O documento discute tipos de engrenagens cilíndricas de dentes retos, sua função principal de transmissão de movimento rotativo e torque, tipos como pião-cremalheira e helicoidal. Explica conceitos como linha de ação, ângulo de pressão, perfis evolvente e cicloidal, nomenclatura, lei das engrenagens e considerações sobre cálculo de carga e tensões nos dentes.

1. Engrenagens cilíndricas de
dentes retos
Alan Christie da Silva Dantas

2. Motivação
• Extensamente usadas para transmissão de
movimento em maquinas industriais;
– Rotativo – rotativo;
– Rotativo – linear.
• Caixas de transmissão de tratores, caminhões e
altomóveis.
• Redutores em geral.

3. Função principal
• Transmissão de movimento rotativo e Torque
entre dois eixos.
w2
w1

4. Tipos de Engrenagens
Eng. cilíndricas Pião - cremalheira
Engrenagem interna Engrenagem helicoidal

5. Tipos de Engrenagens
Eng. Cônicas
Eng. Espinha de peixe
Eng. Cônicas Parafuso sem-fim

6. Considerando como rodas de
fricção
Sendo 1 a roda motora (pinhão) e 2 a roda movida
(coroa) temos:
2
2
1
1. r
w
r
w
vt =
=
1
2
1
2
2
1
d
d
r
r
w
w
=
=
Vt
1
1
2
2

7. Com o aumento do esforço a ser
transmitido
• Rodas de fricção não
são confiáveis;
– Risco de
escorregamento.
• Deve-se utilizar
reentrâncias para
garantir o contato e a
transmissão de
cargas.
•Nenhum intercâmbio, B1 e B;
•Necessidade de construção vários Pares;

9. Utilização de perfis padronizados
• Para aumentar a intercambiabilidade;
– diminui o nr. de peças no estoque.
• Facilita na confecção devido ao uso de
ferramentas padrão;

10. Nomenclatura

11. Nomenclatura
• Como elemento para determinar os parametros
da engrenagem o passo traz o incoveniente de
ser função de π.
Uso do módulo m,
π
p
z
d
m =
=

12. Nomenclatura
• Como elemento para determinar os parametros
da engrenagem o passo traz o incoveniente de
ser função de π.
Países de língua inglesa
usam o diametral pitch P,
p
d
z
P
π
=
=

13. Lei das engrenagens
– 1° Ponto de contato – perfil da base da engrenagem
motora toca o perfil da cabeça da engrenagem
movida;
– Meio do contato – as engrenagens se crusam no
ponto de tangencia da das circunferências o
chamado Ponto primitivo;
– Final do contato - o perfil da cabeça da engrenagem
motora toca e se afasta do perfil da base da
engrenagem movida.
No ponto primitivo vale a regra da razão de
transmissão

14. Linha e ângulo de ação
• A linha de ação é descrita
pela tragetória dos
pontos de contato
durante a transmissão de
forca de um par de
engrenagens.
• O ângulo de ação ou de
pressão é formado pela
linha de ação e a
tangente comum às duas
circunferencias.

15. Linha de ação

16. A geometria dos dentes
• Efeito do ângulo de pressão
Engrenagens que se acoplam
necessitam ter o mesmo angulo de
pressão e o mesmo módulo

18. Consideração dos perfis dos
dentes
• Para cada posição de um par de dentes
deve haver apenas um ponto de contato;
• A força normal comum aos dois perfís
deve passar pelo ponto primitivo.

19. Perfil evolvente
• Propriedades da
Evolvente:
– A forma da curva depende
somente do raio;
– A normal traçada de
qualquer um de seus
pontos é tangencial a
circunferência de base;
– É sempre externa a
circunferência de base.
Evolvente

20. Perfil evolvente

21. Vantagens e desvantagens
perfil evolvente
• Vantagens
– Admite pequenas folgas entre eixos.
• Variação do ângulo de pressão
– Traçado mais simples;
– Linha de ação é uma reta;
– Pressões nos dentes constantes.
• Desvantagens
– Contato entre linhas convexas;
• Alta pressão.
– Zmín maior;
– Rendimento ligeiramente inferior.

22. Perfil cicloidal

23. Vantagens e desvantagens
perfil cicloidal
• Vantagens
– Área de contato conformada maior;
• Pressão menor;
• Menor desgaste;
• Zmin adimissível é menor.
• Desvantagens
– Não permite folga alguma entre eixos;
– Traçado mais difícil;
– A pressão aumenta do centro para as
extremidades;
– Usinagem mais difícil.

24. Sistemas padronizados
• Usam m e P para padronizar as demais
dimenções.
– Normal
• a cabeça do dente é igual ao módulo.
– Composto 14o30;
• mistura os perfis evolvente no meio do dente e cicloidais na
base e na ponta.
– Stub 20o ;
• cabeça do dente menor que m.
– Fellow.
• Utiliza P como numerador para o diametro e denominador
para a altura dos dentes.

25. Interferência
• Contato entre dentes em mais de um ponto de
contato;
• Esforços excessivos na cabeça e na base dos
dentes;
• Geram mal funcionamento da transmissão;
• Pode gerada por relações de engrenamento
muito altas (acima de 6:1) e ou numero muito
pequeno de dentes do pinhão.

26. Interferência

27. Número mínimo de dentes
Relação do número mínimo de dentes, o angulo de ação, e a interferência.

28. Perfis deslocados ou corrigidos
• Usados quando a utilização de perfis normais produz
interferência;
• Ex. A distancia entre eixos n pode ser alterada
– Melhora a relação de contato;
– Possibilidade de produção de dentes mais largos;
– Engrenagens não são intercambiáveis;
– O ângulo de ação é modificado;
– Utilizam normalmente o método do deslocamento do circulo
primitivo.

29. Tipos de perfis deslocados
• Engrenamento V.
– As engrenagens são contruidas com ângulo
de ação menor, o que acarreta em um
deslocamento da circunferência primitiva.
• Engrenamento VO.
– São executados de tal forma que o pinhão
tem um deslocamento positivo da
circunferência primitiva e a coroa um
deslocamento negativo desta.
• Não há variação da distância entre eixos.

30. Trens de engrenagens
• Trens de
engrenagens são
utilizados para obter
altas relações de
transmissão com
engrenagens de
tamanho moderado.

31. Trens de engrenagens
• Trem simples
1
2
2
1
d
d
w
w
=
2
3
3
2
d
d
w
w
=
Multiplicando-se cada termo da
igualdade temos:
2
1
3
2
3
2
2
1
d
d
d
d
w
w
w
w
=
1
3
3
1
d
d
w
w
=

32. Trens de engrenagens
• Trem composto
1
2
2
1
d
d
w
w
=
3
4
4
3
d
d
w
w
=
Multiplicando-se cada termo da
igualdade temos:
3
1
4
2
4
2
3
1
d
d
d
d
w
w
w
w
=
3
1
4
2
4
1
d
d
d
d
w
w
=
Como w2 = w3, temos:

33. Calculo do no de dentes (z)
• Caracteristicas de z:
– No de dentes mínimo:
• Para evitar interferência;
• Diminuir tensões.
– O rendimento aumenta com z;
– É conveniente usar relações de transmissão
não inteiras;
• Evitando contato entre os mesmos dentes.
– É conveniente determinar-se primeiro z e
depois os diâmetros.

34. Método geral derminação de z
• Dada uma relação de engrenamento de 400 rpm (motor) para 40
rpm (eixo de saída). α=20o e m=2.
R =
1
10
40
400
= Que é maior que 6:1, logo:
1
5
1
2
1
10
×
= Sendo 5:1 proximo de 6:1 podemos reduzir esta
relação novamente a:
1
5
,
2
1
2
1
2
1
10
×
×
=
Estando as relações em orden devemos
observar qual é o zmín para um ângulo de
20o,

35. Método geral derminação de z
16
40
16
32
16
32
×
×
Z mín
Tipo de transmissao α=20° α=14°30’
Pequenas velocidades e pequendas cargas 10 18
Velocidades médias (6 – 9 m/s) 12 24
Cargas e velocidades elevadas(>15m/s) 16 30
Engrenamento externo z1+z2≥24
Engrenamento interno z2-z1≥10
Assim podemos escolher um número
minimo de dentes para cada pinhão,
Que devem ser verificados no grafico da
interferencia.

36. Solução final
Deste modo a solução final será:
onde:
z1 = 16, d1 = z.m = 16.2 = 32 mm
z2 = 32, d2 = z.m = 32.2 = 64 mm
z3 = 16, d3 = z.m = 16.2 = 32 mm
z4 = 32, d4 = z.m = 32.2 = 64 mm
z5 = 16, d5 = z.m = 16.2 = 32 mm
z6 = 40, d6 = z.m = 40.2 = 80 mm

37. Relação de transmissão de
binários
2
1
2
1
1
2
2
1
d
d
z
z
w
w
M
M
η
η
η
=
=
=
Sendo W1 e W2 as Potências nas engrenagens 1 (motora) e 2 (movida),
e sendo η o rendimento do Par, temos:
W2 = ηW1 , como W = M.w, temos:
M2w2 = ηM1w1 deste modo temos:
n
W
n
W
w
W
M CV
716
55
,
9 =
=
=
M=m.Kg, W=Kgm/s, n=rpm, WCV=CV

38. Carregamento
• Pode ser simplificado:
– As pressões estão uniformemente distribuídas em
toda a largura do dente;
– Toda força é aplicada em um só dente;
– Não ocorre atrito.

39. Transmissão de potência
• n, shaft speed (rpm)
• T, torque (in lbs)
• P, power (hp)
000
,
63
n
T
P =
000
,
33
v
F
P =
• v, velocity (ft/min)
• F, force (lbs)
• P, power (hp)

40. Forças na Engrenagem
W
Wt
Wr
T
φ
W
Wt
Wr
T
φ
ω1
ω2
Pinhão
Engrenagem
Força normal (W) age
sobre a linha de
pressão(φ)

41. Forças na Engrenagem
• Torque transmitido:
• sendo: então:
• Logo:
2 63,000
t
d T n
P W
⎛ ⎞
= =
⎜ ⎟
⎝ ⎠
t
t
v
P
W
000
,
33
=
12
n
d
vt
π
=
φ
cos
t
r
W
W =
φ
tan
t
W
W =

42. Tensões nos dentes da
Engrenagem
φ
W
I
Mc
A
F
±
−
=
σ
• Existem tensões de flexão e de contato
• Analisado como uma barra engastada

43. Bending Stress
• Tensão de flexão
• Limite de segurança
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=
v
B
m
s
a
d
t
t
K
K
K
K
K
J
F
P
W
σ
at
R
L
t s
K
K
allow ⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=
σ
• J, fator de geometria
• Ka, fator de Aplicação
• Kv, fator dinâmico
• Ks, fator de tamanho
• Km, fator de distribuição de
carga
• KB, fator de espessura do
dente
• KL, fator de expectativa de
vida
• KR, fator de confiança

44. Contact Stress
• Tensão de contato
• Limite de segurança
I
D
F
C
W
C
C
C
C
p
v
t
m
s
a
p
c =
σ
ac
R
L
c s
K
K
allow ⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=
σ
• I, fator de geometria
• Cp, factor de elasticidade
• Ca, fator de aplicação(Ka)
• Cv, fator dinâmico (Kv)
• Cs, fator de tamanho (Ks)
• Cm, distribuição de carga (Km)
• CL, expecativa de vida (KL)
• CR, fator de segurança (KR)

45. Projeto de Engrenagens
• Proponha uma geometria basiada na
cinemática
• Selecione um material e um módulo.
• Determine tensões de contato e de flexão.
• Otimize o material e ou proponha um
tratamento térmico.
• Refaça os cálculos (se necessário)

46. Tipos de falhas dos dentes
• Ruptura:
– Força estática;
– Fadiga.

47. Tipos de falhas dos dentes
• Desgaste por
atritamento
• Desgaste por abrasão

48. Tipos de falhas dos dentes
• Desgaste por
arranhamento
• Desgaste por
transporte

49. Exemplo
Um pinhão com um diametral pitch = 6 com
angulo de ação = 200 e com 16 dentes e movido
por um motor elétrico de 5HP. Ele move uma
engrenagem de 36 dentes acoplada em um
misturador de cimento.O misturador gira a uma
rotação de 400 rpm. O Par de engrenagens tem
uma espessura de 1,25 polegadas na face e
uma qualidade AGMA de 8.
O pinhão e feito de aço AISI 4140 OQT 1000 e
a engrenagem e feite de um aço AISI 4140,
recozido.
Avalie o par de engrenagens baseado nas
tensões de contato e de flexão.

50. Tensão de flexão

51. Kv

52. Qv

53. J

54. Km

55. Ka

57. Tensão de contato

58. Fator de superfície I

59. Coeficiente Elástico Cp

60. Cp