Princípios básicos

Introdução

As engrenagens são usadas em milhares de dispositivos mecânicos. Elas realizam várias tarefas importantes, mas a mais importante é que elas fornecem uma redução na transmissão em equipamentos motorizados. E isso é essencial porque, frequentemente, um pequeno motor girando muito rapidamente consegue fornecer energia suficiente para um dispositivo, mas não consegue dar o torque necessário. Por exemplo, uma chave de fenda elétrica tem uma redução de transmissão muito grande, porque precisa de muito torque para girar os parafusos, mas o motor só produz quantidade de torque pequena e velocidade alta. Com a redução de transmissão, a velocidade de saída pode ser diminuída e o torque, aumentado.

Mais uma coisa que as engrenagens fazem é ajustar a direção de rotação. Por exemplo, no diferencial existente entre as rodas traseiras do seu carro, a energia é transmitida por um eixo que passa pelo centro do carro, o que faz com que o diferencial tenha de "deslocar" essa energia em 90º, para aplicá-la sobre as rodas.

Há muitas complicações nos diferentes tipos de engrenagens. Neste artigo, vamos aprender a maneira exata como funcionam os dentes das engrenagens, e vamos falar sobre os diferentes tipos de engrenagens encontradas nos equipamentos mecânicos.

Princípios básicos

Em qualquer engrenagem, a relação é determinada pelas distâncias que vão do centro das peças até o ponto de contato. Por exemplo, em um dispositivo com duas engrenagens, se uma delas tiver o dobro do diâmetro da outra, a relação será de 2:1.

Um dos tipos de engrenagem mais primitivos que podemos ver seria uma roda com estacas de madeira em suas extremidades.

O problema desse tipo de engrenagem é que a distância do centro de cada engrenagem até o ponto de contato muda de acordo com a rotação delas. O que significa que a relação de engrenagens se altera com o seu giro, fazendo com que a velocidade também mude. Se você usasse engrenagens assim no seu carro, seria impossível manter uma velocidade constante: haveria uma incessante aceleração e desaceleração.

Muitas engrenagens modernas utilizam um perfil de dentes especial chamado de involuntárias. Esse perfil tem a propriedade extremamente importante de manter uma relação de velocidade constante entre as duas engrenagens. Assim como a roda com estacas acima, o ponto de contato se movimenta, mas as formas dos dentes da engrenagem involuntária compensam esse movimento.

Engrenagens de dentes retos

As engrenagens de dentes retos são o tipo mais comum de engrenagens. Elas têm dentes retos e são montadas em eixos paralelos. Há situações em que muitas dessas engrenagens são usadas juntas para criar grandes reduções na transmissão.

Engrenagens de dentes retos são utilizadas em muitos dispositivos, como a chave de fenda elétrica, as figuras que dançam, o aspersor oscilante, o relógio de corda, a máquina de lavar roupas e a secadora de roupas. Mas você não vai encontrar esse tipo de engrenagem no seu carro.

E isso porque a engrenagem de dentes retos pode ser muito barulhenta. Cada vez que os dentes se encaixam, eles colidem e esse impacto faz muito ruído. Além disso, também aumenta a tensão sobre os dentes.

Para reduzir o ruído e a tensão das engrenagens, a maioria das engrenagens do seu carro é helicoidal.

Engrenagens helicoidais

Os dentes nas engrenagens helicoidais são cortados em ângulo com a face da engrenagem. Quando dois dentes em um sistema de engrenagens helicoidais se acoplam, o contato se inicia em uma extremidade do dente e gradualmente aumenta à medida que as engrenagens giram, até que os dois dentes estejam totalmente acoplados.

Este engate gradual faz as engrenagens helicoidais operarem muito mais suave e silenciosamente que as engrenagens de dentes retos. Por isso, as engrenagens helicoidais são usadas na maioria das transmissões de carros.

Devido ao ângulo dos dentes de engrenagens helicoidais, elas criam um esforço sobre a engrenagem quando se unem. Equipamentos que usam esse tipo de engrenagem têm rolamentos capazes de suportar esse esforço.

Algo interessante sobre as engrenagens helicoidais é que se os ângulos dos dentes estiverem corretos, eles podem ser montados em eixos perpendiculares, ajustando o ângulo de rotação em 90º.

Coroas

As coroas (ou engrenagens cônicas) são úteis quando a direção da rotação de um eixo precisa ser alterada. Elas costumam ser montadas em eixos separados por 90º, mas podem ser projetadas para funcionar em outros ângulos também.

Os dentes das coroas podem ser retos, em espiral ou hipóides. Dentes retos de coroa acabam tendo o mesmo problema que na engrenagem de dentes retos: conforme cada dente se junta ao outro, ele causa impacto de uma só vez no dente correspondente.

Assim como com as engrenagens de dentes retos, a solução para esse problema é curvar os dentes. Esses dentes em espiral se juntam da mesma maneira que os dentes helicoidais: o contato começa em uma extremidade da engrenagem e se espalha pela peça toda progressivamente.

Em coroas retas e em espiral, os eixos devem ser perpendiculares um em relação ao outro, mas também é necessário que estejam no mesmo plano. Se você tivesse que estender os dois eixos através das engrenagens, eles acabariam se cruzando. A engrenagem hipóide, por outro lado, consegue juntar eixos em planos diferentes.

Engrenagens hipóides no diferencial de um carro

Essa característica é usada em muitos diferenciais de carros. Tanto a cremalheira do diferencial como o pinhão de entrada são hipóides. Isso permite que o pinhão de entrada seja montado em um plano inferior