A Importância da Folga em Engrenagens: Por Que os Sistemas de Transmissão por Engrenagens Devem Permitir Folga?

No projeto e fabricação de sistemas de transmissão por engrenagens, a folga é um parâmetro crucial de engenharia. Refere-se à pequena folga entre os perfis dos dentes de engrenagens engrenadas. Seja um redutor de engrenagem planetária, um redutor de engrenagem sem-fim ou um redutor de engrenagem paralela, todos os tipos de dispositivos de transmissão por engrenagens exigem ajustes adequados de folga com base nas condições reais de aplicação. Este artigo analisará sistematicamente as cinco razões principais para a folga nas engrenagens e discutirá seu impacto específico em diferentes tipos de redutores.

1. A inevitabilidade física da expansão térmica: a influência dos materiais e da temperatura

Durante a operação da engrenagem, o atrito e a carga geram calor, provocando a expansão térmica das engrenagens e da carcaça. Diferentes materiais possuem diferentes coeficientes de expansão térmica; por exemplo, as taxas de expansão de carcaças de liga de alumínio e engrenagens de aço diferem significativamente. Portanto, as variações dimensionais devem ser consideradas durante a fase de projeto.

1.1 Resposta de expansão sob condições de alta temperatura

Em ambientes industriais de alta temperatura ou em cenários de operação contínua, a temperatura dos redutores servo ou dos redutores de motores elétricos pode aumentar significativamente. Se for adotado um design sem folga (zero-backlash), os engrenagens, após a expansão térmica, perderão completamente seu espaço operacional, levando à compressão direta das superfícies dos dentes, aumento acentuado do atrito e, por fim, travamento ou até danos nas superfícies dos dentes. Portanto, a folga é uma necessidade física para lidar com a expansão térmica.

2. A condição necessária para lubrificação: o espaço necessário para a formação da película de óleo

A película de óleo lubrificante entre as superfícies dos engrenagens desempenha um papel importante no isolamento do contato direto metal com metal e na redução do desgaste e do ruído. A folga lateral fornece o espaço necessário para que o óleo lubrificante penetre na área de engrenamento e forme uma película hidrodinâmica suficientemente espessa.

2.1 Requisitos de lubrificação de diferentes redutores de velocidade

Os redutores de engrenagens angulares e os redutores de engrenagens cônicas possuem caminhos de lubrificação complexos devido aos eixos das engrenagens concorrentes, exigindo o uso do pequeno espaço criado pelo folga para direcionar o óleo lubrificante e distribuí-lo por toda a superfície dos dentes. Os redutores montados no eixo são normalmente utilizados em ambientes empoeirados, e seu projeto de vedação e folga devem ser considerados em conjunto para evitar vazamentos de óleo, ao mesmo tempo que garante uma lubrificação interna adequada.

3. Requisitos de engenharia para montagem e manutenção: operabilidade e vida útil

Os sistemas de engrenagens requerem montagem no local, inspeção regular e manutenção. O design sem folga torna a montagem extremamente difícil, às vezes exigindo ferramentas especializadas e um ambiente de montagem com temperatura rigorosamente controlada, aumentando significativamente os custos de instalação e manutenção.

3.1 Considerações práticas para processos de montagem

Para redutores de engrenagens montados em eixo ou redutores pequenos, o espaço de instalação geralmente é limitado, e as posições relativas das engrenagens podem precisar ser ajustadas durante a montagem. Uma folga razoável permite que as engrenagens "flutuem" ligeiramente, facilitando o alinhamento e a instalação em condições de campo, sem exigir uma precisão de montagem extremamente elevada.

3.2 Facilidade de manutenção e relubrificação

Os sistemas de engrenagens podem exigir desmontagem para inspeção, substituição de engrenagens ou reposição de lubrificação durante sua vida útil. A presença de folga torna a desmontagem e remontagem mais viável. Por exemplo, ao realizar a manutenção de redutores de engrenagem sem-fim ou redutores de engrenagens cônicas, os técnicos podem separar com mais facilidade as peças engrenadas para inspeção ou substituição, sem danificar as superfícies dos dentes devido a apertos excessivos.

4. Considerações específicas sobre folga em diferentes tipos de redutores

4.1 W redutor de engrenagem sem-fim

Devido às suas características de engrenamento deslizante, os redutores de engrenagem sem-fim geram uma quantidade significativa de calor durante a operação, e o eixo do sem-fim é propenso a deformação por flexão. A folga é normalmente maior do que em outros tipos de redutores, a fim de acomodar simultaneamente a expansão térmica, os requisitos de lubrificação e a deformação elástica. Em redutores de engrenagem sem-fim de ângulo reto utilizados em transmissões direcionais espaciais, a deformação torcional da carcaça sob carga também deve ser considerada em relação à redução da folga.

4.2 redutor de engrenagem paralela e redutor de engrenagem em linha

Os redutores de engrenagem paralela e os redutores de engrenagem em linha possuem eixos de engrenagem paralelos, o que os torna relativamente simples de fabricar e montar. Sua folga considera principalmente a elevação de temperatura, deformação sob carga e requisitos de lubrificação. Em aplicações de redutores de engrenagem com variação de velocidade, a folga também deve corresponder às características dinâmicas do mecanismo de mudança de velocidade, a fim de evitar impactos ou vibrações.

A folga lateral é a arte da engenharia de sistemas

O ajuste da folga dos engrenagens não é um parâmetro isolado, mas uma reflexão abrangente da ciência dos materiais, termodinâmica, mecânica dos fluidos, fabricação mecânica e engenharia aplicada. Dos redutores de engrenagem sem-fim até os redutores planetários, dos redutores angulares aos redutores montados em eixo, cada tipo de redutor requer um valor de folga personalizado com base em seu ambiente de trabalho específico, características de carga, requisitos de precisão e vida útil.