ferro fundido duro resfriado, dentes de engrenagem endurecidos | ● | ● | ● | ● | ○ | ○ | ○ | ● | ||
| Anel dentado removível de ferro fundido duro resfriado, aparafusado ao ferro fundido ou ao conjunto | ○ | ○ | ○ | ○ | □ | □ | □ | □ | □ | ||
| Aço carbono ou liga, tratado termicamente | ○ | ○ | ○ | ○ | □ | □ | □ | □ | ○ | ||
| Roda de tração de ferro fundido | ○ | - | ○ | - | □ | □ | □ | - | - | ||
| Anel dentado integral, ferro fundido duro resfriado ou ferro fundido, liga de aço com tratamento térmico | ○ | - | ○ | - | - | - | - | - | - | ||
Observação: ● - comumente usado; ○ - frequentemente usado; □ - ocasionalmente usado; travessão (-) - não deve ser usado.
Os símbolos circular e quadrado indicam usabilidade, mas há diferenças entre os dois. O símbolo circular significa que esse tipo de roda dentada é totalmente padrão para as correntes listadas e que essas rodas dentadas padrão geralmente estão listadas no catálogo de produtos do fabricante. Aqui, "comumente usado" e "frequentemente usado" geralmente envolvem razões relacionadas a preço e qualidade.
O símbolo de quadrado indica que a roda dentada é usada apenas ocasionalmente ou não é adequada para as correntes listadas. O principal motivo para "usado ocasionalmente" geralmente é o custo, mas o principal motivo para "não deve ser usado" geralmente são fatores técnicos. Qualquer emparelhamento de correntes e rodas dentadas representado por um símbolo quadrado só deve ser instalado após consulta ao fabricante da corrente relevante.
VI. Rodas dentadas de corrente com topo plano
O perfil do dente das rodas dentadas de corrente de topo plano é especificado na norma ASME B29.17 e será discutido posteriormente na seção de projeto deste capítulo. Esta seção envolve apenas as rodas dentadas de corrente de topo plano padrão 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 usadas 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 usinados.
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 costuma ser usinada.
A Figura 23c é uma roda dentada dividida em termoplástico, que normalmente tem um número médio de dentes (21 a 29 dentes) e dentes moldados padrão. A vantagem desse tipo de roda dentada é que ela pode ser desmontada sem mover o eixo e os rolamentos. As rodas dentadas termoplásticas moldadas podem ser fabricadas em estilos divididos ou integrais, usadas principalmente em ambientes úmidos ou moderadamente corrosivos.
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