Engrenagens helicoidais para acionamentos de ângulo reto com rotação à direita

Engrenagens helicoidais são utilizadas em sistemas mecânicos para transmitir torque. A engrenagem cônica é um tipo específico de engrenagem helicoidal. Ela é composta por duas engrenagens que se engrenam entre si. Ambas as engrenagens são conectadas por um rolamento. As duas engrenagens devem estar alinhadas para que o empuxo negativo as pressione uma contra a outra. Se houver folga axial no rolamento, o engrenamento não terá folga. Além disso, o projeto da engrenagem helicoidal é baseado na geometria dos dentes.

Equações para engrenagens helicoidais

A teoria da divergência exige que os raios primitivos dos cones do pinhão e da engrenagem sejam inclinados em direções opostas. Isso é obtido aumentando a inclinação da superfície convexa do dente da engrenagem e diminuindo a inclinação da superfície côncava do dente do pinhão. O pinhão é uma roda em forma de anel com um furo central e vários eixos transversais deslocados em relação ao eixo dos dentes espirais.
As engrenagens cônicas helicoidais possuem um flanco do dente helicoidal. A espiral é consistente com a curva de corte. O ângulo da espiral b é igual ao elemento da genátira do cone primitivo. O ângulo médio da espiral bm é o ângulo entre o elemento da genátira e o flanco do dente. As equações na Tabela 2 são específicas para as engrenagens Spread Blade e Single Side da Gleason.
A equação do flanco do dente de uma engrenagem cônica espiral logarítmica é derivada utilizando o mecanismo de formação dos flancos dos dentes. A força de contato tangencial e o ângulo de pressão normal da engrenagem cônica espiral logarítmica foram determinados em cerca de 20 graus e 35 graus, respectivamente. Esses dois tipos de equações de movimento foram utilizados para resolver os problemas que surgem na determinação da posição estacionária da transmissão. Embora a teoria do engrenamento de engrenagens cônicas espirais logarítmicas ainda esteja em seus estágios iniciais, ela fornece um bom ponto de partida para a compreensão de seu funcionamento.
Essa geometria apresenta diversas soluções. No entanto, as duas principais são definidas pelo ângulo da raiz da engrenagem e do pinhão e pelo diâmetro da engrenagem helicoidal. Este último é difícil de restringir. Um esboço 3D de um dente de engrenagem cônica é usado como referência. Os raios do perfil do espaço do dente são definidos por restrições nos pontos finais, posicionadas nos cantos inferiores do espaço do dente. Em seguida, os raios do dente da engrenagem são determinados pelo ângulo.
A distância entre os cones (Am) de uma engrenagem helicoidal também é conhecida como geometria do dente. Essa distância deve estar correlacionada com as diversas seções do percurso da ferramenta de corte. A faixa de distância entre os cones (Am) deve estar correlacionada com o ângulo de pressão dos flancos. Os raios de base de uma engrenagem cônica não precisam ser definidos, mas essa geometria deve ser considerada se a engrenagem cônica não tiver um deslocamento hipoide. Ao desenvolver a geometria do dente de uma engrenagem cônica helicoidal, o primeiro passo é converter a terminologia para pinhão em vez de engrenagem.
O sistema normal é mais conveniente para a fabricação de engrenagens helicoidais. Além disso, as engrenagens helicoidais devem ter o mesmo ângulo de hélice. Engrenagens helicoidais com sentidos de rotação opostos devem engrenar entre si. Da mesma forma, as engrenagens helicoidais com perfil deslocado exigem um engrenamento mais complexo. Esse par de engrenagens pode ser fabricado de maneira semelhante a uma engrenagem cilíndrica de dentes retos. Ademais, os cálculos para o engrenamento de engrenagens helicoidais são apresentados na Tabela 7-1.

Projeto de engrenagens cônicas helicoidais

Um projeto proposto para engrenagens cônicas helicoidais utiliza um método de mapeamento função-forma para determinar a geometria da superfície do dente. Este modelo sólido é então testado com um método de desvio de superfície para determinar sua precisão. Comparadas a outros tipos de engrenagens de ângulo reto, as engrenagens cônicas helicoidais são mais eficientes e compactas. As engrenagens da CZPT Gear Company atendem aos padrões AGMA. Um conjunto de engrenagens cônicas helicoidais de alta qualidade atinge a eficiência 99%.
Propõe-se e analisa-se um par de engrenamento geométrico baseado em elementos geométricos para engrenagens cônicas helicoidais. Essa abordagem proporciona alta resistência de contato e é insensível ao desalinhamento do ângulo do eixo. Os elementos geométricos das engrenagens cônicas helicoidais são modelados e discutidos. Os padrões de contato são investigados, assim como o efeito do desalinhamento na capacidade de carga. Além disso, um protótipo do projeto é fabricado e testes de rolamento são realizados para verificar sua precisão.
Os três elementos básicos de uma engrenagem cônica helicoidal são o par pinhão-engrenagem, os eixos de entrada e saída e o flanco auxiliar. Os eixos de entrada e saída estão sujeitos à torção, o par pinhão-engrenagem possui rigidez torsional e a elasticidade do sistema é pequena. Esses fatores tornam as engrenagens cônicas helicoidais ideais para o engrenamento por impacto. Para melhorar o engrenamento por impacto, um modelo matemático é desenvolvido utilizando os parâmetros da ferramenta e as configurações iniciais da máquina.
Nos últimos anos, diversos avanços na tecnologia de fabricação foram realizados para produzir engrenagens cônicas espirais de alto desempenho. Pesquisadores como Ding et al. otimizaram as configurações da máquina e os perfis das lâminas de corte para eliminar o contato entre as arestas dos dentes, resultando em uma engrenagem cônica espiral precisa e de grandes dimensões. De fato, esse processo ainda é utilizado hoje na fabricação de engrenagens cônicas espirais. Se você se interessa por essa tecnologia, continue lendo!
O projeto de engrenagens cônicas espirais é complexo e intrincado, exigindo a habilidade de maquinistas experientes. As engrenagens cônicas espirais representam o estado da arte na transferência de potência de um sistema para outro. Embora sua fabricação já tenha sido difícil, hoje são comuns e amplamente utilizadas em diversas aplicações. De fato, as engrenagens cônicas espirais são o padrão ouro para a transferência de potência em ângulo reto. Enquanto máquinas convencionais para engrenagens cônicas podem ser usadas para fabricar engrenagens cônicas espirais, a produção de engrenagens cônicas duplas é muito complexa. O conjunto de engrenagens cônicas espirais duplas não pode ser usinado com máquinas tradicionais para engrenagens cônicas. Consequentemente, novos métodos de fabricação foram desenvolvidos. Um método de manufatura aditiva foi utilizado para criar um protótipo de um conjunto de engrenagens cônicas espirais duplas, e a fabricação de um centro de usinagem CNC multieixos será realizada em seguida.
As engrenagens cônicas helicoidais são componentes críticos de helicópteros e motores aeroespaciais. Sua durabilidade, resistência e desempenho de engrenamento são cruciais para a segurança. Muitos pesquisadores têm se voltado para as engrenagens cônicas helicoidais para solucionar esses problemas. Um dos desafios é reduzir o ruído, melhorar a eficiência da transmissão e aumentar sua resistência. Por esse motivo, as engrenagens cônicas helicoidais podem ter diâmetro menor do que as engrenagens cônicas retas. Se você tiver interesse em engrenagens cônicas helicoidais, confira este artigo.

Limitações das formas dentárias obtidas geometricamente

As formas geométricas dos dentes de uma engrenagem helicoidal podem ser calculadas a partir de um problema de programação não linear. A aproximação do dente Z é o erro de deslocamento linear ao longo da normal de contato. Ela pode ser calculada usando a fórmula dada na Eq. (23) com alguns parâmetros adicionais. No entanto, o resultado não é preciso para cargas pequenas porque a relação sinal-ruído do sinal de deformação é baixa.
As formas geométricas dos dentes podem levar a formas de contato linear e pontual. No entanto, elas têm suas limitações quando os corpos dos dentes invadem a forma geométrica obtida. Isso é chamado de interferência de perfis de dentes. Embora esse limite possa ser superado por diversos outros métodos, as formas geométricas dos dentes são limitadas pelo engrenamento e pela resistência dos dentes. Elas só podem ser usadas quando o engrenamento da engrenagem for adequado e o movimento relativo for suficiente.
Durante a medição do perfil do dente, a posição relativa entre a engrenagem e o LTS (Sistema de Medição de Longo Prazo) mudará constantemente. A superfície de montagem do sensor deve ser paralela ao eixo de rotação. A orientação real do sensor pode diferir desse ideal. Isso pode ocorrer devido às tolerâncias geométricas do suporte do eixo da engrenagem e da plataforma. No entanto, esse efeito é mínimo e não representa um problema sério. Portanto, é possível obter as formas geométricas dos dentes da engrenagem helicoidal sem recorrer a procedimentos experimentais dispendiosos.
O processo de medição das formas geométricas dos dentes de uma engrenagem helicoidal baseia-se em um perfil involuto ideal gerado a partir de medições ópticas de uma das extremidades da engrenagem. Assume-se que esse perfil seja quase perfeito, considerando a orientação geral do sistema de transmissão de baixa velocidade (LTS) e do eixo de rotação. Há pequenas variações nos ângulos de passo e guinada. Os limites inferior e superior são definidos como -10° e -10°, respectivamente.
O formato dos dentes de uma engrenagem helicoidal deriva da substituição da dentição de uma engrenagem cilíndrica de dentes retos. No entanto, o formato dos dentes de uma engrenagem helicoidal ainda está sujeito a diversas limitações. Além do formato do dente, o diâmetro primitivo também afeta a folga angular. Os valores desses dois parâmetros variam para cada engrenagem em um engrenamento. Eles estão relacionados pela relação de transmissão. Uma vez compreendido isso, é possível criar uma engrenagem com o formato de dente correspondente.
Como o comprimento e o passo transversal da base de uma engrenagem helicoidal são iguais, o ângulo da hélice de cada perfil é igual. Isso é crucial para o engrenamento. Um passo de base imperfeito resulta em uma distribuição desigual da carga entre os dentes da engrenagem, o que leva a cargas maiores que as nominais em alguns dentes. Isso causa vibrações moduladas em amplitude e ruído. Além disso, o ponto de contato entre o raio de concordância da raiz e a evolvente poderia ser reduzido ou eliminado antes do diâmetro da ponta.

editor by czh 2023-01-28