Baixe Redutores e outras Trabalhos em PDF para Engenharia de Produção, somente na Docsity! 1. Introdução. O redutor de velocidade como o próprio nome diz tem como finalidade reduzir velocidade de rotação em eixos. Os redutores são utilizados em diversas áreas da industria, onde são acoplados em diversos tipos de equipamentos, exemplo disso são as caixas de cambio pois o cambio de um carro não deixa de ser um redutor de velocidade. Tipos de redutores Os redutores mais utilizados no mercado são os de engrenagens cilíndrica com dentes retos e eixos paralelos, engrenagem cilíndricas com dentes helicoidais e eixos paralelos e tipo coroa e rosca sem fim. Também existem os redutores chamados epicicloidais. Este tipo de redutor utiliza em sua configuração, engrenagens comuns de dentes retos e uma ou mais engrenagens de dentes internos. Os redutores epicicloidais são normalmente indicados quando se procura um sistema mais compacto e com capacidade para trabalhar com altas taxas de redução. Redutores coaxiais são mais compactos e de construção sólida, são disponíveis com reduções duplas, triplas, quadruplas, e sêxtuplas, e contém engrenagens cilíndricas de dentes helicoidais esses pares de engrenagem são acondicionados em carcaças de ferro fundido com parede interna que serve de reforço e ao mesmo tempo de mancal. Figura : Redutor de engrenagens cilíndricas com dentes helicoidais e eixos paralelos. Fonte: Cestari Figura : Redutor do tipo "coroa e rosca sem fim" Fonte : Cestari Figura : Redutor de engrenagens helicoidais Fonte : Cestari 2. Mancais de rolamento. Deslizamento x Rolamento: Comparação Por definição, é função de um mancal posicionar duas partes de uma estrutura ,ou dois elementos, de forma que seja possível existir movimento relativo entre elas. Este movimento relativo e seu tipo são conseqüências diretas dos requisitos físico-mecânicos do mecanismo que o mancal fará parte, porém, a solução de um problema de escolha de um mancal deve ser iniciada com a análise dos seguintes quesitos: • Compatibilidade de funções mecânicas, isto é, definir as condições de funcionamento do mancal, para que este não influa negativamente no funcionamento do conjunto. • Vida mínima exigida. • Grau de confiança necessária. • Condições do ambiente (temperatura de trabalho, presença de atmosfera corrosiva, existência de vibração,...). • Limitações no acesso à lubrificação. • Custo. A partir das respostas obtidas com a análise acima, o projetista deve se decidir por uma das duas classes de mancais existentes. 1... Mancais de Deslizamento. Historicamente foram os primeiros a serem utilizados - seu uso data de milhares de anos. A classe dos mancais de deslizamento inclui todos aqueles que possuem como principal movimento o deslizamento entre as superfícies que estão em contato. Incluem todos os tipos de mancais deslizantes usados no posicionamento de eixos e de estruturas em movimento numa direção radial e ou axial, e ainda guias para movimentos lineares de vários tipos. Nestes tipos de mancais os fluidos lubrificantes que podem ser utilizados são muitos, variando radiais. Já os projetados para suportar cargas que atuam na direção do eixo são chamados radiais. Cada tipo de rolamento tem propriedades características que o tornam particularmente apropriado para certas aplicações. Na maioria dos casos entretanto, vários fatores devem ser considerados quando da seleção do tipo de rolamento e nenhuma regra geral pode ser estabelecida. Assim, os fatos que devem ser levados em consideração na escolha do tipo de rolamento a ser utilizados são: • Espaço disponível (dimensões e números de carreiras). • Magnitude e direção da carga (dimensões, tipo de corpos rolantes e se será radial ou axial). • Grau de desalinhamento (rolamento fixo ou auto-compensador). • Precisão (tolerâncias - folgas internas). • Velocidade. • Ruído. • Rigidez (corpos rolantes, pré-carga). • Deslocamento axial. 3. Seleção de Rolamentos Um arranjo de rolamentos não consiste apenas nos rolamentos em si, mas também inclui os componentes associados aos rolamentos, como o eixo e a caixa. O lubrificante também é um componente muito importante do arranjo de rolamentos porque ele precisa evitar o desgaste e proteger contra corrosão para que os rolamentos possam apresentar máximo desempenho. Além destes, o vedante também é um componente muito importante, cujo desempenho é de importância vital para a limpeza do lubrificante. A limpeza possui um efeito profundo na vida útil do rolamento, motivo pelo qual os lubrificantes e vedantes se tornaram parte dos negócios da SKF. Para projetar um arranjo de rolamentos, é necessário selecionar um tipo de rolamento apropriado e determinar um tamanho de rolamento apropriado, mas isso não é do. Vários outros aspectos precisam ser considerados, como: • Um projeto e forma adequados dos outros componentes do arranjo. • Ajustes apropriados e folga interna (pré-carga) do rolamento. • Dispositivos de suporte. • Vedantes adequados. • Tipo e quantidade de lubrificante. • Métodos de instalação e remoção, etc. Cada decisão individual afeta o desempenho, confiabilidade e economia do arranjo de rolamentos. A quantidade de trabalho envolvida depende de já haver experiência com arranjos semelhantes. Quando falta tal experiência, quando existem requisitos extraordinários ou quando os custos do arranjo de rolamentos e qualquer item relacionado exigem considerações especiais, muito mais trabalho é necessário, incluindo, por exemplo, cálculos e/ou testes mais precisos. Existem muitas formas construtivas de rolamentos para várias aplicações como visto na pesquisa. Para a aplicação no redutor de velocidade com engrenagem cilíndrica de dentes retos trabalharemos com o rolamento rígido de esferas pelas seguintes características: • Tipo mais econômico e abrangente de rolamento; • Simples montagem e desmontagem; • Travamento axial utilizando o próprio rolamento e encostos; • Funcionamento silencioso e precisão de giro; • Cargas Radiais e ausência de cargas axiais; • Pouco espaço; • Construção simétrica; Devido à alta carga dinâmica encontrada a saída escolhida foi trabalhar com rolamentos rígidos de duas carreias de esferas devido a sua alta capacidade de carga em relação ao seu diâmetro, que proporciona maior estabilidade no funcionamento. Devido a sua dupla carreira de esferas. Figura : Rolamento rígido de duas carreiras Fonte: SKF Materiais para Rolamentos Existem mais de 100.000 materiais diferentes disponíveis para um projeto de engenharia. Assim, o primeiro passo na seleção de materiais para qualquer aplicação é reduzir este número enorme de possibilidades para um bem menor, eliminando os materiais incompatíveis com a função do que se quer projetar, e dando maior enfoque àqueles que possuem melhor combinação de propriedades e custo para aplicação determinada. Os materiais usados em engenharia podem ser divididos em nove grandes grupos: 8... Critérios de Escolha Existem pelo menos duas razões para que um material seja escolhido para uma aplicação especial: o material sempre foi usado nesta circunstância, ou possui as características apropriadas. Dentre todas as propriedades dos materiais, as mais importantes na seleção de um material são: • Propriedades mecânicas. • Disponibilidade de matéria prima e novos materiais. • Fabricabilidade, a capacidade de um material ser fabricado por vários processos (estampagem, prensagem, moldagem, etc). • Estabilidade: o material em serviço pode ser afetado pela flutuação de temperatura, exposição à radiação, tempo, etc., o que pode acarretar estabilidade. Contudo, durante este processo a dureza cai abaixando a capacidade de carga, a resistência à corrosão diminui. A precipitação de carboneto de cromo devido a têmpera remove cromo da matriz, impedindo-o de aumentar a resistência ao ataque corrosivo. Portanto a escolha precisa ser feita entre a resistência máxima à corrosão ou a máxima estabilidade dimensional. Normalmente adota-se a têmpera a baixa temperatura para ótima resistência à corrosão (obtendo-se baixa dureza - em torno de 200 dureza Brinell) e é 15 feito um tratamento abaixo de zero para reduzir a austenita retida e deixar o rolamento o mais estável possível. 11... Cerâmicos. Os materiais cerâmicos resistem bem a abrasão e corrosão, possuem baixa condutividade térmica e também alta resistência ao calor. O baixo coeficiente de dilatação térmica torna os cerâmicos uma alternativa aos metais utilizados em alguns mancais, pois estão menos sujeitos a aumentos de fricção nos rolamentos com o aumento de temperatura. Na produção de materiais cerâmicos, as propriedades como forma e tamanho precisam ser especificadas previamente pois raramente estes materiais são trabalhados ou cortados no tamanho desejado após a concepção. Se ocorrem falhas em serviço, dificilmente as peças de materiais cerâmicos são consertadas, tendo que ser repostas na maioria das vezes. Estrutura e Propriedades. Os materiais cerâmicos são formados por ligações iônicas ou covalentes, que são altamente estáveis, resultando num alto ponto de fusão. Na fabricação, peças cerâmicas dificilmente atingem a densidade teórica, sendo portanto, peças porosas. Devido à porosidade e à presença de microrachaduras, os cerâmicos são materiais pouco dúcteis e frágeis. O nitreto de silício é um dos cerâmicos utilizados em esferas de rolamentos. Em aplicações como turbinas para aeronaves, uma das vantagens inclui a baixa densidade, que reduz a tensão proporcionada pela força centrífuga das esferas sobre os anéis a altas velocidades. Outras vantagens: menor geração de calor, baixo coeficiente de expansão que reduz a perda de folga interior durante altos gradientes de temperatura, comportamento elástico a altas temperaturas e maior resistência a corrosão. São necessários um acabamento muito suave e uma densidade próxima à teórica para a utilização efetiva de esferas de nitreto de silício. Rolamentos híbridos com esferas de nitreto de silício e anéis de aço podem operar até 300oC, e evitam a dificuldade de se confeccionar anéis cerâmicos. Seleção de Rolamentos Um arranjo de rolamentos não consiste apenas nos rolamentos em si, mas também inclui os componentes associados aos rolamentos, como o eixo e a caixa. O lubrificante também é um componente muito importante do arranjo de rolamentos porque ele precisa evitar o desgaste e proteger contra corrosão para que os rolamentos possam apresentar máximo desempenho. Além destes, o vedante também é um componente muito importante, cujo desempenho é de importância vital para a limpeza do lubrificante. A limpeza possui um efeito profundo na vida útil do rolamento, motivo pelo qual os lubrificantes e vedantes se tornaram parte dos negócios da SKF. Para projetar um arranjo de rolamentos, é necessário selecionar um tipo de rolamento apropriado e determinar um tamanho de rolamento apropriado, mas isso não é do. Vários outros aspectos precisam ser considerados, como: • Um projeto e forma adequados dos outros componentes do arranjo; • Ajustes apropriados e folga interna (pré-carga) do rolamento, • Dispositivos de suporte, • Vedantes adequados, • Tipo e quantidade de lubrificante, • Métodos de instalação e remoção, etc. Cada decisão individual afeta o desempenho, confiabilidade e economia do arranjo de rolamentos. A quantidade de trabalho envolvida depende de já haver experiência com arranjos semelhantes. Quando falta tal experiência, quando existem requisitos extraordinários ou quando os custos do arranjo de rolamentos e qualquer item relacionado exigem considerações especiais, muito mais trabalho é necessário, incluindo, por exemplo, cálculos e/ou testes mais precisos. Existem muitas formas construtivas de rolamentos para várias aplicações como visto na pesquisa. Para a aplicação no redutor de velocidade com engrenagem cilíndrica de dentes retos trabalharemos com o rolamento rígido de esferas pelas seguintes características: • Tipo mais econômico e abrangente de rolamento; • Simples montagem e desmontagem; • Travamento axial utilizando o próprio rolamento e encostos; • Funcionamento silencioso e precisão de giro; • Cargas Radiais e ausência de cargas axiais; • Pouco espaço; • Construção simétrica; Devido à alta carga dinâmica encontrada a saída escolhida foi trabalhar com rolamentos rígidos de duas carreias de esferas devido a sua alta capacidade de carga em relação ao seu diâmetro, que proporciona maior estabilidade no funcionamento. Devido a sua dupla carreira de esferas. 4. Materiais para Gaiolas As tensões nas gaiolas são geralmente baixas, mas como as gaiolas são friccionadas entre os anéis internos e externos e os elementos rolantes, o material precisa deslizar entre os componentes em condições de baixa lubrificação e sem um desgaste muito grande. As cargas máximas suportadas pelos rolamentos auto-lubrificados são menores do que aqueles que utilizam de lubrificantes líquidos, já que estes não possuem capacidade de dispersar o calor gerado com o atrito entre seus componentes. Além disso, as altas cargas acabam por quebrar (pressão de contato) o filme lubrificante, aumentando o atrito entre as partes do rolamento e consequentemente aumentando o desgaste do corpos rolantes, anéis e gaiolas. 6. Lubrificação de redutores Importância de uma seleção correta O lubrificante é responsável por: • Criar a película que diminui o atrito entre peças, • Dissipar calor que é gerado em função das perdas; • Indicar condições do equipamento; O lubrificante é responsável também pelo rendimento da transmissão, pois existe um fator chamado “perda na agitação”, ou seja o óleo deve conter uma viscosidade perfeita para a lubrificação, mas não deve prover perdas grandes de agitação,que seriam prejudiciais ao sistema. De acordo com seu formato e disposição dos seus dentes, as engrenagens são classificadas em: • Engrenagens cilíndricas retas (ou rodas dentadas cilíndricas de dentes retos); • Engrenagens cilíndricas helicoidais (ou rodas dentadas cilíndricas de dentes helicoidais); • Engrenagens cônicas helicoidais; • Engrenagens duplas ou “Espinha de Peixe”; • Engrenagens de parafuso sem fim; • Engrenagens hipoidais; • Pinhão e cremalheira. E de acordo com cada tipo de engrenagem, temos um escorregamento diferente: Figura : Tipo de escorregamento de redutores Fonte: Machinery Magazine As engrenagens de dentes retos são de funcionamento um tanto ruídos, porque os dentes entram em contato entre si e se separam de uma só vez, em todo o comprimento de seu flanco. As engrenagens de dentes inclinados ou helicoidais são, ao contrário, de funcionamento mais suave, porque mais do que um dente de cada engrenagem está simultaneamente em contato com os dentes da outra, e este contato é iniciado e perdido gradativamente, do que resulta, entretanto, uma maior ação de deslizamento entre os flancos dos dentes. No caso das engrenagens cilíndricas helicoidais, com eixo paralelos, existe um certo esforço, que é transmitido ao longo do eixo (esforço axial) tornando-se necessário o emprego de um mancal de escora. Este esforço é anulado no caso das engrenagens duplas, porque os dentes em V criam esforços axiais iguais e de sentidos contrários, que se anulam. Nas engrenagens de parafuso sem fim, as de menor rendimento mecânico,existe uma ação de deslizamento muito pronunciada entre os dentes do parafuso e da coroa, ação que tende a remover película produzida por lubrificante que não seja suficientemente resistente, do que resulta a tendência de tais engrenagens funcionarem as temperaturas elevadas e de sofrerem considerável desgaste. Métodos de lubrificação de engrenagens Os métodos mais comuns de lubrificação de engrenagens são os seguintes: manual, por banho de óleo ou por sistema circulatório. Figura : Tipo de lubrificação de redutores. Fonte: Machinery Lubrication Magazine. • Manual: Geralmente feita por pincelagem. É o caso da lubrificação de engrenagens, expostas, com o emprego de composição betuminosas, aplicadas por meio de brochas, pincéis ou espátulas. Essas composições tem uma aderência maior que o óleo ou a graxa e são indicadas para engrenagens grandes, de baixa rotação, que transmitem cargas elevadas. Quando as composições betuminosas já são formulas com solventes leves, podem ser aplicadas a frio. Quando isto não se verifica, há a necessidade de se executar um pré-aquecimento, que deve ser feito em banho-maria, para evitar o super aquecimento do fundo da lata pelo fogo direto. Por razões de segurança, aconselha-se fazer a aplicação das composições com a engrenagem parada, de preferência ao final de um turno de serviço, pois o natural aquecimento do metal facilitará o espalhamento do lubrificante. • Banho ou por imersão: • Sem salpico: É o caso da lubrificação de engrenagens abertas, de grandes dimensões e baixa rotação. Aplicam-se óleos lubrificantes muito viscosos e até mesmas composições betuminosas leves. • Com salpico ou “splash lubrication” : Caso em que o nível do lubrificante é mantido de modo a que apenas os dentes da engrenagem inferior mergulhem no óleo. Se o nível for muito elevado, a rotação da engrenagem provocará um excesso de agitação, com maior tendência á formação de espuma e também com maior elevação da temperatura do óleo. Se for o caso de um moto redutor, o óleo poderá ultrapassar os retentores e atingir os enrolamentos, causando sérios problemas, como regra prática, recomenda-se que a roda inferior não deva mergulhar mais do que três vezes a altura do dente no banho. De acordo com testes e aplicações práticas esse tipo de lubrificação pode trabalhar com velocidades periféricas de até 60m/s em redutores de engrenagens cilíndricas de um a • Ciclo de trabalho e tempo de operação • Temperatiura de trabalho e temperatura do ambiente • Compatibilidade química com os metais, retentores vedações e rolamentos do equipamento; 7. Características para seleção em função do tipo de engrenagem. Engrenagens cilíndricas e cônicas retas ou helicoidais em caixas. Para essas engrenagens a escolha do óleo depende, principalmente da carga suportada pelos dentes e da velocidade periférica da engrenagem, Quanto maior for a potência transmitida pela engrenagem tanto maior será a carga suportada pelos dentes e, por conseguinte, maior deverá ser a viscosidade do lubrificante, face a problemas de resistência de película. Por outro lado, quanto maior for a velocidade periférica, maior será a viscosidade do óleo a ser usado. Daí a possibilidade de utilizarmos óleo de baixa viscosidade para engrenagens de alta velocidade visando melhor resfriamento e perdas por atrito. O atrito fluído e o calor por ele gerado aumentam á medida em que aumenta a velocidade das engrenagens e a viscosidade do óleo. Os óleos minerais puros são apropriados para a maioria das engrenagens desse tipo. Para engrenagens de turbinas e unidades similares de altas velocidades, dotada de sistema de circulação sob pressão, recomenda-se o emprego de um “óleo de turbina” com alta resistência á oxidação. Para engrenagens de médias e baixas velocidades, quando é muito grande a carga nos dentes ou quando ocorrem cargas de choque, os óleos minerais puros são inadequados á proteção contra desgaste e deformação das superfícies de contato dos dentes. Nessas circunstâncias, utilizam- se, com vantagens óleos com aditivos que lhes conferem propriedades de suporte de carga e anti-desgaste, sem que apresentem propriedades de extrema pressão. Em regra, os lubrificantes EP, não necessários para engrenagens desse tipo, embora aconselháveis para alguns modelos como, por exemplo, engrenagens cônicas de dentes helicoidais, onde há condições muito severas de contato entre os dentes. Engrenagens hipoidais Muito comuns em diferencias de veículos, estas engrenagens apresentam a vantagem de transmitir grandes potências, com dimensões reduzidas. Em decorrência, as condições de lubrificação nas engrenagens hipoidais são particularmente severas devido ao elevado grau de deslizamento que ocorre entre as superfícies de contato dos dentes e das cargas severas que lhes são impostas. Os óleos minerais puros ou óleos comuns, do tipo anti-desgaste, não são recomendados para essas condições, pois não podem evitar a ocorrência de uma deformação (“scuffing”) bastante severa. Recomenda-se, invarialmente, para essas engrenagens, os óleos de extrema pressão. Engrenagens de Parafuso sem fim Muito usadas para grandes reduções, são quase sempre do tipo fechadas, lubrificadas por salpico. A velocidade de deslizamento entre as superfícies de trabalho é muito elevada em relação á velocidade periférica da roda. De modo geral, quanto menor a velocidade de deslizamento do pinhão, maior viscosidade deve ter o óleo. Os óleos compostos, devidos á sua maior oleosidade, vêm sendo usados nesta aplicação. Além deles, óleos minerais puros ou contendo aditivos de extrema pressão suave são também utilizados. Engrenagens Abertas: Geralmente são do tipo cilíndrico ou cônico, de dentes retos e a sua lubrificação se faz normalmente por aplicação manual. As engrenagens abertas requerem lubrificantes bastante aderentes, a fim de que não sejam lançados fora dos dentes. 8. Memorial de Calculo Dados Prontos Descrição Valores e Unidades Rotação do motor (nm) 1800 rpm Rotação da esteira (ne) 35 rpm Potência do motor ( P ) 2 CV Numero de dentes Z1 10 Numero de dentes Z2 80 Numero de dentes Z3 20 Numero de dentes Z4 60 Numero de dentes Z5 14 Numero de dentes Z6 30 HB 450 kgf/mm² * f = Constante do material para o par de engrenagens 1512 par Comprimento do eixo L1 200mm Comprimento do eixo L2 200mm Comprimento do eixo L3 200mm Comprimento do eixo L4 200mm Coeficiente de bach (ά) 1,25 δF 500 kgf/cm² Dimensionamento das Engrenagens: 8.1...Calculo das rotações: 8.2...Calculo das potências: 8.3...Momento torçor em cada eixo: 8.4...Relação de transmissão: 8.5...Calculo do Fator de Forma: Figura : Tabela de fator de forma 8.15....1..... Momento Resultante: O Momento Resultante é resultado da raiz quadrada da somatória dos momento, fletor e torçor. 8.15....2..... Momento Ideal: 8.15....3..... Calculo do diâmetro do eixo: Eixo 2: Trabalharemos em seções para facilitar os cálculos. Para a primeira seção temos a seguinte função: TRECHO 1 (0<x<100) [mm] TRECHO 2 (100<x<175) [mm] TRECHO 3 (175<x<200) [mm] O Momento maximo está no centro do eixo, logo temos: 8.15....4..... Momento Resultante: O Momento Resultante é resultado da raiz quadrada da somatória dos momento, fletor e torçor. 8.15....5..... Momento Ideal: 8.15....6..... Calculo do diâmetro do eixo: Eixo 3: Trabalharemos em seções para facilitar os cálculos. Para a primeira seção temos a seguinte função: TRECHO 1 (0<x<100) [mm] TRECHO 2 (100<x<175) [mm] TRECHO 3 (175<x<200) [mm] O Momento maximo está no centro do eixo, logo temos: 8.15....7..... Momento Resultante: O Momento Resultante é resultado da raiz quadrada da somatória dos momento, fletor e torçor. 8.15....8..... Momento Ideal: 8.15....9..... Calculo do diâmetro do eixo: Eixo 4: Trabalharemos em seções para facilitar os cálculos. Para a primeira seção temos a seguinte função: TRECHO 1 (0<x<100) [mm] TRECHO 2 (100<x<200) [mm] O Momento maximo está no centro do eixo, logo temos: 8.15....10..... Momento Resultante: O Momento Resultante é resultado da raiz quadrada da somatória dos momento, fletor e torçor. 8.15....11..... Momento Ideal: 8.15....12..... Calculo do diâmetro do eixo: Dimensionamento das Chavetas: Figura : Tabela para escolha da chaveta. Norma DIN 6885. Consultando a tabela acima temos os seguintes dados para as chavetas, seguindo a norma DIN 6885, para chavetas quadradas. 8.16... Chaveta1: SUMARIO INDICE DE FIGURAS Figura 1: Redutor de engrenagens cilíndricas com dentes helicoidais e eixos paralelos. 1 Figura 2 : Redutor do tipo "coroa e rosca sem fim" 1 Figura 3: Redutor de engrenagens helicoidais 1 Figura 4: Tipos de Rolamentos. 3 Figura 5: Rolamento rígido de duas carreiras 7 Figura 6: Tipo de escorregamento de redutores 16 Figura 7: Tipo de lubrificação de redutores. 16 Figura 8: Lubrificação com salpico 18 Figura 9: Lubrificação por Circulação 18 Figura 10:Demostrativo de escolha da viscosidade na lubrificação por imersão 18 Figura 11: Demostrativo para escolha da viscosidade da lubrificação por circulação ou forçada. 18 INDICE DE SIGLAS df = diâmetro interno de = diâmetro externo dp = diâmetro primitivo p = passo v = vão do dente e = espessura hk = altura da cabeça hf = altura do pé do dente Z1 = nº de dentes da engrenagem m = modulo H = altura total do dente da engrenagem N = potência do motor n = numero de rotações Mt = momento torçor Ft = força tangencial Fr = força radial σadm = tensão admissível ƒ=constante de engrenamento.