Como funcionam as engrenagens

As engrenagens são usadas em vários dispositivos mecânicos. Mais importante ainda, eles proporcionam uma redução de marcha em equipamentos motorizados. Isso é fundamental porque muitas vezes um pequeno motor girando muito rápido pode fornecer energia suficiente para um dispositivo, mas não torque suficiente, a força que faz com que um objeto gire em um eixo ou torça. Por exemplo, uma chave de fenda elétrica tem uma redução de engrenagem muito grande (redução na velocidade de uma máquina rotativa, como um motor elétrico) porque precisa de muito torque para girar os parafusos. Mas o motor produz apenas uma pequena quantidade de torque em alta velocidade. Com uma redução de engrenagem, a velocidade de saída pode ser reduzida enquanto o torque é aumentado.

As engrenagens também mudam o sentido de rotação. Por exemplo, no diferencial entre as rodas traseiras do seu carro, a potência é transmitida por um eixo que desce pelo centro do carro, e o diferencial tem que girar essa potência 90 graus para aplicá-la às rodas.

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Existem muitas complexidades nos diferentes tipos de engrenagens. Neste artigo, aprenderemos exatamente como funcionam os dentes das engrenagens e falaremos sobre os diferentes tipos de engrenagens que você encontra em todos os tipos de dispositivos mecânicos.

Você provavelmente já ouviu falar de relações de transmissão, especialmente quando se trata de carros. A relação de transmissão é o número de voltas que o eixo de saída dá enquanto o eixo de entrada gira uma vez. Se a relação de transmissão for 2:1, então a engrenagem menor gira duas vezes enquanto a engrenagem maior gira apenas uma vez. Isso também significa que a engrenagem maior tem o dobro de dentes que a engrenagem menor. A engrenagem maior é chamada apenas de "engrenagem", enquanto a engrenagem menor também é chamada de pinhão.

Um dos tipos mais primitivos de engrenagem que poderíamos observar seria uma roda com estacas de madeira saindo dela. O problema com este tipo de engrenagem é que a distância do centro de cada engrenagem até o ponto de contato muda à medida que as engrenagens giram. Isso significa que a relação de transmissão muda conforme a engrenagem gira, o que significa que a velocidade de saída também muda. Se você usasse uma marcha como essa em seu carro, seria impossível manter uma velocidade constante – você estaria acelerando e desacelerando constantemente.

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Muitas engrenagens modernas usam um perfil de dente especial denominado evolvente. Este perfil tem a propriedade muito importante de manter uma relação de velocidade constante entre as duas engrenagens. Como a roda de pinos acima, o ponto de contato se move, mas o formato do dente da engrenagem envolvente compensa esse movimento.

Agora vamos dar uma olhada em alguns dos diferentes tipos de engrenagens.

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As engrenagens de dentes retos são o tipo mais comum de engrenagens. Possuem dentes retos e são montados em eixos paralelos. Às vezes, muitas engrenagens de dentes retos são usadas ao mesmo tempo para criar reduções de engrenagem muito grandes.

As engrenagens de dentes retos são usadas em muitos dispositivos que você pode ver em todo o HowStuffWorks, como a chave de fenda elétrica, o monstro dançante, o aspersor oscilante, o despertador de corda, a máquina de lavar e a secadora de roupas. Mas você não encontrará muitos em seu carro.

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Isso ocorre porque a engrenagem reta pode ser muito barulhenta. Cada vez que um dente da engrenagem engata em um dente da outra engrenagem, os dentes colidem e esse impacto produz um ruído. Também aumenta a tensão nos dentes da engrenagem.

Para reduzir o ruído e o estresse nas engrenagens, a maioria das engrenagens do seu carro são helicoidais, o que explicaremos a seguir.

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

O engate gradual das engrenagens helicoidais faz com que elas operem de maneira muito mais suave e silenciosa do que as engrenagens de dentes retos. Por esta razão, as engrenagens helicoidais são utilizadas em quase todas as transmissões de automóveis.

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Devido ao ângulo dos dentes nas engrenagens helicoidais, eles criam uma carga de impulso na engrenagem quando engrenam. Dispositivos que utilizam engrenagens helicoidais possuem rolamentos que podem suportar essa carga axial.