Bisel hipoide versus bisel espiral reto – qual a diferença?

As engrenagens helicoidais vêm em muitas variedades diferentes, mas há uma diferença fundamental entre uma engrenagem cônica hipoide e uma engrenagem cônica helicoidal reta. Este artigo descreverá as diferenças entre os dois tipos de engrenagens e discutirá seu uso. Seja para aplicações industriais ou domésticas, é vital entender o que cada tipo faz e por que é importante. Em última análise, o produto final dependerá dessas diferenças.

Engrenagens cônicas hipoides

Na indústria automotiva, as engrenagens cônicas hipoides são utilizadas no diferencial, permitindo que as rodas girem em velocidades diferentes, mantendo a estabilidade do veículo. Esse conjunto de engrenagens consiste em uma coroa e um pinhão montados em um suporte com outras engrenagens cônicas. Essas engrenagens também são amplamente utilizadas em equipamentos pesados, unidades auxiliares e na indústria aeronáutica. Abaixo, listamos algumas aplicações comuns das engrenagens cônicas hipoides.
Em aplicações automotivas, as engrenagens hipoides são comumente utilizadas em eixos traseiros, especialmente em caminhões de grande porte. Seu formato peculiar permite que o eixo de transmissão seja posicionado mais profundamente no veículo, reduzindo o centro de gravidade e minimizando o impacto no interior. Esse design torna o conjunto de engrenagens hipoides um dos tipos de caixas de engrenagens mais eficientes do mercado. Além da eficiência superior, as engrenagens hipoides são muito fáceis de manter, pois seu engrenamento é baseado no deslizamento.
As engrenagens hipoides fresadas por fresa-face apresentam uma curva de avanço epicicloidal característica ao longo de seu eixo longitudinal. O método de retificação mais comum para engrenagens hipoides é o processo de semi-acabamento, que utiliza um rebolo em forma de copo para substituir a curva de avanço por um arco circular. No entanto, esse método apresenta uma desvantagem significativa: produz remoção de material não uniforme. Além disso, o rebolo não consegue finalizar toda a superfície do dente.
As vantagens de uma engrenagem hipoide em relação a uma engrenagem cônica helicoidal incluem uma maior relação de contato e um torque de transmissão mais elevado. Essas engrenagens são usadas principalmente em sistemas de transmissão automotiva, onde a relação de um único par de engrenagens hipoides é a mais alta. A engrenagem hipoide pode ser tratada termicamente para aumentar a durabilidade e reduzir o atrito, tornando-a uma escolha ideal para aplicações onde velocidade e eficiência são cruciais.
A mesma técnica utilizada em engrenagens cônicas helicoidais também pode ser usada para engrenagens cônicas hipoides. Essa técnica de usinagem envolve um desbaste em duas etapas, seguido por um acabamento em uma única etapa. O diâmetro primitivo das engrenagens hipoides pode chegar a 2500 mm. É possível combinar as operações de desbaste e acabamento utilizando a mesma ferramenta de corte, mas o processo de usinagem em duas etapas é recomendado para engrenagens hipoides.
As vantagens das engrenagens hipoides sobre as engrenagens cônicas helicoidais baseiam-se principalmente na precisão. Utilizar uma engrenagem hipoide com apenas três minutos de arco de folga é mais eficiente do que uma engrenagem cônica helicoidal que requer seis minutos de arco de folga. Isso torna as engrenagens hipoides uma opção mais viável no mercado de controle de movimento. No entanto, alguns podem argumentar que as engrenagens hipoides não são práticas para montagens automotivas.
As engrenagens hipoides possuem um formato único: um cone com dentes não paralelos. Sua superfície primitiva consiste em duas superfícies: uma cônica e uma de contato linear. Um cone inscrito é um substituto comum para a superfície de contato linear das engrenagens cônicas hipoides, apresentando pontos de contato em vez de linhas. Desenvolvidas no início da década de 1920, as engrenagens cônicas hipoides ainda são utilizadas em transmissões de caminhões pesados. Com o aumento da popularidade, seu uso também vem crescendo nas indústrias de transmissão de potência e controle de movimento.

Engrenagens cônicas espirais retas

Existem muitas diferenças entre engrenagens cônicas espirais e as tradicionais, não espirais. As engrenagens cônicas espirais são sempre abauladas e nunca conjugadas, o que limita a distribuição da tensão de contato. O formato helicoidal da engrenagem cônica também é um fator de projeto, assim como seu comprimento. O formato helicoidal, no entanto, apresenta diversas vantagens. Algumas delas estão listadas abaixo.
As engrenagens cônicas helicoidais estão geralmente disponíveis com passos que variam de 1,5 a 2500 mm. São altamente eficientes e também estão disponíveis em uma ampla gama de combinações de dentes e módulos. As engrenagens cônicas helicoidais são extremamente precisas e duráveis, e possuem ângulos de hélice baixos. Essas propriedades as tornam excelentes para aplicações de precisão. No entanto, algumas engrenagens não são adequadas para todas as aplicações. Portanto, você deve considerar o tipo de engrenagem cônica que precisa antes de comprar.
Em comparação com as engrenagens helicoidais, as engrenagens cônicas retas são mais fáceis de fabricar. O método mais antigo utilizado para fabricar essas engrenagens era o uso de uma plaina com cabeçote indexador. No entanto, com o desenvolvimento de processos de fabricação modernos, como os sistemas Revacycle e Coniflex, os fabricantes conseguiram produzir essas engrenagens com mais eficiência. Algumas dessas engrenagens são usadas em despertadores de corda, máquinas de lavar roupa e chaves de fenda. Contudo, elas são particularmente ruidosas e não são adequadas para uso em automóveis.
A engrenagem cônica reta é o tipo mais comum de engrenagem cônica, enquanto a engrenagem cônica helicoidal possui dentes côncavos. Esse design curvo produz maior torque e empuxo axial do que uma engrenagem cônica reta. Dentes retos podem aumentar o risco de quebra e superaquecimento do equipamento, sendo mais propensos a quebrar. As engrenagens cônicas helicoidais também são mais duráveis ​​e têm vida útil mais longa do que as engrenagens helicoidais.
Engrenagens cônicas espirais e hipoides são utilizadas em aplicações com altas velocidades periféricas e que exigem baixíssimo atrito. São recomendadas para aplicações onde o nível de ruído é essencial. Engrenagens hipoides são adequadas para aplicações que exigem alto torque, embora o design helicoidal-espiral seja menos eficiente na frenagem. Por esse motivo, engrenagens cônicas espirais e hipoides geralmente são mais caras. Se você pretende comprar uma engrenagem nova, é importante saber qual delas é a mais adequada para a sua aplicação.
As engrenagens cônicas helicoidais são mais caras do que as engrenagens cônicas padrão e seu projeto é mais complexo. No entanto, elas têm a vantagem de serem mais simples de fabricar e menos propensas a produzir ruído e vibração excessivos. Além disso, possuem menos dentes para retificar, o que significa que são menos ruidosas do que as engrenagens cônicas helicoidais. O principal benefício desse projeto é a sua simplicidade, pois podem ser produzidas em pares, o que economiza tempo e dinheiro.
Na maioria das aplicações, as engrenagens cônicas helicoidais apresentam vantagens sobre as engrenagens cônicas helicoidais convencionais. Elas proporcionam uma distribuição mais uniforme da carga nos dentes e suportam cargas maiores sem fadiga superficial. O ângulo da espiral dos dentes também influencia a carga axial. É possível fabricar uma engrenagem cônica helicoidal convencional com dois eixos helicoidais, mas a diferença reside na quantidade de empuxo aplicada a cada dente individual. Além de ser mais resistente, a engrenagem helicoidal proporciona a mesma eficiência que a engrenagem helicoidal convencional.

Engrenagens hipoides

A principal aplicação das caixas de engrenagens hipoides é na indústria automotiva. Elas são tipicamente encontradas nos eixos traseiros de carros de passeio. O nome deriva do ângulo da espiral esquerda do pinhão e do ângulo da espiral direita da coroa. As engrenagens hipoides também se beneficiam de um centro de gravidade deslocado, o que reduz o espaço interno dos carros. Elas também são usadas em caminhões e ônibus pesados, onde podem melhorar a eficiência de combustível.
As engrenagens cônicas hipoides e espirais podem ser produzidas por fresagem de faceamento, um processo que gera peças de alta precisão e superfície lisa. Esse processo permite superfícies de flanco precisas e topografias de alívio pré-projetadas. Esses processos também aumentam a resistência mecânica das engrenagens em 15 a 20%. Além disso, podem reduzir o ruído e melhorar a eficiência mecânica. Em aplicações comerciais, as engrenagens hipoides são ideais para garantir uma operação silenciosa.
O design conjugado permite a produção de conjuntos de engrenagens hipoides com coroamento longitudinal ou de perfil. Essa característica torna o conjunto de engrenagens insensível a imprecisões na carcaça e a deflexões sob carga. Além disso, o coroamento permite ao fabricante ajustar os deslocamentos operacionais para obter os resultados desejados. Essas vantagens fazem dos conjuntos de engrenagens hipoides uma opção desejável para diversos setores industriais. Então, quais são as vantagens das engrenagens hipoides em relação às engrenagens helicoidais?
O projeto de uma engrenagem hipoide é semelhante ao de uma engrenagem cônica convencional. Suas superfícies primitivas são hiperbólicas, em vez de cônicas, e os dentes são helicoidais. Essa configuração também permite que o pinhão seja maior do que um pinhão cônico equivalente. O projeto geral da engrenagem hipoide permite eixos de grande diâmetro e um pinhão grande. Ela pode ser considerada um híbrido entre uma engrenagem cônica e uma engrenagem sem-fim.
Em veículos de passageiros, as engrenagens hipoides são praticamente universais. Seu funcionamento mais suave, maior resistência do pinhão e peso reduzido as tornam uma escolha desejável para muitas aplicações veiculares. Além disso, uma carroceria mais baixa também contribui para a redução da altura do veículo. Essas vantagens levaram todas as principais montadoras a adotarem eixos de transmissão hipoides. Vale ressaltar que elas são menos eficientes do que suas contrapartes com engrenagens cônicas.
A característica de projeto mais básica de uma engrenagem hipoide é que ela mantém contato linear em toda a área de engrenamento. Em outras palavras, se um pinhão e uma coroa giram com um incremento angular, o contato linear é mantido em toda a sua área de engrenamento. A relação de transmissão resultante é igual aos incrementos angulares do pinhão e da coroa. Portanto, as engrenagens hipoides também são conhecidas como engrenagens helicoidais.

Editor por CX 2023-05-10