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9 Tipos de Engrenagens e Suas Aplicações

A maioria das máquinas se utilizam das engrenagens para realizar os seus movimentos. Por isso, é de suma importância se atentar qual a mais adequada na hora de fazer o projeto. Ao optar pela engrenagem correta, a máquina vai precisar de menos energia para realizar um trabalho mais pesado, ou mais rápido, por exemplo. Porém, como vemos no título desse artigo, há muitos tipos de engrenagens e, por isso, deve-se ter bem claro o papel de cada uma para otimizar o funcionamento da máquina.

A Fluxo Consultoria, por exemplo, realizou um projeto de uma máquina de fabricação de salgados, cujas engrenagens eram peças-chave para a otimização de seu trabalho. Além das máquinas, as engrenagens ainda podem ser utilizadas em equipamentos, que cuja energia não provém de um motor.

As engrenagens têm como objetivo transmitir o movimento, de um eixo rotativo a outro, o que configura uma rotação motora através de dois cilindros. Eles podem se tocar tanto internamente, quanto externamente. Ou então, a rotação pode se dar entre um eixo rotativo e um trilho, que consiste em transformar o movimento de rotação em movimento de translação. Sendo assim, todas as engrenagens têm o papel de transmitir, essencialmente, a potência que está sendo aplicada em uma engrenagem para a outra. Tal transmissão, por sua vez, tem o intuito de movimentar outra parte da máquina, podendo diminuir ou aumentar a intensidade dessa mesma força. Isso pode se dar por diversas maneiras.

Nesse artigo, vamos analisar os tipos de engrenagens que existem no mercado e expor suas aplicações em setores dos mais diversos, como aviação, a indústria de defesa.

Tipos de Engrenagens

1. Cilíndrica de dentes retos

Esse tipo de engrenagem tem a finalidade de fazer variações na força e na velocidade de rotação de eixos, por meio da mudança do tamanho do raio da engrenagem. Ela possui dentes retos, que dão o nome à engrenagem, e são normalmente instalados em eixos paralelos, ligando os dentes de uma engrenagem com a outra.

Esse é um dos tipos de engrenagens que pode ser facilmente encontrado no mercado e possui baixo custo em relação a outros, devido à sua simplicidade na produção, porém há a desvantagem de produzir ruídos em seu funcionamento. Ainda há o fato de serem compactas, fáceis de instalar e altamente confiáveis. Outro ponto a se considerar é que essa engrenagem é comumente usada para transmitir grande quantidade de energia, além de ser extremamente eficiente na transmissão da energia fornecida a ela. Possui um percentual pequeno de dissipação e, com isso, otimiza o processo em que ela está inserido.

As engrenagens dentes retos têm uma ampla gama de aplicações, sendo utilizadas em motores, como marítimos e de automóveis, relógios, máquinas de lavar roupa, siderúrgicas e na fabricação de trens. Nos relógios mecânicos, por exemplo, elas são utilizadas para ajustar as velocidades relativas dos segundos, minutos e horas.

Hoje em dia, esses tipos de engrenagens também são confeccionados em impressão 3D, o que faz seu custo ser mais em conta.

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2. Cilíndrica de dentes helicoidais

Engrenagens cilíndricas de dentes inclinados, ou helicoidais, são construídas com dentes que não são alinhados e paralelos ao eixo. Ao invés disso, são inclinados de forma a definir um ângulo entre o eixo e o segmento dos dentes.

Uma vantagem desse tipo de engrenagem consiste no fato de que os dentes se engatam pouco a pouco, ao invés de toda a face ao mesmo tempo. Isso gera um impacto menor, que está estritamente relacionado à quantidade de ruído produzido. Sendo assim, as engrenagens cilíndricas de dentes helicoidais têm uma operação mais silenciosa em relação às de dente reto, por exemplo.

Além disso, podemos citar que para uma engrenagem de mesma largura, as engrenagens cilíndricas de dentes helicoidais podem sustentar mais carga comparado às de dentes retos. Isso porque o dente da primeira é maior, uma vez que está posicionada de forma inclinada. Assim, é proporcionada uma maior segurança ao lidar com forças e velocidades maiores.

As engrenagens cilíndricas de dentes helicoidais são utilizadas em vários segmentos da indústria, porém, sendo comum em indústria automobilística, em caixas de marchas, na indústria siderúrgica, na indústria ferroviária e alimentícia também, tendo sempre uma ampla ligação com grandes cargas e velocidades. Também deve-se levar em conta que, se o ruído é o principal critério de design, se vê necessário a escolha da engrenagem helicoidal.

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3. Cônica de dentes retos

Nesse tipo, a engrenagem possui uma forma cônica. É importante ter um cuidado maior com ela por ser inclinada e, assim, estar sujeita a emperramentos ou ao desencaixe. Por isso, o encaixe deve ser feito cautelosamente, a fim de evitar tais problemas.

A maior vantagem da engrenagem cônica é que ela pode mudar a direção de um giro e sua força, podendo transmitir a energia entre eixos com diferentes ângulos entre eles. Apesar disso, esse é um dos tipos de engrenagens que requerem precisão muito grande na montagem. Isso se dá porque o formato dos dentes deste tipo de engrenagem faz com que o impacto da movimentação atinja um dente por vez e, por isso, ela pode se tornar áspera e se desgastar com o tempo. Caso não sejam tomados os devidos cuidados, pode haver maior dificuldade na fabricação, pois a geometria da engrenagem não é fácil de ser confeccionada como a cilíndrica.

Outro ponto a ser levantado é o fato de que esse é um dos tipos de engrenagens que não suportam altas velocidades e cargas, justamente pelo fato dos dentes não serem paralelos em relação aos dentes da outra engrenagem à qual está ligada.

A engrenagem Cônica de Dentes Retos pode ser de diferentes tamanhos, pois costuma ser usada em muitos maquinários. Cabe assim à pessoa analisar qual o tamanho correto da peça para sua máquina.

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4. Cônica de dentes helicoidais

A engrenagem cônica de dentes helicoidais, assim como acontece na cilíndrica, possui diferenças claras em relação à reta. Sua forma permite um aproveitamento muito grande da energia que é oferecida ao sistema de engrenagem. Os dentes, por serem inclinados e de maior comprimento, aumentam a eficiência e diminuem os ruídos.

É importante frisar que, por conta de ser helicoidal, ela aguenta transmitir grandes cargas e altas velocidades e, por causa disso, deve ser feita por material que suporte o impacto que uma engrenagem irá receber da outra, para assegurar a segurança e durabilidade. 

Como foi dito, esse é um dos tipos de engrenagens que são utilizados em máquinas com sistemas que aguentem cargas maiores. Transmissões que precisam, além da sustentação da carga, velocidades de transmissão elevadas, também se utilizam dessa engrenagem.

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5. Cônica de dentes hipóides

As hipóides estão inseridas nas engrenagens cônicas, porém elas têm algumas particularidades que apresentam vantagens sobre as outras. A principal delas é ter os eixos das engrenagens descentralizados, ou seja, a linhas dos eixos não se encontram. Isso permite uma margem de translação do eixo da segunda engrenagem, que é compacto e pode ser usado em espaços limitados.

Outra vantagem é que as hipóides têm dentes longos, o que aumenta a cobertura dentada. Por essa razão, as engrenagens hipóides conseguem transmitir mais torque do que engrenagens helicoidais simples no mesmo espaço.

No entanto, a separação dos eixos causa um deslizamento adicional dos dentes e gera maior quantidade de calor, obrigando o uso de óleos lubrificantes especiais, que são os de alta viscosidade e devem ser aplicados periodicamente. Podemos perceber, então, que é um dos tipos de engrenagens requer um cuidado particular.

Podemos ressaltar que, como nas engrenagens cônicas de dentes espirais, as hipóides aguentam cargas maiores, até maiores do que as espirais, porém são utilizadas para baixas velocidades.

As hipóides têm algumas aplicabilidades comuns com a cônica helicoidal, porém é utilizada em casos de cargas maiores e caso precise se adaptar a alguma particularidade explicitada acima. O sistema de transmissão do carro, por exemplo, se utiliza do hipóide por ser silencioso e, principalmente, devido à propriedade de descentralização dos eixos. Além dos carros, também são usados em tratores e caminhões com pesos maiores.

6. Cônica de dentes espirais

As engrenagens cônicas de dentes em espiral apresentam os dentes inclinados e curvos, em espiral, como o próprio nome diz. Ela carrega em si as principais propriedades das cônicas, que é um suporte maior em questão de cargas muito elevadas, operação silenciosa e a otimização da transmissão de potência em relação às não-cônicas, tendo uma eficiência maior.

Sendo assim, sua particularidade consiste na capacidade de operar com números maiores de rotações por minuto sem maiores problemas. Isso permite que esse tipo de engrenagem seja utilizada em atividades que tenha esse objetivo de alcançar maiores velocidades, como exemplo a indústria automobilística.

Além disso, a engrenagem cônica com dentes em espiral é muito requisitada quando há a necessidade de mudança da rotação de um eixo, uma vez que a configuração inclinada e curva de seus dentes permite tal operação. Seus dentes são fixos em um determinado ângulo, o que permite a distribuição da pressão e suavidade na interação das peças, características que permitem adequação a inúmeras atividades.

Apesar disso, devido à configuração especial de seus dentes, esse é um dos tipos de engrenagens que possui alto custo de fabricação.

Existem empresas que produzem engrenagem cônica com dentes em espiral específicas para cada projeto. Sua fabricação e desenvolvimento variam de acordo com a finalidade, mas ela tem ampla aplicação na indústria alimentícia, em suas máquinas e aparelhos, em algumas partes de motores de carros, junto com as engrenagens helicoidais e hipóides, na indústria petrolífera e na mineração também.

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7. Parafuso sem-fim

A engrenagem parafuso sem-fim opera de forma diferente em relação às outras.

O mecanismo consiste em outra engrenagem, como uma de dentes retos, girar, fazendo a engrenagem sem-fim se movimentar também, porém em velocidade bem menor.

Portanto, a engrenagem sem fim é muito utilizada quando é necessário que a velocidade de transmissão da força para uma segunda engrenagem seja reduzida. Esse tipo de engrenagem costuma ter reduções de 1:20, chegando até a valores maiores do que 1:300. Grande parte dos modelos de engrenagens nesse caso opera em altas velocidades, e a engrenagem sem-fim é utilizada para diminuir essa velocidade, já que ela possui uma taxa de transmissão mais baixa.

Outro fato é que muitas engrenagens sem-fim têm uma propriedade interessante diferente das demais: o eixo (rosca sem-fim), gira a engrenagem (pode ser de dente reto) facilmente, mas a engrenagem não consegue girar o eixo. Essa característica é útil para máquinas como transportadores, nos quais a função de travamento pode agir como um freio para a esteira quando o motor não estiver funcionando.

A aplicação desse tipo de engrenagem se dá por sistemas de embreagens, em relógios, sistemas de elevadores e em diversos equipamentos industriais que necessitam de alta precisão de movimento e/ou precisem de uma redução de velocidade alta durante o processo.

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8. Planetárias

A engrenagem planetária é constituída, normalmente, por 4 engrenagens. Elas são a engrenagem solar, que fica na parte externa, as 3 engrenagens satélites, que são aquelas que giram em torno da solar e a engrenagem anelar, acoplada ao eixo do suporte.

Esse tipo de engrenagem tem o papel de captar a alta velocidade de rotação proporcionada por um motor e transformá-la em um grande torque, que é transmitido para as engrenagens satélites, alcançando a otimização da potência.

Além disso, a engrenagem planetária possui vantagens em relação às outras, como um produto mais compacto e mais leve para a potência produzida e alta resistência, mesmo sendo leve. Também temos que falar que ela é ideal para clientes que querem alcançar altos índices de redução, já que esse tipo de engrenagem consegue ter uma redução de velocidade relevante em relação às outras.

Essas engrenagens têm aplicações em automóveis, em que são necessários torques menores. Mas além disso, elas são usadas dentro das indústrias, por exemplo, em controle de turbinas eólicas e alimentadores de papel e motores elétricos.

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9. Cremalheira

As cremalheiras consistem em um mecanismo simples, mas que tem muitas aplicações. A engrenagem cilíndrica (ou helicoidal), normalmente de dentes retos, é acoplada ao trilho, que é chamado de cremalheira. As duas formas geométricas diferentes desse tipo de engrenagem (uma cilíndrica e outra retilínea) permitem transformar o movimento circular em longitudinal, por meio do trilho horizontal, ou vice-versa.

Essa engrenagem é geralmente usada em operações que precisam de um controle de um operador, já que este pode controlá-las por um sistema onde se aciona e desliga a atividade da engrenagem.

Nós encontramos esse tipo de sistema na direção de automóveis, em portões de correr automáticos, utilizados nas maiorias dos condomínios hoje em dia, em ferrovias, possibilitando que o trem passe em terrenos íngremes e em inúmeras máquinas industriais.

Ainda podemos encontrar a cremalheira em elevadores de obras, que facilita a movimentação de pessoas e materiais no andamento da mesma. Assim, podemos perceber que esse tipo de engrenagem, apesar de ser simples, tem muitas aplicações e utilidades no mercado.

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De um modo geral, é possível perceber que os tipos de engrenagens têm inúmeras utilidades, em todo tipo de indústria e, por isso, é de suma importância. Fique atento a esse fato no detalhamento do projeto, antes de começar a construir a sua máquina, para garantir o seu máximo aproveitamento.

Está pensando em construir uma máquina ou equipamento próprio? Leia mais em nosso artigo sobre como fazê-lo!

Fluxo Consultoria

Somos um grupo de graduandos da UFRJ que decidiu ir além das salas de aula da mais tradicional Escola de Engenharia do Brasil. Em busca de vivência empresarial e experiência em gestão, queremos nos preparar o quanto antes para o mercado de trabalho. Para isso, realizamos projetos de engenharia com a supervisão dos professores para resolver os problemas de nossos clientes.

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