www.sfeditora.com.br - Ano I - Edição 2
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›› Retrospectiva: BGC ITA - WZL 2019
TOP OF NITRIDING GASCON K2 EQUIPAMENTO DE NITRETAÇÃO GASOSA. Mais de 20 anos de experiencia levaram RÜBIG a desenvolver fornos de nitretação gasosa. Projetos individuais tornam possível a ótima integração em pequenos negócios, plantas de produção em série da indústria automotiva ou aeronáutica, assim como em OEM. São fornos horizontais fornos tipo campânula ou fornos tipo poço. GASCON 2 apresenta máxima eficiência e nitretação gasosa avançada.
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Individualidade Sistemas específicos customizados com soluções especiais
Operação eficiente Manutenção remota e diagnósticos On Line facilitam e melhoram sua eficiciência
Indústria 4.0 Fácil intercâmbio de informações entre o sistema supervisório e seu ERP
Durabilidade O uso de retorta de Inconel prolonga sua vida útil
Controle Possibilidade de controle da atmosfera via Kn2, Kc2 ou dissociação de amônia
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12
24
CONTEÚDO
51 JUL 2019 - NÚMERO 02
DEPARTAMENTOS
10
Notícias
COLUNAS
06
Editorial
Motion + Power Technology Em sintonia com a evolução dos tempos atuais e motivado principalmente com as novas tecnologias de acionamento automotivo, a feira americana Gear Expo mudou de nome.
EQUIPE DE EDIÇÃO SF Editora é uma marca da Aprenda Eventos Técnicos Eireli (19) 3288-0437 Rua Ipauçu, 178 - Vila Marieta, Campinas (SP)
08
Coluna Fazer Certo à Primeira Vez Indústria 4.0, Inteligência Artificial, Interação ou “comunicação” entre as máquinas, como isso será possível? “Fazer certo à primeira vez” Philip Bayard Crosby, definiu assim esse paradigma.
www.sfeditora.com.br www.aquecimentoindustrial.com.br Udo Fiorini Publisher udo@sfeditora.com.br • (19) 99205-5789 Sunniva Simmelink Revisão sunnivags@gmail.com •
CONTEÚDO TÉCNICO
12 16
Avanços na Produção de Engrenagens Helicoidais Duplas Holger Staub - Kapp Niles; Coburgo, Alemanha
Marcus Frediani Repórter Especial marcusfrediani@gmail.com • (11) 99993-8059
Engrenagens helicoidais duplas (engrenagens de espinha de peixe)
Gabrielly Guimel Redação -
são caracterizadas por uma disposição simétrica de dois dentes de
Diagramação
engrenagem idênticos.
gabrielly@sfeditora.com.br •
O Uso de Cementação a Baixa Pressão e Resfriamento a Gás de Alta Pressão para Processamento de Tratamento Térmico In-Line Dennis Beauchesne - ECM; - Pleasant Prairie, USA
(19) 3288-0437 André Júnior Vendas andre@grupoaprenda.com.br • (19) 3288-0437
Nos últimos 20 anos, a Cementação a Vácuo de Baixa Pressão (LPC Low
Igor Cerqueira Marketing
Pressure Vacuum Carburizing) tem sido cada vez mais aceita em várias
igor@grupoaprenda.com.br •
indústrias em todo o mundo como a escolha para a cementação de peças.
22
(19) 99229-2137
A Automação Molda a Indústria Rubig; Mitterhoferstraße, Áustria Fiel ao lema “Um segue perfeitamente o outro”, a RÜBIG está expandindo sua expertise na automação de sistemas de nitretação.
4 JULHO/2019
Revista Engrenagens
(19) 3288-0437 As opiniões expressadas em artigos, colunas ou pelos entrevistados são de responsabilidade dos autores e não refletem necessariamente a opinião dos editores.
CONTEÚDO
JUL 2019 - NÚMERO 02
ARTIGOS
24
Destaque: Entrevista Engrecon Negócios Bem Engrenados Marcus Frediani, Repórter Especial - Engrecon; Santana do Parnaíba - São Paulo, Brasil Qual o “segredo” de uma boa engrenagem? Bem, a par dos tecnicismos absolutamente necessários, a resposta para essa pergunta é bem simples e, na prática, se define por meio da soma de dois atributos.
29
Falando em Cônicas... Antonio Gallinucci - Engrecon; Santana do Parnaíba - São Paulo, Brasil Vamos nos aprofundar um pouco mais nos conceitos das engrenagens cônicas ESPIRAIS e HIPOIDAIS. É interessante iniciar pelo projeto dos blanks, uma vez que já sabemos como traçá-los.
36
Aços para Engrenagens Cementadas Antonio Carlos Zambon - Eaton - Grupo Veículos; São Paulo, Brasil Engrenagens podem ser fabricadas com uma grande variedade de materiais como não metálicos, ligas não ferrosas, materiais sinterizados.
42
Dimensionamentos Automáticos: Inicial, Final e de Modificações de Micro - Geometria Ilja Tsikur, Jose Luis Piña e Valeria Busacca, ESTUDIO PIÑA S.R.L. -KISSsoft AG Suiça e Latin American Partner Na primeira etapa, o dimensionamento aproximado da engrenagem é executado. O objetivo desta etapa é encontrar a distância entre centros ótima e a largura do dentado.
51
Análise Geométrica por Meio das Dimensões M Norberto Mazzo - Norberto Mazzo Consultoria; São Paulo, Brasil A análise geométrica do dentado de uma engrenagem física desconhecida, consiste em determinar os seus dados construtivos, como módulo normal, ângulo de perfil, ângulo de hélice sobre o diâmetro de referência, etc.
ÍNDICE DE ANUNCIANTES Página
Empresa
Contato
58
ALL Lubrificantes
www.alllubrificantes.com.br
54
ECM
www.ecm-furnaces.com
9
Eltropuls
www.eltropuls.de
Grupo Aprenda
www.grupoaprenda.com.br
Kapp Niles
www.kapp-niles.com
33, 4ª capa 19 3ª capa
Metalurgia
www.metalurgia.com.br
Portal Aquecimento Industrial
www.aquecimentoindustrial.com.br
2ª capa
Rübig
www.rubig.de
7
StarSU
www.star-su.com.br
3
Tubotech
www.tubotech.com.br
28
Revista Engrenagens
JULHO/2019 5
EDITORIAL
MOTION + POWER TECHNOLOGY (EX GEAR EXPO)
E
m sintonia com a evolução dos tempos atuais
e de Modificações de Micro – Geometria - Ilja Tsikur -
e motivado principalmente com as novas
KISSsoft AG Suiça, Jose Luis Piña e Valeria Busacca,
tecnologias de acionamento automotivo, a
ESTUDIO PIÑA S.R.L., Argentina
feira americana Gear Expo mudou de nome depois de mais de 30 anos de existência. A edição 2019, a ser realizada de 15 a 17 de outubro em Detroit, passa
- Análise Geométrica por Meio das Dimensões M Norberto Mazzo - Norberto Mazzo Consultoria. Além de vários artigos técnicos de empresas
a se chamar Motion + Power Technology. Algo como
fabricantes de equipamentos de fabricação e
Tecnologia de Movimento e Força.
tratamento térmico de engrenagens. E, como
A organizadora do evento, a AGMA, Associação
havíamos prometido no editorial passado, publicamos
Americana dos Fabricantes de Engrenagens,
nesta edição uma reportagem / entrevista com
explica que “as mudanças foram diretamente em
a diretoria da Engrecon, tradicional fabricante
resposta à maneira como os clientes da indústria
brasileiro de engrenagens. Começando a serie que se
de engrenagens estão mudando. Atualmente os
estenderá pelas próximas edições.
engenheiros de projeto de engrenagens têm a tarefa
Veja na próxima edição a cobertura completa,
de especificar não só a engrenagem mas todas as
com fotos, do III Seminário de Engrenagens -
partes do sistema de que precisam, além de precisar
Usinagem e Tratamento Térmico. E já reserve na sua
cada vez mais da assistência dos fornecedores
agenda os dias 23 e 24 de setembro de 2020 quando
para ajudar a decifrar as necessidades do cliente e
será realizada a quarta edição - IV Seminário de
fornecer soluções completas. Agora, a Motion + Power
Engrenagens - Usinagem e Tratamento Térmico.
Technology Expo permitirá que todos os conjuntos
Boa leitura!
de soluções e tipos de transmissão de energia sejam
Udo Fiorini, Editor
exibidos ao mesmo tempo, atraindo mais a base de clientes”. Estaremos visitando a MPT Expo, esta é a designação abreviada do evento, que se realiza a cada dois anos em conjunto com o Heat Treat Show, feira dedicada ao mundo do tratamento térmico
Na Capa: Imagem de Engrenagens tirada na visita à empresa Engrecon, no qual foi feita uma entrevista aos representantes. Tivemos a presença do jornalista Marcus Frediani para a confeccção da matéria. Veja mais na página 12. Cortesia: Engrecon
organizada pela ASM International. Me coloco a disposição para quem estiver por lá. Você tem nas mãos uma revista extraordinária. Digo isso porque os artigos publicados são profundamente técnicos, inéditos e em sua maioria escrita por sulamericanos: - Falando em Cônicas... Antonio Gallinucci Engrecon; - Aços para Engrenagens Cementadas - Antonio Carlos Zambon – Eaton - Dimensionamentos Automáticos: Inicial, Final 6 JULHO/2019
Revista Engrenagens
Fig. Engrenagens Engrecon
EDITORIAL
Solução de todas suas necessidades em ferramentas para corte de engrenagens Ferramentas e Serviços Star SU oferece uma ampla variedade de ferramentas para corte de engrenagens e serviços, incluindo: • Fresas caracol (hobs) • Fresas de perfil • Cortadores shaper (Fellows®) • Cortadores Scudding® e Power Skiving • Cortadores Shaving • Ferramentas de chanfrar e rebarbar • Barras laminadoras • Cortadores de serras e cremalheiras • Engrenagens padrão (Master Gears) • Calibradores tampão e anel • Reafiação de ferramentas
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JULHO/2019 7
COLUNA
FAZER CERTO À PRIMEIRA VEZ!
C
omo especialista e apaixonado pelos processos de
hoje disponíveis, estão à mão, gerando de modo saudável,
usinagem High Precision, em especial a usinagem
uma espécie de “competição” entre fabricantes desses
por abrasão, como a retificação, o brunimento,
equipamentos, entre os usuários e entre os próprios
a lapidação e o espelhamento, utilizando abrasivos e
pesquisadores! Controle dimensional/geométrico, desde
superabrasivos em máquinas dedicadas e precisas,
o corte do material, “do bom material”, sua usinagem,
sempre que posso, em minhas palestras e cursos, coloco
tratamento térmico e preparação, até sua chegada ao
essa questão: “...são máquinas fim de linha, portanto,
acabamento final, isso sim, cumpre as premissas de
clientes de todas as operações que precedem a finalização
Crosby! A peça assim usinada, terá confiabilidade! O “zero
da qualidade, da capabilidade e dos custos operacionais”.
defeito”, será uma consequência! Em inúmeros “cases”,
Indústria 4.0, Inteligência Artificial, Interação
como consultor, enfrentando grandes desafios, em
ou “comunicação” entre as máquinas, como isso será
grandes empresas, relembro ter trabalhado a fundo, nos
possível? “Fazer certo à primeira vez” Philip Bayard
“desbastes”, na preparação, nas operações precedentes,
Crosby, definiu assim esse paradigma, ou ainda, definiu o
para conseguir o sucesso no acabamento final! Nas
conceito pragmático de “zero defeito”!
engrenagens, não poderia ser diferente, como membro no
Se minha máquina, fim de linha, de onde se espera
ENGRENA ITA, tenho a nítida sensação, de ter encontrado
obter a qualidade final, com capabilidade e custos
um caminho, onde as ações na indústria, se fundem, ou se
reduzidos, receber um somatório de “pequenos defeitos”,
fundirão com as teorias acadêmicas e vice-versa e, isso é
de nada irá adiantar, ser ela de última geração, dotada
extraordinário! Essa verdade, mais uma vez se confirmou,
de sensores e inteligência artificial “comunicativa”, se
com a realização desse brilhante evento, THE BRAZILIAN
não for “ouvida” pelos seus “fornecedores”! A crescente
GEAR CONFERENCE 2019 ITA-WZL. Parabéns ao ITA, por
exigência, na qualidade superficial de alguns materiais
essa iniciativa, parabéns ao prof. Dr. Ronnie Rego e sua
e na precisão dimensional/geométrica, em direção à
equipe, pois acredito, que o ENGRENA ITA, poderá sim,
nanotecnologia é hoje, pura realidade, discutida nos
ser a mola propulsora, para o início da tão comentada e
centros de pesquisas em engenharia de superfícies, já
desejada INDÚSTRIA 4.0 aqui no Brasil!
que os equipamentos laboratoriais de altíssíma resolução
Por Angelo Valdir Lanza, ALL Lubrificantes.
SEW-EURODRIVE BRASIL ANUNCIA MAIOR REDUTOR PLANETÁRIO DO MUNDO JÁ FABRICADO PARA OS MERCADOS DE AÇÚCAR E ÁLCOOL A SEW-EURODRIVE BRASIL, multinacional alemã, acaba de lançar o maior redutor planetário da AL e Brasil (equipamento que tem por objetivo reduzir a velocidade e aumentar a força) para diversos segmentos, como açúcar, álcool, mineração e borracha. É o maior lançamento da empresa brasileira nos últimos anos. Segundo Hiram Andreazza de Freitas, diretor Industrial e de Desenvolvimento da SEW-EURODRIVE BRASIL, “esses produtos foram projetados pela equipe de Pesquisa e Desenvolvimento da empresa no país, com a utilização das mais avançadas técnicas de design, entre simulação por elementos finitos e análise otimizada na topologia de dentes”, destaca. Recentemente, também foi lançado o Novo Complexo Industrial de Indaiatuba (SP), em um terreno de 300 mil m2 e o Complexo Fabril, com 100 mil m2, na qual foram implementados os mais sofisticados processos de produção, com investimento que chegou a quase 1 bilhão de reais.
8 JULHO/2019
Revista Engrenagens
COLUNA
ELTROPULS
Fornos de Nitretação por Plasma e Suporte por Especialistas
Proteção contra o desgaste através da Nitretação por Plasma , Nitrocarbonetação por Plasma e Oxidação.
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Novidades
EVENTOS
BGC19 Professor Colaborador da Divisão de Engenharia Mecânica, Ronnie Rego
THE BRAZILIAN GEAR CONFERENCE ITA-WZL
Os dias 31 de julho e 1 de agosto
estado-da-arte em engrenagens
marcaram a realização da
e sistemas de transmissão, além
segunda edição do evento “The
de estudos de caso de sucesso de
Brazilian Gear Conference
parceria Acadêmico-Industrial.
ITA-WZL” (BGC19). Organizado
Desenvolvimento de produto,
em conjunto pelo ITA e pela
tecnologias de fabricação e
Universidade RWTH Aachen
testes de engrenagens foram
(Alemanha), respectivamente
os principais temas abordados
representados pelos seus
nas palestras, estas registradas
laboratórios CCM e WZL, o
em livreto distribuído aos
BGC19 foi conduzido no Parque
participantes.
Tecnológico São José dos Campos.
O BGC19 dispôs de uma área
O evento reuniu 190 pessoas
de exposições, onde 8 empresas
de mais de 80 organizações
puderam fazer demonstrações
de diferentes setores ligados à
técnicas de suas tecnologias aos
cadeia produtiva de engrenagens.
participantes, através de stands
Os participantes puderam
exclusivos. Duas novidades
desfrutar de palestras voltadas
foram a Área de Co-criação e
aos fundamentos teóricos e ao
o Espaço do Futuro. A Área de
Aplicação de realidade aumentada apresentada no Espaço do Futuro
Co-criação buscou promover um ambiente simultaneamente descontraído e técnico, propício a interações criativas entre os participantes. No Espaço do Futuro, os participantes puderam experimentar tecnologias definidas como pilares da próxima revolução industrial, como Apresentação da Bancada de Ensaios de Engrenagens durante a visita ao CCM-ITA. Momento de confraternização durante o almoço 10 JULHO/2019
Revista Engrenagens
inteligência artificial e realidade aumentada.
Novidades
EVENTOS O BGC 19 ainda apresentou os resultados do Plano Piloto do Engrena ITA. Lançada no BGC 17, a iniciativa é uma aliança entre corporações com o objetivo de potencializar a prospecção de pesquisas e a disseminação de conhecimento na temática de engrenagens e sistemas de transmissão de potência. Durante seu primeiro ano, 24 empresas
Na foto acima, o engenheiro Norberto Mazzo
do setor aderiram à iniciativa,
tecnológica nas áreas de
15 propostas de projetos foram
processos de fabricação e
prospectadas, envolvendo 29
automação, incluindo uma equipe
corporações - 23 nacionais e 6
dedicada a projetos de inovação
internacionais.
de engrenagens e sistemas
Ao final de cada dia, todos os participantes tiveram a
transmissão de potência. A próxima edição do “The
oportunidade de conhecer as
Brazilian Gear Conference
instalações e competências
ITA-WZL” está confirmada para
do CCM-ITA. O Centro de
acontecer em julho de 2021.
Competência em Manufatura
Reserve sua agenda para o
(CCM-ITA) desenvolve pesquisa
BGC21!
Nas fotos ao lado (de cima para baixo): Discussões após apresentações com Antonio Carlos Zambon e Angelo Valdir Lanza; Stands de alguns dos expositores do evento e Bandeira do evento Revista Engrenagens
JULHO/2019 11
CONTEÚDO TÉCNICO
AVANÇOS NA PRODUÇÃO DE ENGRENAGENS HELICOIDAIS DUPLAS Por Holger Staub
Fig. 1. ZP24
E
ngrenagens helicoidais duplas
civil. Os requisitos crescentes para
(engrenagens de espinha de
redução de peso e economia de
peixe) são caracterizadas por
combustível levam a tamanhos
uma disposição simétrica de dois dentes de engrenagem idênticos
Spindel: 5. 600.06.020.02 Spindelplatz ,, A’’ Min. Kollisionsabstand 3 mm
decrescentes de formas de projeto. Engrenagens tipo solar Schlichtscheibe
com ângulos de hélice exatamente
ou planetárias típicas de tais
opostos. Como resultado desta
transmissões têm aproximadamente
simetria, as forças axiais na caixa de
os seguintes parâmetros principais
engrenagens negam uma a outra.
(valores baseados em uma peça
Distanzring 2.002.05.219.04
de trabalho proposta para ser
Schlichtscheibe
Por muitos anos, essas engrenagens helicoidais duplas,
mostrada na IMTS - International
como exemplo para componentes
Manufacturing Technology Show em
com interferência geométrica,
2018, não uma peça de trabalho do
têm sido um desafio especial no
cliente):
acabamento de engrenagens.
• 44 dentes
Embora no passado as aplicações
• Módulo de 3,5 mm (DP 7,26 pol.)
militares de tamanho reduzido de lote pudessem ter sido o foco principal, agora há um aumento atual na demanda por engrenagens helicoidais duplas em redutores planetários para motores na aviação
Spindel: 5. 600.06.020.02 Spindelplatz ,, B’’ Fig. 3. Fuso retificador dressável
• Diâmetro externo de 175 mm (6,9 pol.) • Largura total de 130 mm (5,1 pol.) • Espaço entre as duas engrenagens 30 mm (1,18 pol) • Peso 13 kg (28,7 lb) Assumindo que a distância entre as duas engrenagens poderia ser reduzida em apenas 10 mm (0,39 pol) da largura total e, conseqüentemente, o peso da peça
Fig. 2. Peça de trabalho da KAPP NILES apresentada na IMTS 12 JULHO/2019
Revista Engrenagens
Fig. 4. Fusos retificadores CBN tradicionais
diminuiria aproximadamente 7,7%,
aeronave. Na verdade, a Kapp Niles
uma redução massiva na indústria
comprovou, com a combinação ideal
aeroespacial diretamente ligada
de máquina, fuso de retificação
à economia de combustível da
e ferramenta, que os clientes
CONTEÚDO TÉCNICO Kollisionsfreheit zur Gegenverzahnung nur 0,3 mm
Fig. 5. Liberdade de colisão para dentes opostos de apenas 0,3 mm
Fig. 7. Fuso retificador com peça única CBN/ Ferramenta arbor
poderiam alcançar ou até superar esse objetivo de
diâmetro ideal para a largura de gap disponível,
projeto.
garantindo qualidade consistente em toda a vida útil
O acabamento duro dos flancos dos dentes de
da ferramenta. Retificá-los só é possível com uma
engrenagens só pode ser feito por retífica de perfil.
interação ideal entre máquina e ferramenta. Como
Inerente ao processo, o gap é necessário entre os
em todos os setores, é importante manter o equilíbrio
dentes da engrenagem para a saída da ferramenta.
entre os custos e a produtividade sem comprometer a
Conceitos tradicionais de ferramentas são rebolos de
precisão.
perfil dressáveis ou não dressáveis de CBN, montados
Para atender a todas as demandas dos clientes, a
com parafusos em um ou dois fusos de retífica. Os
KAPP NILES desenvolveu ferramentas 3D exclusivas
diâmetros das ferramentas são muitas vezes restritos
para otimizar projetos de engrenagens - geralmente em
a aprox. 80-100 mm (3.15-3.94 pol) pelo tamanho do
várias iterações junto aos clientes. Os parâmetros que
fuso, interferência do eixo de retífica e no caso de
podem ser otimizados incluem:
ferramentas dressáveis, é claro, pela faixa de diâmetro adicional necessária para a dressagem.
• Diâmetro da ferramenta: claro, esse parâmetro é o mais óbvio e diretamente relacionado ao fuso
Mas essas soluções de retífica tradicionais não atendem mais às crescentes demandas relacionadas à redução de gaps (= peso), qualidade, acabamento
de retífica avançado da Kapp Niles (veja abaixo) e fabricação de ferramentas de CBN. • Ângulo de rotação da ferramenta: frequentemente
de superfície, mas também às demandas diárias de
subestimado, mas um meio muito eficaz para encurtar
produção por economia otimizada no competitivo
a linha de contato entre a ferramenta e a peça, mas
mercado civil global aeroespacial.
como um efeito colateral negativo, perdendo por vezes
Ao retificar engrenagens helicoidais duplas, as ferramentas Kapp Niles CBN oferecem a vantagem decisiva de que podem ser projetadas com o
o equilíbrio das forças de desbaste entre os dois flancos, exigindo maior rigidez no fuso de retífica. • Posição do ponto DHC: às vezes uma posição fora do centro pode fornecer folga adicional para o disco na
ø8.5
48
possibilidade inesperada de redução do gap. • Outros recursos, como chanfro, arredondamento de borda, etc. Também, esses recursos podem fornecer possibilidades inesperadas de melhoria. Como estudo de caso, o processo de otimização com um conhecido fabricante europeu de motores aeroespaciais
Liberdade de colisão de apenas 0,6 mm Chanfro de 1x45º é necessário antes do processamento! Fig. 6. Step 4: Redução do GAP para 14 mm
civis e militares é citado: 1. O projeto inicial do cliente começou também com uma gap de 30 mm e um tamanho de rebolo convencional e fuso disponível em sua máquina Kapp Revista Engrenagens
JULHO/2019 13
CONTEÚDO TÉCNICO diâmetro da ferramenta para 60 mm (2,36 pol.) pelo fuso especial com contra-ponto, mas com discos CBN e mandril do fuso separadamente 3. O segundo estågio foi girar as duas engrenagens uma contra a outra (= movendo o ponto DHC para fora do centro) para que o disco possa usar o gap oposto como folga adicional. Nesta etapa, um gap de 18 mm (0,7 pol) foi alcançado com o diâmetro do rebolo de 50 mm (1,97 pol.) 4. O desafio final foi a solicitação do cliente para um gap de 15 mm (0,59 pol.), ou seja, menos da metade do projeto inicial com redução aprox. Redução de peso de Fig. 8. Fuso retificador especial
10 por cento. KAPP NILES atendeu este desafio com: • projeto integrado do disco CBN e roda fuso mesmo com tamanho de grão CBN duplo para desbaste e acabamento; • Diâmetro do disco CBN 30 mm (1,18 pol); • ângulo de basculamento otimizado da ferramenta; • recomendação de pequeno chanfro para fornecer folga final. 5. O projeto final do cliente retornou a um tamanho de gap um pouco maior permitindo novamente a separação dos discos CBN do mandril para um ótimo custo da ferramenta, mas tambÊm porque aparentemente todo o design da caixa de engrenagens,
Fig. 10. Medição
incluindo rolamentos, etc. nĂŁo podia ser reduzido
Niles existente (o ano de fabricação Ê 1993 e ainda Ê
adequadamente.
usada 24/7 para produção aeroespacial!) 2. O primeiro estågio de redução foi minimizar o
Durante todos os estĂĄgios de otimização, os protĂłtipos foram retĂficados na Kapp Niles para a plena
SF EDITORA Udo Fiorini E-mail: udo@sfeditora.com.br Fone: +55 (19) 3288-0677 | 3288-0437
14 JULHO/2019
Revista Engrenagens
CONTEÚDO TÉCNICO Optimisation DHC point
Measuring
Stock removal documentation (example VX series)
Fig. 9. Medições
satisfação do cliente final, afirmando que ele nunca
das tarefas mais exigentes é a cadeia de processo de
viu um processo tão avançado em qualquer máquina
alinhamento orientado para sobremetal, retificação,
de retificação de engrenagens no mercado. A compra
medição e documentação da remoção de material,
de uma nova retífica de engrenagens e ferramentas
otimizando a posição do ponto DHC. Com a sonda de
de CBN foi apenas o passo final lógico para o cliente
medição integrada e os pacotes de software associados,
estar preparado para a futura produção deste avançado
essas tarefas podem ser executadas de uma maneira
motor de aeronave.
particularmente fácil de usar nas máquinas Kapp Niles.
Mas mesmo a escolha final da máquina de
Mesmo que o sistema de medição de precisão
retificação de engrenagens mais adequada foi um
integrado na máquina apresente uma correlação
processo completo, uma vez que a KAPP NILES fornece
excepcional com medição externa CMM, não é possível
a mais ampla gama de conceitos de máquinas para
abrir mão de medição externa. Para este fim a KAPP
retificar engrenagens helicoidais duplas em vários
NILES Metrology desenvolveu soluções especiais para a
tamanhos. Seja com peça na horizontal (série VX)
indústria aeroespacial.
ou com eixo de peça vertical (série ZE e ZP), todas
As máquinas de medição universal de alta precisão
as máquinas podem ser equipadas com soluções
com design tipo ponte com cabeçotes de mediação
inovadoras em hardware e software para a retificação
dispostos verticalmente para peças complexas são
de engrenagens helicoidais duplas. Mas qual é a melhor
usadas com sucesso na indústria aeroespacial.
máquina de retificação sem ferramentas e software otimizados? Na maioria dos casos, um processo de dois estágios
A recém-desenvolvida máquina de medição de engrenagens KNM 2X com orientação horizontal da cabeça de medição para medições extremamente
com a ferramenta de usinagem de desbaste e de
precisas de engrenagens de tamanho menor até 300
acabamento com CBN é necessário para obter as taxas
mm de diâmetro da peça é perfeitamente adequada
máximas de remoção de material e a qualidade da
para a medição de engrenagens helicoidais duplas.
superfície. Para este propósito, um fuso retificador
Além da inspeção padrão de perfil, passo, inclinação
aprimorado com contra-ponto foi desenvolvido, o que
e runout de acordo com a norma DIN 3960/62 ou AGMA
permite precisão e produtividade únicas, mesmo com o
2000 (ou outras normas), a medição e determinação exata
menor diâmetro de disco. Uma interface HSK embutida
do ponto APEX de engrenagens de espinha de peixe, com
reduz os tempos de set-up da ferramenta ao mínimo.
um abrangente pacote de software de avaliação, garante
O contorno do fuso foi especialmente projetado para
uma certificação final de qualidade.
evitar interferências em ângulos de hélice elevados, o RPM é adaptado para pequenos diâmetros de
Sobre o autor: Holger Staub é gerente de
ferramentas e o mais importante é que o contra-ponto
gerenciamento de produtos aeroespaciais na empresa
aumenta significativamente a rigidez para maior
Kapp Niles Group, um fabricante líder de máquinas
precisão de retífica mesmo em peças de passo bastante
de retífica e medição de engrenagens cilíndricas e
grosseiro e forças de retífica irregulares.
componentes similares. Saiba mais em www.kapp-
Por último, mas não menos importante, uma
niles.com. Revista Engrenagens
JULHO/2019 15
CONTEÚDO TÉCNICO
O USO DE CEMENTAÇÃO A BAIXA PRESSÃO E RESFRIAMENTO A GÁS DE ALTA PRESSÃO PARA PROCESSAMENTO DE TRATAMENTO TÉRMICO IN-LINE
Por Dennis Beauchesne
Este artigo analisará a recente integração do tratamento térmico para células de usinagem em linha e as influências gerais para fornecer ao cliente equipamentos para tratamento térmico em linha. Esses detalhes serão comparados ao tratamento térmico em lote ou em lotes contínuos, como os conhecemos hoje na indústria automotiva. A têmpera a gás de alta pressão será ilustrada tanto na integração em célula de usinagem quanto na produção contínua, juntamente com comparações de distorção e metalúrgicas.
N
os últimos 20 anos, a
célula de usinagem. A vantagem
inatividade também é altamente
Cementação a Vácuo de
de poder desligar o equipamento
desejável. Muitas outras facetas
Baixa Pressão (LPC Low
quando necessário, sem perigo de
do equipamento e do processo que
Pressure Vacuum Carburizing) tem
longos ciclos de resfriamento (5
permitiram que o equipamento fosse
sido cada vez mais aceita em várias
a 6 horas em comparação a dias)
mais propício para a produção de
indústrias em todo o mundo como a
para remover o calor e o potencial
alta produção, foram a facilidade
escolha para a cementação de peças
de carbono antes da manutenção
de receita e a flexibilidade para o
de alta produção. O LPC tem sido
no sistema são uma vantagem.
processamento de carga a carga em
usado em muitas peças de alta fadiga
Simplesmente desligar um dia por
um ambiente de fluxo contínuo.
e baixa distorção e pode ser usado em
semana devido a agendamento
Esses benefícios adicionais
conjunto com a têmpera a óleo ou, na
de trabalho sem a necessidade de
permitem que “receitas” de peças
maioria dos casos, com resfriamento
supervisão ou uso de utilitários
específicas sejam processadas para
a gás de alta pressão (HPGQ High
adicionais durante o tempo de
cada requisito de peça específica,
Pressure Gas Quenching). LPC
INFRACARB® PATENTED PROCESS
cresceu de importância devido a muitas vantagens. Essas vantagens
Temperature
é mais sustentável, flexível e mais
cementação gasosa. O que se pretende com esses benefícios é que
N2 flow
independente da intervenção dos operadores do que a tradicional
Carb. Carb. Boost. Boost. C3H8 C3H8 Or Or C2H2 C2H2 Diff. Diff. Homogenizing N2 N2 Time under N2 Hydrocarbom flow
incluem o fato de que o equipamento
Carb. Carb. Boost. Boost. C3H8 C3H8 % C Minimum Or Or (end of diffusion C2H2 C2H2 Final % C Diffusion Diffusion Initial % C N2 N2 time Carburizing cycle according to Infracarb process
o equipamento do forno seja usado mais ao longo das linhas de uma 16 JULHO/2019
Revista Engrenagens
Fig. 1. Descrição do processo ECM Infracarb ®
CONTEÚDO TÉCNICO LPC LAYOUT Product Flow
Fig. 2. Cargas grandes atuais
enquanto permitem a alta produção através do sistema
O resfriamento a gás de alta pressão usando uma
Hardline Greenline Furnace Market Market Fig. 3. LPC com layout simplificado do forno “ECM FLEX” mostrando as áreas de “mercado” das linhas verde e dura
célula de resfriamento separada foi associado à LPC por
processar em um vácuo e não permitir qualquer oxigênio
vários motivos. Algumas das razões mais importantes são
produz partes sem oxidação intergranular ou IGO
fornecer um ambiente mais limpo na planta e remover
(Intergranular Oxidation).
e garantem que os requisitos metalúrgicos de peças específicas sejam atendidos.
tanques de têmpera de óleo e a necessidade de óleo em
O resfriamento a gás de alta pressão, HPGQ,
um piso de produção, removendo as poças do chão e
evoluiu muito nos últimos 20 anos e agora resulta em
permitindo um controle de distorção mais preciso das
equipamentos que podem resfriar grandes cargas de
peças dimensionalmente críticas. O resfriamento a gás de
aço cementado. Muitos anos de trabalho foram feitos por
alta pressão ou HPGQ não se tornaram a opção para todos
muitos fabricantes com vários gases diferentes. Devido
os aços, pois isso só é possível com o aço sendo processado
a restrições de fornecimento e custo, a indústria hoje
permitindo resfriamento a gás usando classificações
tem se concentrado mais no Nitrogênio como o principal
de aço mais altas juntamente com a evolução do
suprimento de gás para HPGQ para sistemas LPC. No
equipamento HPGQ nos últimos 20 anos. No entanto,
entanto, outros gases são usados, como hélio e hidrogênio.
a têmpera a óleo ainda é um fator importante para se obter resultados metalúrgicos específicos, dependendo
Equipamento Atual de Processamento LPC
do material e das aplicações, especialmente em grandes
O equipamento para LPC e HPGQ evoluiu nos últimos 20
seções transversais ou grandes volumes de carga.
anos, mas o método de carregamento dos sistemas não foi. Com melhorias na uniformidade e desenvolvimento
Processamento LPC e HPGQ
de receitas de cementação e também o sistema HPGQ
O processo patenteado ECM Infracarb® é descrito pela
passou por grandes melhorias. No entanto, tudo se resume
alternância de reforços de um gás de processo, acetileno
a carregar as peças em grandes cargas. Essas cargas
e aumentos de nitrogênio durante a fase de difusão
fazem com que milhares de peças sejam instaladas em
(ver Fig. 1). A duração e a quantidade de reforços são em
áreas de mercado antes e depois do sistema de tratamento
relação ao teor de carbono original do aço, a temperatura
térmico. Naturalmente, o custo de fabricar esse mesmo
de tratamento, o carbono da superfície final desejada e a
produto e colocá-lo em uma área de “mercado” antes
profundidade da camada necessária. Utilizando apenas um gás de processo: acetileno para o carreador de carbono e nitrogênio durante o tempo de aquecimento e o tempo
Gas quenching tank Loading & pre-heating Heating cells
de difusão sob vácuo tem a vantagem de não lidar com misturas de gases com potencial de variação durante o
Pumping group
Tempering & unloading Gas quenching tank
ciclo e tem um teor potencial de oxigênio. Este processo produz uma cementação uniforme ao longo de uma peça ou engrenagem e, claro, uniformemente ao longo de um perfil de dente de engrenagem. Além disso, o benefício de
Gas quenching cells Fig. 4. Layout do equipamento LPC HPGQ. Descrição da instalação do tratamento térmico LPC Revista Engrenagens
JULHO/2019 17
CONTEÚDO TÉCNICO Carburizing Tower Process Vacuum 3 2
High Pressure Buffer Tank
4
Quenching Cell 1 5 Air-lock & Gas quench vaccum
Fig. 6. Visão do plano e fluxo de trabalho NANO Fig. 5. O sistema de forno NANO
para o equipamento.
do projeto é ser capaz de processar
do processamento não é o modo
cargas tão rapidamente quanto
como qualquer bom engenheiro
Sistema In-Line NANO
a cada 7,5 minutos por carga.
de produção gostaria de ver o
AA ECM usou sua experiência dos
O sistema é modular em seu
chão de fábrica. Com todos os
últimos 25 anos de construção
crescimento da capacidade
avanços em equipamentos de
de equipamentos LPC e HPGQ
de produção. 1 a 6 células de
produção e usinagem de processo
com mais de 1000 células de
aquecimento podem ser fornecidas
das peças “in-line”, houve pouco
aquecimento em muitos mercados,
no sistema. Portanto, o sistema
desenvolvimento na cementação
especialmente automotivos,
está pronto para fornecer um
para reduzir este trabalho em
para projetar um sistema em
baixo número de cargas para uma
andamento ou WIP. Essas cargas
linha, chamado NANO. O nome
pequena produção de tratamento
grandes, ilustradas na Fig. 2 também
NANO é apropriado no projeto do
térmico ou pode ser maximizado
têm outras consequências durante o
equipamento como o tamanho da
para fornecer alta produção às
processamento.
carga e, portanto, o equipamento
necessidades de produção exigentes
O chão de fábrica sendo um
é menor do que as cargas e fornos
de hoje. O NANO consiste em
recurso primordial para qualquer
tradicionais usados atualmente.
quatro módulos básicos, o módulo
fabricante também é um recurso
O sistema também foi projetado
de aquecimento (normalmente
protegido e essas áreas de “mercado”
com manutenção e capacidade de
2), o módulo de transferência e o
ocupam mais do que o necessário
expansão em mente. A premissa
módulo de resfriamento a gás. O espaço do processo na câmara é de
Tempering Furnace Furnace Electrical
600 mm de largura x 500 mm de profundidade x 250 mm de altura. (Veja na Fig. 9 uma carga típica) Neste espaço, as peças podem ser
Customer Sup
processadas na dispositivos de carga de ligas típicas da indústria ou, mais preferencialmente, em
Unloading Loading
dispositivos de CFC. O objetivo de projetar o sistema, além de melhor acessibilidade de manutenção e aumento gradual da produção, foi a baixa distorção e o fluxo em linha. Ao processar cargas com menos
Fig. 7 e Fig. 8. Instalação de tratamento térmico NANO robotizada e layout de carga manual 18 JULHO/2019
Revista Engrenagens
peças, a uniformidade e a distorção
KN 3P e
CONTEÚDO TÉCNICO
gear profile grinding machine
6200 mm (244 inch)
3600 mm (142 inch)
e c ffi
e rg
ic om on
ou t y
se
t ien Revista Engrenagens
JULHO/2019 19
e as
KAPP NILES | Callenberger Str. 52 | 96450 Coburg | Germany | Phone: +49 9561 866-0 | E-Mail: info@kapp-niles.com | Internet: www.kapp-niles.com
CONTEÚDO TÉCNICO Spline Metalurgical Pitch Data Flex Furnace
Nano Furnace
800
Full Load - Pitch
700 Top: Layer 9 Middle: Layer 5 Bottom: Layer 1 Flex Typical Load Size: 24 In. (610 mm) W x 39 in. (1000 mm) H Max load capacity of 750 Kg
Nano Typical Load Size: 20 In. (500 mm) W x 39 in. (600 mm) L x 10’’ (250 mm) H Max load capacity of 100 Kg
Fig. 9. Carga maior FLEX com 9 camadas com peças de amostra nas camadas 1, 5 e 9, carga NANO com apenas 1 camada com partes na mesma posição
#27 #28 #29 #30
600
#31
500
#33
400
#35
#32 #34
800
Pitch
700
0.5
#15 #16
600
5 50 HV
500
0.5
400
ECD:
5 50 HV
300
#14
300 0
06 - 0.9
0.5 mm 1 1.15mm ECD @ 550 Hv Range 0.66 - 0.72 mm 0.6 mm Nano ECD @ 550 Hv Range 0.59 - 0.65 mm 0.6 mm 0.62 - 0.65 mm 0.3 mm 0.79 - 0.82 mm 0.03 mm 1 Layer 0.59 - 0.72 mm 0.13 mm Fig. 10. Dados metalúrgicos de passo Spline Flex Top Middle Bottom Full Load
da peça são idênticas de peça para
Dados Comparativos de Carga FLEX
o spread na análise de carga
peça, uma vez que os elementos
& NANO
total teria melhor uniformidade
de aquecimento “3D” ou de 3 lados
TO estudo a seguir ilustrará
do que o mostrado aqui, usando
aquecem as peças de maneira
informações sobre resultados
um resfriamento de pressão
uniforme e homogênea. Esses
de metalurgia e distorção na
maior para esse tamanho de
elementos são projetados para não
mesma peça, uma engrenagem
carga, possivelmente 15 bar de
caírem nas peças e fornecerem
do diferencial feita de material
nitrogênio. No entanto, o objetivo
espaço adequado para o carregador
SAE8822M. Este estudo foi realizado
do teste foi manter a mesma
automático executar transferências
para o desenvolvimento através do
receita de cementação e pressão de
precisas dentro do sistema.
ECM USA SYNERGY CENTER. Para
resfriamento de gás para fornecer
conseguir um bom compromisso
uma comparação precisa dos dados
NANO Automação e Integração
entre a distorção e a metalurgia, é
de distorção em uma carga FLEX
O sistema NANO foi projetado para
importante rever o posicionamento
completa versus uma carga NANO.
lidar com carregamento manual
da peça na carga e no dispositivo de
ou automático. O carregamento
carga. Informações sobre o modo
das peças no NANO é muito mais
automatizado pode ser de uma
como a peça foi fabricada também
uniforme, sendo que apenas uma
plataforma simples de robô que
são importantes. Neste estudo,
camada é processada por vez,
carrega peças para um pequeno
processamos a peça em LPC a 960°C
ao mesmo tempo, com 10 bar de
dispositivo a partir de um fluxo
com austenitização a 900°C antes
resfriamento a gás. A 10 bar, os
de peça única. O robô pode lidar
de resfriar. Medidas da distorção
resultados da carga NANO também
com todas as funções da instalação
foram realizadas antes e depois do
mostraram as peças com dureza
desde o manuseio de peças
tratamento térmico. Para as cargas
mais profunda devido a uma carga
individuais até o equipamento até
maiores do FLEX, 9 partes foram
de menor tamanho com a mesma
a colocação das cargas no forno
analisadas através da carga para
pressão que a carga grande. A carga
e, em seguida, o revenimento e,
distorção e metalurgia e 3 partes no
menor permite uma atenuação muito
eventualmente, o retorno a um
NANO.
melhor em menos peças, resultando
fluxo de peça única. Essa integração
Na Fig. 10, você pode ver os
A uniformidade metalúrgica
em menos distorção, conforme
pode permitir uma economia
resultados dos dados metalúrgicos.
ilustrado nas Figs. 10 e 11. Os dados
de espaço e menos mão de obra
A carga FLEX mostrada à esquerda
de distorção nas Figs 10 e 11 indicam
necessária na área de tratamento
com 9 partes analisadas, as peças
os dados de distorção distribuídos
térmico.
são muito uniformes. Normalmente,
pelas 9 partes da grande carga
20 JULHO/2019
Revista Engrenagens
Micron
CONTEÚDO TÉCNICO Backface Flatness 60.0 50.0 40.0 Runnout - Before HT 20.0 Runnout - After HT Distortion 10.0 0.0 27 28 29 30 31 32 33 34 35 14 15 16 Part Number
Backface Runout vs Hub OD (After HT) Micron Nano Flex Load Flex Bottom Flex Middle Flex Top Minimum 31 25.6 33.7 25.6 31.7 Maximum 34.4 50.0 50.0 33.4 34.8 Range 3.3 24.4 16.3 7.8 3.1
Fig. 11. Engrenagem de avaliação de distorção
FLEX e a faixa limitada distorção dentro de 3 partes da
Fig. 13. Análise de escamento, FLEX comparado a NANO
carga NANO. Além disso, ambos os sistemas têm muitos
têmpera uniforme na carga menor e permite que as peças
outros parâmetros do sistema de resfriamento a gás que
sejam processadas mais próximas das reais dimensões
podem ser variados, tais como velocidade da turbina,
usinadas, além de serem manuseadas em uma base de
mudanças de pressão durante o resfriamento e tempo de
produção in-line.
permanência dentro de cada mudança de pressão. Para
A análise de escoamento (Fig. 13) mostra uma
a metalurgia, realizamos a dureza do núcleo em HRC,
uniformidade para a carga pequena com uma expansão
e os perfis de dureza no diâmetro externo, o passo e a
de apenas 3,2 µm ao longo da carga. Na carga total ou
raiz da ranhura interna para avaliar a uniformidade da
FLEX, você verá uma faixa mais ampla de uniformidade
profundidade efetiva da camada calculada em 500Hv.
de distorção usando o resfriamento de nitrogênio de 10 bar com um spread de 24 µm. Isso é mais provável
Avaliação de Distorção NANO
porque as camadas inferiores estão mais longe do fluxo
Usando a engrenagem diferencial que selecionamos,
descendente vertical de gás através da carga. Esses
mostrada na Fig. 11, duas características que são
resultados são bastante notáveis para essa carga de
normalmente solicitadas para este tipo de engrenagem
tamanho total.
foram usadas para a avaliação. As duas características que mais influenciam: (1) Cilindricidade do diâmetro externo
Conclusões
e a saída entre o mesmo diâmetro (2) O nivelamento da
Este estudo exibe as vantagens do processo de distorção
face traseira dos dentes da engrenagem.
por ter processamento em linha, produzindo resultados
O nivelamento da face traseira (Fig. 12) tem indicações
mais consistentes com cargas menores. O sistema NANO
ou variância por causa da carga FLEX maior com mais
oferece a opção de robotizar o sistema, além de produzir
distância do nitrogênio usado na têmpera na faixa de
peças sensíveis à distorção e de metalurgia de altíssima
11,9 µm. Para os resultados NANO, a faixa de distorção do
qualidade.
nivelamento da face traseira ficou limitada a apenas 1,2 µm. Este resultado uniforme é diretamente conectado à
Micron
30.0
ECM é representada no Brasil pela Industrial Heating Flatness - Before HT Flatness - After HT Distortion
20.0 10.0 0.0
da ECM-EUA, dennisbeauchesne@ecm-usa.com. A
Backface Flatness
40.0
27 28 29 30 31 32 33 34 35 14 15 16 Part Number
Backface Flatness (After HT) Micron Minimum Maximum Range
Sobre o autor: Dennis Beauchesne, General Manager
Nano Flex Load Flex Bottom Flex Middle Flex Top 27.9 25.1 27.1 25.1 29.6 29.1 37.0 31.3 27.0 37.0 1.2 11.9 4.2 1.9 7.4
Fig. 12.Planicidade da face traseira, FLEX em comparação com NANO
Equipamentos e Componentes Ltda na pessoa do Engenheiro Ralph Trigueiros. Referências [1] Beauchesne, D., “FNA2016 - LPC with OIL & GAS Quenching” (2016) [2] Esteve, V. & Lelong, V., “LPC - What Does it Mean to Metallurgy” (ASM-Mexico 2016); [3] Welch, A. & Lelong, V., “How it’s done and Why: Transitioning Parts from Atmosphere Carburizing to Low Pressure Vacuum Carburizing” (HT 2015). Revista Engrenagens
JULHO/2019 21
CONTEÚDO TÉCNICO
AUTOMAÇÃO
MOLDA A INDÚSTRIA Por RÜBIG
F
iel ao lema “Um segue perfeitamente o outro”,
tarefas de manipulação, como elevação, empilhamento
a RÜBIG está expandindo sua expertise na
ou movimentação, são realizadas por um robô em uma
automação de sistemas de nitretação. A RÜBIG
unidade linear. Um braço de garra especial, que se parece
Engineering projeta e produz em detalhe sistemas
com uma roda de rolamento, permite que as peças sejam
de tratamento térmico de metais sob medida. Tanto
recolhidas “peça por peça”. O recolhimento das peças
a tecnologia de nitretação a plasma “Micropuls®” da
de trabalho, bem como o mascaramento, podem ser
RüBIG quanto o processo de nitretação a gás “Gascon”
realizados com uma precisão de 0,05 mm. A geometria
confirmam o status da RÜBIG como um ponto de
de ajuste da forma da pinça é digna de nota especial.
referência global neste campo.
Esta produção especial permite cobrir diâmetros de
Para poder produzir de uma forma preparada para o futuro, as empresas não podem evitar a automação de plantas de tratamento térmico. Uma solução de sistema
componentes de 500 - 1500 mm, garantindo uma ótima flexibilidade. Quando se trata de segurança, confiamos, entre outras
completa, combinada com sequências perfeitamente
coisas, nos scanners a laser para garantir uma cooperação
coordenadas, reduz os processos manuais a um mínimo.
segura entre o homem e a máquina, particularmente na
O profundo conhecimento dos provedores de serviços nos
área de transferência de peças.
processos de fabricação é um fator tão elementar quanto a experiência e as soluções econômicas. Os investimentos
Estudo de Caso: Automotivo
devem atender aos requisitos de hoje, mas, ao mesmo
Mais e mais fabricantes de automóveis enfrentam o
tempo, estarem aptos para o futuro industrial. Em outras
problema de aplicar proteção de alta qualidade contra
palavras: Indústria 4.0.
desgaste a peças de transmissão, enquanto lidam
De acordo com Thomas Müller, Head da Divisão
com tempos de ciclo curtos e grandes quantidades de
de Tecnologia de Engenharia, “tudo que puder ser
produção. A solução da RÜBIG é um sistema autônomo
automatizado de uma maneira que valha a pena será
em que somente a placa de dosagem deve ser carregada
automatizado!”.
manualmente. O resto do trabalho é feito por um
Um mercado ainda menor, mas de grande
manipulador especial. Esta garra pega as placas de
crescimento, no já amplo espectro de automação, inclui
carga totalmente carregadas e as coloca precisamente
soluções completas em tratamento térmico. Os três
em uma das plantas de nitretação. Alternativamente,
projetos descritos abaixo enfocam a automação dos
as placas são colocadas em uma mesa de buffer, se
fornos de nitretação a plasma. A RÜBIG Engineering
necessário. Uma mesa de elevação rotativa garante
enfrenta desafios tão diversos quanto os de seus clientes.
um método ergonômico de trabalho durante o carregamento manual da placa de carga. Por meio de
Estudo de Caso: Aviação
operação pneumática, ajustes contínuos podem ser
Os requisitos raramente são tão altos quanto os da aviação.
feitos, o que facilita muito o carregamento.
Isso é evidente no projeto a seguir, no qual todas as
A segurança é um aspecto importante dos sistemas da
22 JULHO/2019
Revista Engrenagens
CONTEÚDO TÉCNICO RÜBIG. Uma zona de segurança
guindaste e uma altura baixa do teto
realizar todas as mudanças nos
com autorização de acesso foi
da fábrica tornaram a construção
próprios parâmetros de controle.
implementada em toda a planta. Os
tecnicamente desafiadora. Graças a
O registro de dados, onde as
riscos para os funcionários podem,
uma instalação anexada à unidade
tendências prontas e definidas pelo
assim, ser eliminados.
linear, que também pode abrir seus
usuário podem ser visualizadas,
braços de suporte, essa tarefa pode
permite a garantia da qualidade.
NANO Automação e Integração
ser superada. A função de dobragem
Todas as configurações e dados
O sistema NANO foi projetado para
permite o movimento em torno da
do processo são registrados em
lidar com carregamento manual
instalação no estado descarregado.
tempo real, garantindo 100%
ou automático. O carregamento
Dois fornos de nitretação a plasma
de rastreabilidade. É claro que a
automatizado pode ser de uma
EVEREST 150/180 Duo foram
“reordenação por clique” confortável
plataforma simples de robô que
instalados como parte deste projeto.
é possível nesta plataforma!
carrega peças para um pequeno
O sistema de controle conectado,
Como esses exemplos mostram,
dispositivo a partir de um fluxo de
com o qual todos os componentes da
a RüBIG está cumprindo seu papel
peça única. O robô pode lidar com
planta podem ser controlados a partir
pioneiro com soluções de negócios
todas as funções da instalação desde
de um centro de controle, também
tecnicamente sofisticadas e ao
o manuseio de peças individuais
é o estado da arte. Esta ferramenta
mesmo tempo sólidas.
até o equipamento até a colocação
possibilita o controle de todos os
das cargas no forno e, em seguida,
sistemas de uma unidade central.
o revenimento e, eventualmente, o retorno a um fluxo de peça única.
A RÜBIG Engineering é um dos principais fabricantes internacionais de sistemas de nitretação e
Usando o sistema de visualização
revestimento a plasma, bem como
Essa integração pode permitir
desenvolvido pela RÜBIG, é possível
de nitretação a gás. Com mais de
uma economia de espaço e menos
estabelecer novos padrões na
200 clientes em mais de 40 países,
mão de obra necessária na área de
operação de sistemas de nitretação
a divisão é o player global do Grupo
tratamento térmico.
Programas de PLC modernos e potentes permitem que os iniciantes
RÜBIG, baseado em Wels na Áustria. Constantes avanços
Estudo de Caso: Construção Naval
obtenham valores adequados para
tecnológicos no campo da
A altura do teto apresentou o
a criação de receitas através de
tecnologia de nitretação a plasma,
maior desafio para outro projeto
parâmetros padrão comprovados.
que é usada em uma ampla gama
na construção de motores a diesel
Usuários experientes, por outro
de indústrias, desde automotivas
de grande porte. Uma pista de
lado, recebem um instrumento para
até contratos de tratamento térmico, aviação e energia eólica, levaram a empresa à frente na competição internacional. Sobre o autor: o Engenheiro Ralph Trigueiros é representante da RÜBIG no Brasil pela Industrial Heating Equipamentos Ltda. Contate-o pelo tel: +55-19-3854 6699/ +55-19-9 9236 - 4202 Acesse o site: www.rubig.com.
Revista Engrenagens
JULHO/2019 23
PERFIL DE EMPRESA
NEGÓCIOS BEM Referência brasileira e mundial no desenvolvimento de produtos, produção, fornecimento e prestação de serviços de componentes para a transferência de potência e torque, há mais de cinco décadas a Engrecon supera expectativas e, com a qualidade de seus produtos e serviços, assegura a lucratividade de seus clientes.
Q
ENGRENADOS Por Marcus Frediani
Com efeito, as demandas
irmã Márcia Nadalini Gonçalves,
tecnológicas dos veículos e máquinas
atual CEO da companhia –, a empresa
estão se tornando cada vez mais
nasceu numa pequena garagem da
complexas, exigindo transmissões
casa da família, no bairro paulistano
cada vez mais econômicas
da Vila Pompeia.
e eficientes. As tecnologias
Formado em Engenharia
desenvolvidas pela Engrecon na
pela Escola Politécnica da USP, à
produção de engrenagens e eixos
época, José Carlos resolveu deixar
ual o “segredo” de uma
contribuem decisivamente para
seu promissor emprego na então
boa engrenagem? Bem,
suprir essas exigências. “Dominamos
Braseixos (atual Meritor) – que
a par dos tecnicismos
a fabricação de praticamente todos
lhe rendeu, inclusive, um valioso
absolutamente necessários, a
os tipos de engrenagens, desde
período de experiência na Gleason
resposta para essa pergunta é bem
cônicas com dentes retos e dentes
Corporation nos Estados Unidos
simples, e, na prática, se define
helicoidais e hipoidais, cilíndricas
–, animado com as perspectivas
por meio da soma de dois atributos
com dentes retificados e com dentes
do crescente processo de
principais: precisão e perfeita
internos, cilíndricas sheivadas,
industrialização mercado nacional,
adaptação às necessidades do
com brunimento (honing), além
nos anos que serviram de prólogo
cliente. “A tecnologia de precisão
de eixos estriados e transmissões
ao chamado “Milagre Econômico”
de uma engrenagem anda lado a
e conjuntos especiais. Tudo dentro
brasileiro. “Para isso, meu pai se
lado com o tipo de destinação que
das mais avançadas e atualizadas
associou ao meu avô e a mais dois
ela vai ter ao longo de sua vida
normatizações internacionais. Isso
engenheiros, comprou uma antiga
útil”, simplifica Maurício Quintão
porque, para nós, o céu é o limite em
máquina norte-americana para
Nadalini, diretor comercial da
termos de qualidade, atendimento e
produção de engrenagens da década
Engrecon, empresa brasileira de
sofisticação”, enfatiza Maurício.
de 1940 – que funciona até hoje,
porte médio, especializada na oferta
Chegar ao pódio dos fornecedores
de engrenagens para o segmento de
que atendem os clientes de O&M mais
nosso museu –, e começou a atender
caixas de transmissão para veículos
exigentes do Brasil, entretanto, é
à Massey Ferguson Tratores”, conta
pesados, tais como caminhões,
resultado de um trabalho persistente
Maurício.
tratores e máquinas agrícolas.
e, em certa medida, heroico, face à
“Nossos clientes são empresas de alta
sucessão de crises econômicas que a
Referência de Mercado
tecnologia, que prezam não apenas
Engrecon teve que enfrentar ao longo
O crescimento da Engrecon nos
pela qualidade, como também por
de mais de cinco décadas. Fundada
seus primeiros anos foi meteórico.
prazos de entrega e transparência”,
em 1966 por José Carlos de Andrade
Tanto que, pouco mais de dez anos
explica.
Nadalini – pai de Maurício e de sua
depois do início de suas operações,
24 JULHO/2019
Revista Engrenagens
diga-se, mas faz parte do acervo de
PERFIL DE EMPRESA
Celula de Produção de Engrenagens
Laboratório de Metrologia
mais precisamente em 1977, já em voo solo, José Carlos
seguinte. E a união da administradora formada na FGV,
conduziu a mudança da empresa para um imenso
com o engenheiro agrônomo formado na USP, deu mais
terreno no bucólico município de Santana do Parnaíba,
do que certo. “A gente simplesmente se apaixonou pela
na microrregião de Osasco, localizada na Zona Oeste da
empresa e pelo setor em que ela atua, que é muito rico em
Região Metropolitana de São Paulo. Dando mais uma
pesquisa e desenvolvimento, bem como em inovações”,
prova de pioneirismo, a Engrecon, aliás, foi a primeira
anima-se Maurício.
indústria a se instalar naquela cidade. Daí para frente, vencendo desafios e, como se
Estrutura Completa
diz no jargão popular, e “matando um leão por dia”,
Hoje, com área expandida para 12.000m², a Engrecon
notadamente aqueles que emergiram da “selva” na
emprega atualmente uma equipe 160 colaboradores
esteira de uma série de planos econômicos mal-sucedidos
altamente especializados. Prova disso, além do pessoal de
(os mais “experientes” ainda devem se lembrar de alguns
fábrica, altamente gabaritado, é seu time de vendedores,
“episódios” nada memoráveis de nossa economia, como
integralmente formado por engenheiros com mais de
o Plano Cruzado, o Plano Bresser, o Plano Verão e, ainda,
15 anos de experiência em engrenagens, com domínio
o malfadado Plano Collor), a Engrecon foi firmando
total da “mecânica dos dentes”, fabricando basicamente
posições e se transformando em uma referência cada vez
engrenagens na faixa de 50mm a 350mm. Em termos de
mais sólida no mercado.
produtividade, como não atua no setor de leves, trabalha
Em consonância com a evolução da companhia – e
com volumes relativamente médios ou baixos, embora
já dando início ao processo de sucessão familiar –, o
isso, de maneira alguma, comprometa sua flexibilidade,
patriarca dos Nadalini fez questão de trazer para o seio da
que vai da produção de lotes de 500 até 100.000 peças.
empresa os filhos Márcia, em 1996, e Maurício, já no ano
“Atualmente, mantendo o mesmo foco na área de diesel e pesados desde que a empresa nasceu na década de 1960, nos orgulhamos de ter em nossa carteira de clientes empresas de caminhões como a MAN, a Scania, a Mercedes-Benz e a Iveco, bem como a CNH – empresa do Grupo Fiat que atua no segmento de tratores –, assim como a AGCO, dona das marcas Massey Fergusson e Valtra”, relaciona Maurício Nadalini. E, além do mercado nacional, a Engrecon também tem atividade exportadora, suprindo, por exemplo, com a venda de alguns itens específicos, a fábrica da Fiat Power Train da Argentina, e, ainda, a Mann, da Alemanha.
Vista Parcial do Tratamento Térmico
Sempre em busca de novas oportunidades, a Engrecon Revista Engrenagens
JULHO/2019 25
PERFIL DE EMPRESA construiu a base de sua Política da Qualidade ancorada na sobreposição de alguns pilares importantes, tais como a qualificação de seu pessoal, a aquisição de equipamentos modernos e maquinário de última geração e de alta confiabilidade, bem como a manutenção de um rígido sistema de Gestão da Qualidade. E isso representa o forte foco colocado sobre as exigências do mercado global. Com isso, a Engrecon está preparada para enfrentar qualquer desafio que possa existir como oportunidade de negócio, uma vez que seu corpo gerencial decidiu por direcionar ações e investimentos
“E o que mais as sucessivas crises no Brasil nos ensinaram é que a gente sempre tem que ter dinheiro em caixa, porque, em função de um eventual cancelamento de pedidos, que pode chegar até um tombo de 40% ou 50% no seu faturamento, as empresas têm que ser bastante cuidadosas para sobreviver e até mesmo não quebrar”
integrando todos os processos para a fabricação de um determinado item, desde o torneamento, passando pelo corte de dentes, até chegar à embalagem, o que, entre outras coisas, proporcionou à empresa setups muito mais rápidos e sensíveis ganhos em termos de produtividade. Simultaneamente, as certificações na ISO-9001 (desde 1998) e na ISO/ TS16949 (desde 2007) completam e reforçam o perfil da qualidade da companhia. “Além desse ‘pacote básico’ exigido notadamente pelas montadoras, temos ainda a certificação VDA (Verband der Automobilindustrie), que vai bem
voltados à satisfação dos seus
com a segurança do melhor retorno
no ‘chão de fábrica’. Trata-se de uma
clientes, incluindo, naturalmente, o
em termos de produtividade e
norma desenvolvida pela indústria
pós-venda, com consultoria e visitas
robustez de processos.
automotiva da Alemanha para
regulares de membros de seu corpo
Com extensão dessa proposta,
certificação do sistema de gestão
técnico às empresas a quem fornece
e para atingir metas cada vez mais
da qualidade dos fornecedores de
suas engrenagens e demais produtos.
arrojadas, há mais de dez anos a
montadoras como Volkswagen,
Dentro dessas regras básicas,
empresa deu um grande passo
Audi, BMW, Porsche, Mercedez-
planos de treinamento têm sido
com a adoção do sistema de Lean
Benz e outros, para ser utilizada
estabelecidos para melhorar
Manufacturing, filosofia de gestão
em empresas que fabricam
a qualificação de seu pessoal
focada na redução de desperdícios
equipamentos e ferramentas
administrativo, técnico e operacional.
e na subsequente melhoria da
para a aplicação na produção
Além disso, profundidade nas
qualidade, com redução no tempo
automotiva. Complementarmente,
análises críticas dos seus indicadores
e no custo de produção. Por meio
a Engrecon já está se integrando
lidera as decisões de investimentos
dele, organizou suas linhas em
também às certificações de natureza
em equipamentos de última geração,
células modulares, cada uma delas
socioambiental, como aquelas que contemplam o bem-estar da mão de obra e o desenvolvimento sustentável. Nesse âmbito, além do que já temos e é praticado em nossa fábrica, já estamos finalizando os protocolpos para, em 2020, recebermos a certificação ISSO 14000”, explica Maurício.
Em Compasso de Espera Em termos de resultados, após amargar dificuldades e sérios impactos em seus negócios, a reboque Maurício Nadalini, Marcia Nadalini e Udo Fiorini 26 JULHO/2019
Revista Engrenagens
da crise entre os anos de 2015 e 2017,
PERFIL DE EMPRESA
1ª Máquina adquirida pelo fundador da Engrecon, Sr. José Carlos Nadalini, em 1965
perspectivas de crescimento da Engrecon para este ano,
a Engrecon performou um salto exponencial da ordem de
que não devem superar os 8% ante os resultados de 2018”,
50% em seu faturamento em 2018, um percentual obtido
destaca Maurício. “E o que mais as sucessivas crises no
face à base fraca desse período anterior, é verdade, mas
Brasil nos ensinaram é que a gente sempre tem que ter
que, nem por isso, deixou de ser bastante significativo. Os
dinheiro em caixa, porque, em função de um eventual
reflexos disso se estenderam até o primeiro trimestre de
cancelamento de pedidos, que pode chegar até um tombo
2019, quando a empresa registrou evolução de 15% em
de 40% ou 50% no seu faturamento, as empresas têm que
suas vendas, ante igual período de 2018.
ser bastante cuidadosas para sobreviver e até mesmo não
Só que aí, com o esfriamento das perspectivas
Vista parcial da produção
quebrar”, analisa o diretor comercial da Engrecon.
econômicas, causado, por uma conjunção de fatores adversos. Entre eles, os atrasos na liberação de recursos
Desafios Constantes
para o Plano Safra – que impactou seriamente a indústria
Maurício Nadalini faz questão de lembrar que, além desses
de máquinas agrícolas –, e da votação pelo Congresso do
problemas de ordem conjuntural, a Engrecon, assim
repasse do crédito suplementar de R$ 249 milhões para
como outras empresas que operam no setor industrial
evitar o descumprimento da chamada “Regra de Ouro”,
do País, enfrentam alguns desafios bastante específicos
mecanismo previsto na Constituição, que impede que o
que obstaculam o atingimento da velocidade de cruzeiro
governo contraia dívidas para pagar despesas correntes,
em seus negócios. Um deles, por exemplo, diz respeito
como salários e benefícios sociais. Isso, sem falar da
à existência de praticamente um único fornecedor de
procrastinação dos trâmites da Reforma da Previdência,
aço no Brasil para o segmento de engrenagens, que, por
que instalou no Brasil um cenário de estagnação e de
estar sozinho, tem esse mercado nas mãos. “Em outras
incertezas, impedindo qualquer tipo de planejamento ou
palavras, esse fornecedor define o preço básico do aço
de injeção de novos investimentos.
para engrenagens pelo preço do aço lá fora, acrescenta o
“Com tudo isso, o clima de otimismo inicial na
custo de importação e ainda mais um pouco, porque sabe
retomada da economia brasileira, trazido pela entrada do
que depender de aço importado é bastante complicado”,
novo governo Bolsonaro se desfez. E, embora a Engrecon
explica o diretor comercial da empresa.
estivesse totalmente preparada em termos de estrutura
Outra grande dificuldade que a Engrecon enfrenta,
para realizar esse agora frustrado salto de produtividade
notadamente ao longo dos últimos cinco anos, vem sendo
em função do aquecimento da economia – o que iria,
a abrupta diminuição do número de forjarias no Brasil –
inclusive, reduzir o atual nível de 30% de ociosidade da
responsáveis pelo fornecimento das peças brutas para a
empresa –, isso, infelizmente, não vai acontecer. Temos fé
produção de engrenagens –, em função da crise. “Algumas
de que tudo isso vai se resolver. na prática vamos até que
fecharam, outras foram vendidas para grandes grupos,
isso aconteça, vamos perder pelo menos três meses
passando a atender exclusivamente às necessidades destes”, lamenta Maurício.
de 2019 no processo, o que nos fez rever e reduzir as
A escassez de fornecedores nacionais de produtos Revista Engrenagens
JULHO/2019 27
PERFIL DE EMPRESA forjados funciona como uma espécie de “porta aberta”
PORTAL AQUECIMENTO INDUSTRIAL
para o consumo de matéria-prima importada, mas
Confira as mais recentes notícias do Portal Aquecimento Industrial e tenha informações sobre a indústria metalmecânica no brasil e do mundo.
função do fato de o valor agregado desses itens ser
mesmo isso é complicado, porque embora na Europa existam boas forjarias capazes de suprir a demanda brasileira, a equação também é complicada, em relativamente baixo, o que transforma o transporte muito caro. Outro problema é o tamanho dos lotes a serem importados, que, invariavelmente, têm como base um número mínimo (porém, enorme) de peças: algo com 70 toneladas. E isso, é claro, acaba gerando problemas de superestocagem em empresas do porte da Engrecon. “Daí, para tornar a operação viável é preciso fazer uma programação de entregas prevendo o que vai acontecer em termos de pedidos de clientes de pelo menos seis meses. E, como todo mundo sabe, planejar no Brasil continua a ser algo bastante difícil, isso acaba complicando muito a nossa vida. O corte de 40% dos pedidos de nossos clientes do começo do ano para cá, em
%5$6,/
The International Journal Of Thermal Processing
função das decepções com o andamento da economia,
Jan a Mar 2019
por si só, explica bem a dimensão desse problema”,
Benefícios da Sinterização a Vácuo
exemplifica Maurício.
ESTAMPAGEM &
42
CONFORMAÇÃO
BRASIL
Stamping & Forming Magazine Brazil
Como Cortar Custos com Datalogger 34 Tratamento Criogênico Profundo 38 Oxidação Intergranular: Castigo ou Vantagem?
Revista de Corte, Estampagem e Conformação de Chapas, Arames e Tubos
46
Maio 2019
Estudo Virtual de Processos de Conformação
Vendido o Maior Forno a Vácuo da América do Sul Seminário de Processos de TT em Abril na Delphi, em Piracicaba (SP) 16 Seminário de Manutenção e Segurança de Fornos em Junho na Combustol Fornos, em Jundiaí (SP) REVISTAS TÉCNICAS
atenção máxima dos produtores nacionais, a questão do advento da Indústria 4.0. Isso porque, apesar de ser bastante evidente que, no futuro, a chamada “Quarta
17
16
Some-se a esse painel de fatores que exigem
Embalagens Metálicas: Estampabilidade Aço x Alumínio Influência do Prensa-Chapas no Springback Otimização de Processo de Clinching em Chapas
A maior e mais conceituada revista da indústria térmica • www.sfeditora.com.br
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Revolução Industrial” irá gerar reflexos bastante positivos em termos de agregação de produtividade e competitividade para todos aqueles que a ela aderirem com propriedade, muitos de seus aspectos e mecanismos ainda permanecem uma incógnita para a maioria dos operadores, muito além do âmbito daqueles que produzem engrenagens e conjuntos de transmissão. “Sim, todo mundo anda dizendo que a Indústria
LEIA ONLINE
4.0 é o caminho, mas nem todos sabem exatamente
Notícias | Revistas técnicas Atigos Técnicos | Colunas
com alguns consultores que contratamos e até mesmo
o que ela é, e como ela vai afetar os seus negócios. O corpo técnico e gerencial da Engrecon, juntamente alguns concorrentes nossos estamos fazendo um trabalho ao lado do Sindicato Nacional da Indústria de
Site: aquecimentoindustrial.com.br E-mail: contato@aquecimentoindustrial.com.br Fone: +55 (19) 3288-0677 ou 3288-0437
Componentes para Veículos Automotores (Sindipeças) para discutir e entender melhor esse tema. E temos certeza de que esse estudo, associado a outras ações proativas, seguramente nos ajudará a vencer mais esse desafio”, finaliza Maurício Nadalini.
28 JULHO/2019
Revista Engrenagens
ARTIGOS
FALANDO EM CÔNICAS...
V
Por Antonio Gallinucci
amos nos aprofundar
engrenagem plana teórica, os dentes
é o uso de uma ferramenta onde as
um pouco mais nos
delas serão conjugados entre si,
lâminas internas cortam os flancos
conceitos das engrenagens
independentemente da curva que
convexos, e as outras lâminas
cônicas ESPIRAIS e HIPOIDAIS. É
se coloque sobre esta engrenagem
externas, intercaladas com as
interessante iniciar pelo projeto
“geradora” do par. Há de se observar
internas, cortam os flancos côncavos
dos blanks, uma vez que já sabemos
a necessária relação de transmissão
da coroa (ou pinhão). O crowning
como traçá-los. Como existem
entre elas, além da simetria dos
do perfil é obtido através de uma
várias tecnologias, existem também
dentes. Várias literaturas trazem
lâmina de seção toroidal modificada
diversas formas de projeto, cada
uma figura com esta engrenagem
na afiação, enquanto o crowning
uma associada diretamente ao
geradora infinitesimalmente
longitudinal é obtido por uma
seu processo de fabricação. Os
fina e materializada como se
diferença de raio entre as lâminas
blanks mudam para um mesmo
trabalhasse entre os dentes da coroa
internas e externas. Desta maneira,
par, dependendo da tecnologia
e do pinhão (Fig. 10). Na sequência,
os dois flancos são progressivamente
empregada. Basicamente, as
podemos relacionar os processos
cortados simultaneamente. Como
alterações são feitas nos ângulos de
mais importantes de fabricação de
as máquinas são CNC e permitem
addendum e nos dedendum, o que
engrenagens espirais ou hipoidais
o controle de várias características
alterará o ângulo de face e de raiz
atualmente em uso relacionado por
para posicionar ou modificar a forma
dos dentes. Caso a altura do dente
(Klingelnberg, 2016):
do contato, é possível realizar ajustes
seja constante no seu comprimento,
Zyklo-Palloid®: ®: Este é um
para a obtenção de um contato
a engrenagem terá tanto o ângulo de
método de corte por indexação
otimizado. Este processo permite
face quanto o ângulo de raiz iguais
contínua (face hobbing) no qual
acabamento em peças duras a seco,
ao ângulo primitivo. Durante os
o par de engrenagens cônicas
substituindo a retífica de dentes. É
últimos 100 anos, muitos processos
é sempre gerado. A altura do
importante salientar que qualquer
de fabricação de engrenagens
dente é constante e o modelo da
processo de acabamento simultâneo
cônicas foram desenvolvidos, com
engrenagem geradora é formado
dos dois flancos de uma engrenagem
dentes espirais ou retos, sendo que
por uma epiciclóide alongada. A
gera a complicação do controle das
alguns perduram e outros, nem
característica especial deste método
distorções de tratamento térmico,
tanto. A maioria dos processos é baseada no método das rolagens, no qual as engrenagens de um par são geradas a partir de uma mesma engrenagem “geradora” imaginária (também chamada por crown rack, ou cremalheira de referência), sobre a qual ambas as
pois após o choque térmico os flancos Generating gear
Epicycloids
ϖP
Palloid®: Este processo difere
ϖ’o
ϖP
jc Oc
fundamentalmente dos outros ic
engrenagens rolam sem escorregar de maneira sincronizada. De uma forma bem simplista, pelo
sem escorregar sobre uma mesma
processos, uma vez que a ferramenta empregada é um caracol cônico semelhante a uma “árvore de
Cutter Roll circle
princípio da geração, desde que seja possível rolar engrenagens
escala milesimal (valores pequenos, mas importantes!).
Base line j i O
comportam-se diferentemente na
Fig. 1. Caracterização da engrenagem geradora epicicloide (Zhang, Cheng, Guo, Zhang, & Xing, 2015)
Natal”. O método é usado para gerar engrenagens cônicas em espiral com altura do dente constante, em um processo de fresagem cuja engrenagem geradora tem os dentes Revista Engrenagens
JULHO/2019 29
ARTIGOS Crow gear center
perfil são conseguidas reafiando AmG ψ
λ rc
Center of curvature
Modificações adicionais no flanco são feitas por meio da alteração da cinemática do equipamento.
ν η1
Extended epicycloids
convenientemente a ferramenta.
ψ
S1
Work - piece rotation
Tooth surface
Cutter center
está na ferramenta especial que
Outside blade
precisa ser adaptada para diferentes tipos de flanco. Por exemplo, uma mudança na espessura do dente
Fig. 2. Cinemática do movimento (Association, 2003) de geração da epiciclóide
Inside blade
Uma desvantagem deste processo
Base Roll circle circle Cutter rotation
requer uma ferramenta diferente. O maior módulo de corte disponível
Fig. 4. Face hobbing
curvos evolventes no sentido da
atualmente é limitado a 8 mm.
elemento mecânico de movimento de
hélice. Interessante observar que
Outra desvantagem é sua menor
geração dos perfis, e gira no centro do
os dentes gerados possuem uma
produtividade quando comparado
equipamento.
evolvente gerada (esférica) nos
aos processos de usinagem
flancos e outra evolvente gerada
modernos. O método também é
de fresagem com indexação
na hélice (importante observar
limitado por causa do deslocamento
contínua (face hobbing) trabalhando
que as evolventes sobre um mesmo
hipoidal (offset) máximo possível e a
com cortes de dois flancos
círculo são curvas paralelas!!). Disto
escolha do ângulo da espiral. O único
simultaneamente. A hélice na
resulta que na seção normal, tanto a
processo usado para acabamento
engrenagem “mãe” é uma epiciclóide
espessura do dente quanto a largura
duro é a lapidação. Devido à diferença
alongada e a altura do dente é
do vão são constantes ao longo dos
de velocidade tangencial entre a
constante. O pinhão e a coroa são
dentes. Este processo resume uma
parte da ferramenta com diâmetro
gerados. A característica especial
sensibilidade significativa do contato
maior e a com diâmetro menor, o
do método N é que a curvatura
aos deslocamentos relativos das
acabamento dos flancos na região toe
longitudinal da epiciclóide no
engrenagens conjugadas, dando
(dedão, parte interna) é bem inferior
ponto médio corresponde à de
aos dentes de engrenagem palóide
da região heel (calcanhar, parte
uma evolvente. Isto torna possível
méritos especiais sobre outros
externa).
produzir crowning longitudinal
N-method: Este é um método
Zyklomet®: Esta é uma forma
usando uma combinação de fresas
espirais: Crowning longitudinal
especial do método Zyklo-Palloid, no
de face com diferentes ângulos de
e algumas modificações de
qual os dentes da coroa são cortados
pressão, onde as lâminas internas e
tipos de engrenagens cônicas
Work rotation Inside blase S1
Outside blase
com uma fresa de face, e somente o Work blank Circular arcs
pinhão é gerado usando um cortador inclinado em relação ao plano de geração (tilt angle). O crowning longitudinal é fornecido somente pela coroa, enquanto o crowning do
Cutter rotation
perfil é produzido usando perfis de
Inside blade
lâmina toroidais. Para este propósito, Cutter center
Outside blade
foram desenvolvidas máquinas especiais de corte de engrenagens
Fixed
cônicas com dois cortadores em seus Fig. 3. Materialização da ferramenta cortando os vão dos dentes (Vimercati, 2005) 30 JULHO/2019
Revista Engrenagens
Cutter rotation
berços. Este método é aplicado muito raramente hoje em dia. O berço é o
Fig. 5. Face milling
ARTIGOS βη
desbaste e duas de acabamento)
βη
ou duas lâminas alternadas. O método é amplamente utilizado na produção em massa de engrenagens Fig. 6. Geometria 5 cut: curvatura longitudinal do dente é um arco de circunferência; no corte longitudinal a altura dos dentes diminui em direção ao centro; ângulo de hélice pode variar de 0° a 45°, mas normalmente é 35°
cônicas espirais para a automotiva. A lapidação é empregada para acabamento duro. Spirac®: É o nome da variante
Fig. 7. Geometria Örlikon: curvatura longitudinal do dente é uma epicicloide estendida; no corte longitudinal a altura dos dentes é constante ao longo do comprimento; ângulo de hélice pode variar de 30°a 50°
externas seguem intercaladamente.
do método Spiroflex, em que a
sobre essa coroa. Ora, algumas
Uma desvantagem, no entanto, é
engrenagem é usinada em mergulho
equações a mais e transformamos
que o ângulo espiral da engrenagem
(flancos formados, não gerados).
a engrenagem mãe na própria
depende da distância média
A engrenagem cônica tem altura
coroa – este é o fundamento do
do cone e do diâmetro da fresa
constante do dente e a hélice na
processo formate. Vou dar-me ao
selecionada, e não pode ser escolhido
engrenagem “mãe” é uma epiciclóide
luxo de fazer uma analogia que os
arbitrariamente. Portanto, não é
alongada. As ferramentas utilizadas
livros não trazem: pensando em
possível produzir todos os ângulos
são as mesmas do método Spiroflex;
engrenagens cilíndricas de dentes
de espiral em um conjunto de
o crowning longitudinal e de
retos, se fizermos a engrenagem de
engrenagens com os cortadores
perfil são produzidos da mesma
maior número de dentes com perfil
disponíveis, que possuem três
maneira. Uma limitação é imposta
dos dentes em linha reta, poderíamos
lâminas por grupo de lâminas
pela relação de transmissão, que
usiná-las com uma fresa de forma
(interno, médio e externo). O
necessariamente precisa ser maior
com flancos retos, enquanto os
crowning do perfil é obtido com
que 2.5:1. Fora destes limites,
pinhões poderiam ser usinados
perfis de lâmina toroidais. Este
cada caso deve ser analisado
com caracol cujo perfil gerado fosse
método é usado apenas de forma
individualmente. Entretanto, devido
conjugado com essa engrenagem (isto
muito limitada atualmente.
à alta produtividade, este método é
dá uma discussão e tanto...).
Spiroflex: Este é outro método
amplamente utilizado na indústria
TRI-AC®/PENTAC®-FH: Este
de fresagem contínua de face
automotiva. Há aqui uma explicação
método de fresagem de face indexada
(face hobbing) no qual o pinhão
importante: as coroas possuem
(face hobbing) é equivalente ao
e a roda são gerados. A altura do
muito mais dentes que os pinhões,
Spiroflex e Spirac. Ele difere apenas
dente é constante e a hélice da
e consequentemente as torna mais
no design das lâminas, que têm
engrenagem mãe é um epiciclóide
lentas no processo de fabricação.
uma lâmina interna e outra externa
alongada. O pinhão e a coroa são
Face a isto, a possibilidade de
por grupo de lâminas. A indexação
fabricados cortando dois flancos
apenas formar os dentes ao invés
contínua é usada para produzir
simultaneamente. O crowning do
de gerá-los, traz uma produtividade
engrenagens cônicas em espiral com
perfil é dependente da ferramenta
incomparável. Então, atenção:
altura constante do dente e a hélice
cujas lâminas têm perfil toroidal. O
devemos lembrar do conceito de
da engrenagem mãe é um epiciclóide
crowning longitudinal é produzido
engrenagem mãe!! Se, ao invés de
alongada. O crowning longitudinal
pela inclinação da ferramenta
criarmos uma engrenagem geradora
é obtido inclinando o cortador e o
em relação ao plano de geração
plana (plana!!) que seja comum
crowning do perfil utiliza lâminas
(tilt). Os ângulos de pressão das
à geração do pinhão e da coroa,
toroidais. Esse método também é
lâminas são ajustados para gerar
solidificarmos esta engrenagem
largamente aplicado na indústria
os ângulos de pressão calculados.
com sendo a própria engrenagem
automotiva.
O processo é realizado tanto a seco
(cônica!!) formada, isto é, sem
como a úmido, onde cortadores
geração, podemos fazer com que
são usinadas pelo processo face
possuem três lâminas (uma de
o pinhão role sem escorregar
milling e possuem um traçado de
Kurvex: As engrenagens Kurvex
Revista Engrenagens
JULHO/2019 31
ARTIGOS dente de arco circular com uma
relacionado ao cone da raiz e não ao
usado em grande escala na indústria
profundidade constante do dente. O
cone do passo, como seria uma opção
aeronáutica ou de menor volume,
cortador assemelha-se ao do método
cinemática. Uma característica deste
e foi parcialmente substituído
Zyklo-Palloid, sendo dividido em duas
método, a coroa é terminada em
pelo método completing em outros
partes, mas apenas com lâminas
um corte de dois flancos e o pinhão
setores. Pessoalmente, vejo vantagens
internas e externas; não há lâminas
em 2 cortes de flanco individuais.
neste método 5 cut. Vale comentar
centrais. Ambos, pinhão e coroa são
As configurações de máquina e
que a engrenagem geradora neste
gerados. O crowning longitudinal
ferramenta para um flanco do
caso é uma coroa plana cujos dentes
é criado por uma diferença fixa
pinhão são independentes das do
são arcos de círculos inclinados em
especificada nos raios da fresa. O
outro. Uma vantagem resultante
relação à radial do corpo. Os dentes
método é caracterizado pelo alto grau
reside nas geometrias independentes
são cônicos e convergem para a
de padronização, permitindo que um
dos flancos dentados do pinhão
região central do disco, o que faz
pequeno número de ferramentas
côncavo e convexo, uma vez que
com que as peças geradas a partir
abranja uma grande variedade de
qualquer alteração nos settings
dela também tenham as mesmas
produção de engrenagens. No entanto,
da máquina para modificações de
características.
a padronização também significa
flanco de um lado não tem efeito
que o crowning longitudinal resulte
sobre o outro lado. Isto resolve muitos
milling é aplicado para produção
da escolha do tamanho do cortador e
problemas de distorções causadas
em massa. O pinhão e a coroa são
não pode ser modificado livremente.
pelo tratamento térmico, quando o
produzidos por cortes de dois flancos
Máquinas não são mais produzidas
lado de tração se comporta diferente
simultaneamente, e que deram esse
para este método.
do lado de retração. O crowning
nome a esse método. A altura do
5-cut: O termo “5-cut” deriva
Completing: Este método de face
longitudinal é geralmente obtido
dente é variável e o traçado da hélice
do número de etapas em que as
por diferenças nos raios de corte,
da engrenagem mãe é um arco de
engrenagens são fabricadas. A coroa
enquanto o crowning do perfil é
círculo. O crowning longitudinal
é usinada em dois cortes (desbaste
obtido pela modificação dos settings
é obtido inclinando o cortador ou
e acabamento), isto é, ambos os
da máquina (cradle, eccentric,
alterando o ângulo de pressão das
flancos dos dentes são cortados
swivel, cutter spindle rotation,
lâminas, enquanto o crowning do
simultaneamente; o pinhão é usinado
workhead, sliding base, ratio of roll,
perfil pode ser modificado de acordo
em três cortes, isto é, desbaste dos
root angle, etc). O método é usado
com alterações convenientes dos
dois flancos dos dentes, acabamento
para engrenagens cônicas geradas
parâmetros de cálculo dos settings
do flanco do dente convexo e
ou não geradas (formate). Ele ainda é
das máquinas de corte. Como as
acabamento do flanco do dente côncavo. É um método indexação
8
dente a dente ou fresamento facial cuja engrenagem mãe é formada por dentes em arco circular e cônicos. O
5 6 4
movimento de geração é geralmente
1
10 9 7
βη
Fig. 8. Geometria Palloid: curvatura longitudinal do dente é uma evolvente do círculo de raio ρ; no corte longitudinal a altura dos dentes é constante ao longo do comprimento; ângulo de hélice pode variar de 35° a 38° 32 JULHO/2019
3 2
Revista Engrenagens
1. Cutter spindle 2. Tilt drum 3. Swivel drum 4. Eccentrin drum 5. Cradle
6. Slinding base 7. Machine root angle 8. Blanck offset 9. Machine center to back 10. Work spindle
Fig. 9. Máquina básica de corte de engrenagens cônicas espirais ou hipoidais
Fig. 10. Materialização da engrenagem geradora através do cortador. Para o movimento de geração, o pinhão rola sem escorregar sobre o plano do cortador seguindo a trajetória da engrenagem geradora
ARTIGOS larguras das raízes resultantes do pinhão e da coroa são
ferramentas e settings da máquina. Portanto, para
constantes, os ângulos da raiz e da cabeça dos dentes
realizar a operação da forma mais produtiva possível, as
dependem do diâmetro da fresa e não são livremente
retificadoras destinadas a este método são fornecidas com
selecionáveis. Esse método é caracterizado como
um fuso duplo que contém dois rebolos independentes.
necessariamente duplex. O método completing pode ser
O pinhão e a coroa são produzidos por um processo de
usinado com óleo ou a seco. A operação de acabamento
geração, o crowning longitudinal resulta de diferenças
duro geralmente é retífica dos flancos. Este método é
apropriadamente escolhidas no raio da ferramenta e
aplicado com sucesso para conjuntos de engrenagens na
o crowning do perfil a partir de perfis de ferramentas
indústria automotiva.
afiadas com perfil toroidal. O método também é usado
Arcoid: Esse método de face milling é comparável aos
para retificar engrenagens que foram desbastadas com
processos de 5 cortes e completing. Produz um par cônicos
o método Zyklo-Palloid. O arco circular do rebolo é então
cujo dente da engrenagem mãe também tem a hélice
ajustado de forma suficientemente próxima à forma
descrita por um arco de círculo inclinados em relação à
epiciclóide alongada para os diferentes traços de dente
linha radial. As diferenças afetam o tipo de cortadores,
para produzir a menor variação possível na tolerância
as tecnologias de retificação e os movimentos adicionais
final dos dentes.
originalmente usados para modificar os flancos dos
Wiener 1-trace: Este é também um método único
dentes. O movimento helicoidal (helical motion) foi
de corte por indexação para engrenagens cônicas com
empregado para controlar o bias (inclinação) do contato
altura constante do dente. Ao contrário do método Wiener
na geração. Este fenômeno decorre da diferença de ângulo
2-trace, ele produz a coroa com corte simultâneo de dois
de geração da raiz do dente da coroa e o ângulo de geração
flancos, e a geometria dos flancos de dente do pinhão
da raiz do dente do pinhão.
é adaptada à coroa. Em outras palavras, o entalhe do
Wiener 2-trace: Engrenagens cônicas produzidas de
dente é mais cônico do que no processo Wiener 2-trace.
acordo com este método de 2 traços têm altura constante
Este método é usado tanto para gerar como para formar
do dente e traços de dente da engrenagem mãe com arco
processos nos quais a coroa é usinada em mergulho.
circulares. Este método indexado é usado principalmente
Semi-completing: Trata-se de um método de
como uma operação de retificação em pequenas séries
acabamento usado para retificação de flancos individuais
de produção. O termo “traço 2” deriva do fato de que os
de engrenagens cônicas desbastadas pelo método Zyklo-
flancos dentados convexos e côncavos do pinhão e da
Palloid. Engrenagens cônicas espirais acabadas desta forma
coroa são fabricados individualmente, usando diferentes
têm uma profundidade constante do dente e um traçado de
IV Seminário
ENGRENAGENS USINAGEM E TRATAMENTO TÉRMICO Realização:
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Revista Engrenagens
JULHO/2019 33
ARTIGOS dente da engrenagem mãe em arco circular. Tanto o pinhão
de epiciclóide estendida, contínua, e são materializados
quanto a roda são gerados. Uma característica deste método
pelas lâminas do cortador. Estes dentes vão gerar os vãos
é que os dois flancos da engrenagem cônica são usinados
nas peças que a máquina usinar.
com diferentes settings de máquina, mas usando a mesma
A cinemática é apresentada nas Figs. contidas
ferramenta. Isso significa que, ao contrário do método
no texto. O leitor poderá obter detalhes em sites
Wiener 2-trace, ele permite que o raio da ferramenta real
especializados neste campo de conhecimento. Por
necessário para a usinagem do flanco côncavo e convexo
exemplo, na sequência algumas figuras extraídas de
seja acomodado em um único rebolo. Isto é conseguido
(Tsiafis, Mamouri, & Kompogiannis, 2018).
modificando a cinemática da máquina por inclinação,
Dentre tantas opções, então, qual escolher para
movimento helicoidal ou por modified roll (quando a
o projeto inicial? As diferenças entre os processos
rotação do berço obedece uma certa proporcionalidade
podem apresentar vantagens, tais como nível de ruído,
com o avanço da base), sendo este último o método mais
resistência dos dentes à flexão, resistência à fadiga
comum. Como apenas uma ferramenta, o primeiro flanco é
superficial, condições geométricas e limitações do
terminado por um movimento de geração em uma direção
projeto, dentre tantas outras características. Entretanto,
na máquina, e o segundo flanco gerando na outra direção.
deve-se ressaltar que um projeto mal calculado pode
As configurações da máquina são modificadas no ponto de
ser feito com a melhor das tecnologias, mas terá sua
reversão. Assim, este método se beneficia do movimento
performance afetada negativamente. Acredito então,
inverso, o qual, de qualquer modo, é necessário para gerar
que um bom caminho seja seguir a cadeia do custo:
o flanco do dente oposto, com vantagens na produtividade quando comparado com o método Wiener 2-trace. O crowning longitudinal é geralmente gerado por meio de
• Disponibilidade do equipamento, seja na própria empresa ou nos fornecedores; • Existência de ferramentas e dispositivos que possam
diferentes raios de ferramenta, enquanto o crowning do
ser usados com pequena ou nenhuma adaptação;
perfil é realizado através da afiação de ferramentas com
• Possibilidade de utilização de matéria prima
perfil de corte toroidal.
existente e, se possível, com geometria compatível com o produto final (ex: forjados semelhantes);
Diferenças Básicas: Face Milling e Face Hobbing
• Tecnologia presente na empresa ou fornecedor, que
As literaturas são abundantes em relação à descrição
possa assegurar tanto a manufatura quanto os controles
de cada método (Coy, Townsend, & Zaretsky, 1985;
de processo, garantindo assim a qualidade final do
Ghosh, n.d.; Gleason Works, n.d.; Simon, 2002). Algumas
produto.
evidenciam as qualidades de um em relação ao outro, mas o que determina a escolha na hora de projetar é
Características Interessantes Associadas às
a aplicação e o custo de fabricação. Os equipamentos
Engrenagens Cônicas Espirais ou Hipoidais
para a fabricação de engrenagens têm custo elevado
Desenho DUPLEX
quando comparados com máquinas que realizam outros
Nesta condição geométrica, a raiz dos dentes tem a
processos. Pode-se fabricar um par cônico em máquinas
largura constante durante todo a extensão longitudinal.
CNC convencionais sem dúvida, mas a produtividade
Esta é uma grande vantagem em relação às demais
não é comparável com uma máquina dedicada.
geometrias, pois a ferramenta não precisa “forçar” o corte
Atualmente, entretanto, parece-me que as tecnologias
do vão com o lado da lâmina oposto à aresta de corte. Nos
estão convergindo para a flexibilidade total, e dentro de
projetos convencionais, a largura do vão na raiz dos dentes
alguns anos talvez esta diferença de produtividade não
na porção externa da engrenagem (heel) é mais aberta do
seja mais uma limitante.
que na região interna (toe), o que exige uma alteração de
A diferença entre um método e outro refere-se à
setting da máquina, mesmo que automaticamente
forma da engrenagem geradora sobre a qual o par irá
realizado. Para projetar uma engrenagem com DUPLEX
rolar sem escorregar. No caso de face hobbing, esta
basta considerar convenientemente a inclinação do
engrenagem plana tem os dentes em forma de um trecho
ângulo de raiz para que satisfaça a condição:
34 JULHO/2019
Revista Engrenagens
ARTIGOS a geratriz do cone primitivo. Quando nos aproximamos da condição de altura constante, este fenômeno torna-se mais pronunciado. Não é algo que vá melhorar ou piorar Onde:
a performance do par, mas pode tornar a montagem
ΣδD=soma dos ângulos de dedendum
muito sensível a variações dos componentes em relação
Pd= diametral pitch (25.4/módulo)
às distâncias de montagem e offset. Há uma preocupação
Ao= outer cone distance (vide edição anterior)
adicional em reduzir esta inclinação devido ao ruído e
AmG= mean cone distance
à fragilidade das extremidades dos dentes. No processo
rc= diâmetro do cortador
5cut é possível corrigir totalmente esta inclinação, ou
φ=ângulo de pressão
até invertê-la para compensar possíveis distorções
ψ=ângulo de hélice
decorrentes do tratamento térmico. Através de correções
Na geometria DUPLEX o topo dos dentes fica com a
proporcionais de segunda ordem, os ajustes podem ser
largura aparentemente bem paralela, assim como a raiz.
realizados nas máquinas convencionais alterando-se de
Também possui a característica de ter o topo paralelo à
forma conveniente a relação de geração e as posições do
raiz da engrenagem par.
tilt e do swivel.
Controle da conicidade dos dentes: aqui nos referimos à variação da altura dos dentes ao longo do
Sobre o autor: Antonio Gallinucci é engenheiro mecânico
comprimento. As engrenagens cônicas espirais ou
pela Escola de Engenharia Mauá, pós-graduado pela USP
hipoidais possuem uma correlação forte entre o diâmetro
São Carlos e mestrando pela Faculdade de Engenharia
do cortador e a conicidade dos dentes: quanto maior o
Agrícola da Unicamp - FEAGRI.
diâmetro da ferramenta, mais cônico o dente e, portanto, maior a variação da altura. O oposto é verdadeiro. No caso
Referências
em que a altura é constante ao longo do comprimento do dente, a soma dos ângulos de dedendum é zero (ΣδD=0).
Association, A. G. M. (2003). ANSI/AGMA 2005-D03: Design Manual for Bevel Gears, 102.
A relação geométrica abaixo satisfaz a condição para que
Coy, J. J., Townsend, D. P., & Zaretsky, E. V. (1985). Nasa-1152.
o dente tenha altura constante no caso DUPLEX, mesmo
Ghosh, X. C. W. S. K. (n.d.). Advanced theory of Hypoid Gears.
quando feito em face milling:
Gleason Works. (n.d.). Bending Stresses in Bevel Gear Teeth.pdf. (Gleason Works, Ed.). Rochester, NY: Gleason Works.
rc= AmG.sin ψ Caso ultrapassemos este valor para menor, o dente inverte a conicidade, ficando mais alto na porção toe do que na porção heel. Não há vantagens sobre esta condição, e deve ser evitada. Bias in e bias out: a inclinação da linha representativa dos centros das elipses de contato em relação ao fundo do dente é conhecida por bias (a analogia com engrenagens cilíndricas chama-se twisting). A condição de bias zero acontece quando esta linha é perpendicular à raiz do dente, e significa que o contato progride uniformemente em suas elipses do topo do dente em direção à raiz. No caso desta linha de contato estar inclinada (in ou out) o contato inicia em uma região menos centralizada, ou seja, deslocada para a extremidade do dente. Se iniciar no topo do dente próximo ao toe, irá terminar no fundo do dente próximo ao heel. Bias in ocorre naturalmente devido à diferença entre o ângulo do plano de geração e
Klingelnberg, J. (2016). Bevel Gear: Fundamentals and Applications. https://doi.org/10.1007/978-3-662-43893-0 Simon, V. (2002). Load Distribution in Hypoid Gears. Journal of Mechanical Design, 122(4), 529. https://doi. org/10.1115/1.1289390 Tsiafis, I., Mamouri, P., & Kompogiannis, S. (2018). Design and manufacturing of spiral bevel gears using CNC milling machines. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 393(1). https://doi.org/10.1088/1757899X/393/1/012066 Vimercati, M. (2005). Computerized Design of Face Hobbed Hypoid Gears : Tooth Surfaces Generation , Contact Analysis and Stress Calculation Computerized Design of Face Hobbed Hypoid Gears : Stress Calculation. Agma 05Ftm05. Zhang, W., Cheng, B., Guo, X., Zhang, M., & Xing, Y. (2015). A motion control method for face hobbing on CNC hypoid generator. Mechanism and Machine Theory, 92(69), 127–143. https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2015.05.008. Revista Engrenagens
JULHO/2019 35
ARTIGOS
AÇOS PARA ENGRENAGENS CEMENTADAS Por Antonio Carlos Zambon
E
ngrenagens podem ser
usados na fabricação de engrenagens
aplicações em diferentes ramos
fabricadas com uma grande
com tratamento de cementação para
industriais [1].
variedade de materiais como
a indústria automobilística.
não metálicos, ligas não ferrosas,
Aços ligados com as mais diversas
Também são discutidos alguns
variações de teores de Mn, Cr, Ni e
materiais sinterizados, ferros
aspectos entre os diferentes
Mo são utilizados para a fabricação
fundidos, e uma gama de diferentes
tipos de aços como composição
de engrenagens para a indústria
graus de aços.
química, temperabilidade, grau de
automobilística. A escolha do aço
limpeza interna, tamanho de grão
não depende somente de suas
engrenagens de alto desempenho
austenítico, oxidação intergranular,
propriedades finais, mas também
utilizadas na indústria
teor de austenita retida na camada
os fatores custo e disponibilidade
automobilística, são utilizados
cementada, e nível de tensões
devem ser analisados [2]. Esses
basicamente aços. Engrenagens
residuais compressivas.
materiais aliados a um tratamento
Especificamente para
fabricadas de aços recebem um
Outro fator importante analisado
de cementação adequado fornece as
tratamento termoquímico final
é o processo de cementação da
propriedades finais de resistência
geralmente de cementação seguido
engrenagem. São analisados alguns
mecânica, fadiga e desgaste
por têmpera e revenimento.
aspectos da cementação gasosa
necessários para o desempenho
tradicional com relação ao processo
projetado do componente. A adição
de cementação a baixa pressão.
de carbono na superfície da peça cria
O tratamento de cementação, têmpera e revenimento em
um material compósito consistindo
engrenagens, é justamente para aumentar e otimizar suas
Engrenagens de Alto Desempenho
de uma camada superficial de
propriedades mecânicas e cíclicas
Engrenagens fabricadas de aços
alto carbono e com o núcleo com
(fadiga de flexão e de contato).
com tratamento termoquímico de
baixo carbono (carbono original
cementação, seguido de têmpera e
do aço utilizado). Após têmpera e
revenimento são utilizadas em várias
revenimento, esse aço compósito
Este artigo discute algumas famílias de aços tradicionalmente
terá uma dureza e resistência
Tabela 1. Exemplos de Aços das 3 Famílias Consideradas Família
Aço
Norma
1
2
3
Composição Química Nominal (% em peso) C
Mn
Cr
Ni
Temperabilidade Jominy Jmm (HRC)
superficial elevadas (microestrutura consistindo de martensita revenida
Mo
J5
J7
J13
e austenida retida) combinado com
4120RH
SAE J1868
0,20
1,05
0,50
-
0,16
34 - 41
28 - 36
21 - 28
um núcleo dúctil (basicamente
8620RH
SAE J1868
0,20
0,80
0,50
0,55
0,20
34 - 41
28 - 36
21 - 28
uma microestrutura martensítica
16MnCr5+H
EN 10084
0,16
1,15
0,95
-
-
31 - 44
28 - 41
35 máx
20MnCr5+H
EN 10084
0,19
1,25
1,15
-
-
36 - 48
33 - 46
26 - 41
de baixo carbono) produzindo uma
4320RH
SAE J1868
0,19
0,55
0,50
1,82
0,25
37 - 44
33 - 40
25 - 31
18CrNiMo7-6
EN 10084
0,18
0,70
1,65
1,55
0,30
39 - 48
38 - 48
35 - 46
17CrNiMo6-4
EN 10084
0,17
0,75
0,95
1,35
0,20
37 - 47
34 - 46
27 - 42
caso de engrenagens, propriedades
4817H
SAE J1268
0,17
0,50
-
3,50
0,25
35 - 45
31 - 44
23 - 37
de fadiga de flexão na raiz dos dentes
4820RH
SAE J1868
0,20
0,60
-
3,50
0,25
41 - 46
38 - 44
30 - 38
e fadiga de contato no flanco dos
9310RH
SAE J1868
0,10
0,55
1,20
3,20
0,11
36 - 42
35 - 41
31 - 39
dentes são fundamentais [4].
14NiCrMo13-4
EN 10084
0,14
0,45
0,95
3,25
0,17
37 - 46
36 - 46
35 - 46
Para o caso específico de
36 JULHO/2019
Revista Engrenagens
peça com ótimas propriedades de resistência à fadiga e impacto [3]. No
Dureza Rockwell C [HRC]
ARTIGOS 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0
• Família 1: Aços Mn-Cr (inclui também aços com baixos teores de Ni e Mo); • Família 2: Aços Mn-Cr-Ni (Ni acima de 1,20% e SAE 8620 RH SAE 4320 RH
também aços com algum teor de Mo); • Família 3: Aços Mn-Ni (Ni acima de 3,00% e também aços com Cr e Mo). A Tabela 1 apresenta exemplos de aços de cada família tradicionalmente utilizados na fabricação de engrenagens
1,5 3 5 7 9 11 13 15 20 25 30 35 40 45 50 Jominy [mm]
de alto desempenho.
Fig. 1. Curvas de temperabilidade (Jominy) para o aços SAE 8620RH (0,18 – 0,23% C; 0,70 – 0,90 % Mn, 0,40 – 0,70% Ni, e 0,15 – 0,25% Mo) e SAE 4320RH (0,17 – 0,22% C; 0,45 – 0,65 % Mn. 1,65 – 2,00 % Ni, e 0,20 – 0,30% Mo)
De uma maneira meramente genérica, podemos indicar que aços da Família 1 são normalmente utilizados em projetos de engrenagens com baixo carregamento
engrenagens utilizadas em transmissões automotivas em
(limite de fadiga da ordem de 500 MPa). Aços da Família
geral são necessários vários requisitos de desempenho :
2 para tensões moderadas (limite de fadiga da ordem
[5]
• Resistência à fadiga de flexão na raiz dos dentes e à fadiga de contato (“pitting”) no flanco dos dentes ; [7]
• Superfície com dureza elevada para resistência ao desgaste ,
[5] [6], [7]
;
de 560 MPa). Já, aços da Família 3 são utilizados para engrenagens de carregamento elevado com limite de fadiga da ordem de 635 MPa. Esses valores de fadiga são somente ilustrativos.
• Núcleo tenaz para resistência ao impacto [5]; • Precisão dimensional
[7]
para redução de ruído,
Normas internacionais apresentam métodos de cálculos e classificações de tensões de flexão em dentes de
vibração e aspereza (NVH – “Noise-Vibration-
engrenagens bem como os limites de fadiga de forma mais
Harshness”);
específica e detalhada do que citado acima. Exemplos são
• Capacidade de transmitir cargas mais elevadas
as normas ANSI/AGMA 2104 [8] e ISO 6336 [9].
sem aumento de tamanho e peso da peça. Outros Fatores Metalúrgicos Famílias de Aços para Engrenagens
Composição Química
Há uma grande variedade de classes de aços conforme
A composição química é fundamental na escolha do aço
sua composição química e temperabilidade utilizados no
que permitirá atingir as propriedades mecânicas e cíclicas
projeto de engrenagens, dependendo do grau de exigência
necessárias para o uso especificado da engrenagem.
com relação às tensões de trabalho e vida esperada do
Assim, a composição química do aço deve ser
componente. Assim, o aço mais adequado para uma
detalhadamente definida para se conseguir propriedades
determinada aplicação deve ter um balanço ótimo de
ótimas de desempenho da engrenagem projetada. Abaixo
propriedades e do custo envolvido em todos os processos
um guia simplificado para uma correta definição de
de fabricação da peça .
parâmetros de composição química de um aço para
[6]
Temperabilidade, tenacidade e custo do aço geralmente aumentam com os tipos e quantidades de
engrenagem de alto desempenho [7]: • Minimizar o efeito de oxidação intergranular em
elementos de liga utilizados [6]. Lembrando que aços com
processos de cementação gasosa convencionais reduzindo
temperabilidade controlada (além da composição química
elementos com afinidade ao oxigênio como Cr, Mn e Si;
também há especificação das curvas Jominy de máximo
• Trabalhar com aços mais limpos (macro e micro
e mínimo que definem a propriedade de endurecimento
inclusões), como exemplo reduzindo inclusões de sulfeto
do aço na têmpera), melhoram a repetibilidade das
de manganês (MnS) pela redução dos limites de S e Mn;
propriedades mecânicas e o comportamento das peças com relação a distorção no tratamento de cementação [6]. Podemos genericamente classificar aços para engrenagens em três grandes famílias:
• Prevenir a presença de intermetálicos como nitretos de titânio (TiN) pelo controle da razão Ti/N; • Aumento da temperabilidade pela otimização dos teores de Mn, Cr, Ni e Mo; Revista Engrenagens
JULHO/2019 37
ARTIGOS aços típicos de cementação (SAE 8620RH e SAE 4320RH) com teores similares de carbono e cromo, mas com diferenças nos teores de Mn, Ni e Mo.Como pode ser observado 200 µm*
EHT = 20.00 kV WD = 32 mm
Signal A = SE1 Photo No. = 2856
Date: 20 Sep 2011 Time: 9: 38:01
nesta Fig., o aço SAE 4320RH possui (a)
uma maior temperarabilidade que o aço SAE 8620RH (curvas Jominy máximo e mínimo com durezas mais elevadas). Isso significa que uma mesma peça fabricada com
Pa 1
esses 2 aços e temperadas em um sistema de mesma severidade de têmpera (mesma condição de resfriamento) terão durezas de núcleo diferentes.
Pa 1 = 114.2 µm Pb 1 = 268.2°
Grau de Limpeza Interna Aços limpos, ou seja, aços com níveis mais baixos de macro e micro inclusões não metálicas em relação
Pa R1 20 µm*
EHT = 20.00 kV WD = 15 mm
Signal A = SE1 Photo No. = 2860
Date: 20 Sep 2011 Time: 9: 42:06
(b)
Fig. 2. Imagens microscópio eletrônico de varredura (MEV). (a) início de uma trinca de fadiga em um dente de engrenagem em um ensaio de teste de fadiga em laboratório. (b) Origem da trinca foi em uma inclusão não metálica de sulfeto de manganês localizada a 114 µm abaixo da superfície da peça
• Aumento da tenacidade quando
a aços de limpeza padrão, possuem melhor resistência a fadiga [3],[5],[10]. Teores elevados de enxofre produzem níveis de inclusões elevadas de MnS
distância da superfície ao núcleo
que atuam como concentradores
necessário pelo aumento dos teores
da peça em um processo de
de tensões, facilitando o início de
de Ni e Mo;
resfriamento conhecido como
trincas de fadiga [3]. A Fig. 2 mostra
têmpera.
uma trinca de fadiga na raiz de um
• Refinamento e homogeneidade do tamanho de grão austenítico pelo balanço dos teores de Nb, Ti, Al e N;
Essa propriedade é que define
dente de engrenagem iniciada em
as especificações de dureza de
uma inclusão de sulfeto de manganês
núcleo dos dentes das engrenagens,
localizada logo abaixo da superfície
contornos de grãos pela redução
logicamente aliada à severidade
da peça. Também, o fósforo é um
dos teores de P e S, e adicionando
do meio de têmpera. Portanto, aços
elemento que promove o início de
pequenas quantidades de Mo e Nb.
com temperabilidade adequada
trincas intergranulares pelo efeito
• Aumento de resistência nos
devem ser selecionados para cada
da estabilização da cementita, e
mais as questões de temperabilidade,
tipo de engrenagem e aplicação.
portanto deve ser controlado em
limpeza interna dos aços, tamanho
Além do carbono, vários elementos
níveis baixos [3].
de grão austenitico e oxidação
de liga como Mn, Cr, Ni e Mo
intergranular.
contribuem para o aumento da
resistência à fadiga pelo efeito da
temperabilidade. Também, o
redução da quantidade e do tamanho
Temperabilidade
boro como um micro ligante atua
das inclusões não metálicas nos aços,
A temperabilidade de um aço, pode
positivamente na temperabilidade.
torna-se possível melhorar a vida do
Nas sessões abaixo abordaremos
ser definida como a capacidade de endurecimento ao longo da 38 JULHO/2019
Revista Engrenagens
Como exemplo, a Fig. 1 mostra as curvas de temperabilidade para dois
Assim, com o aumento da
projeto de engrenagens, bem como aumentar o torque de aplicação final
ARTIGOS
Fig. 3. Oxidação intergranular com profundidade de 19,31 µm em um processo de cementação gasosa. Aço SAE 4118RH com composição nominal de 0,21% C; 0,80% Mn; 0,50% Cr; e, 0,10% Mo
para uma mesma vida [10].
Fig. 4. Oxidação intergranular com profundidade de 9,66 µm em um processo de cementação gasosa. Aço SAE 4320RH com composição nominal de 0,20% C; 0,55% Mn; 0,50% Cr; 1,80% Ni; e, 0,25% Mo
A ocorrência de oxidação
Fig. 5. Aço sem Ni isento de oxidação intergranular em um processo de cementação a baixa pressão. Aço SAE 4118RH com composição nominal de 0,21% C; 0,80% Mn; 0,50% Cr; e, 0,10% Mo
mesmo processo de cementação
intergranular é inerente aos
gasosa (as amostras foram tratadas
Tamanho de Grão Austenítico
processos de cementação gasosa
juntas). Aço sem a presença de Ni e
Tamanho de grão austenítico fino
convencionais (atmosferas
com um baixo teor de Mo apresentou
aumenta a resistência a fadiga
endotérmicas a partir de
uma oxidação intergranular de
de aços [3]. Carbonetos, nitretos e
hidrocarbonetos ou de álcool).
aproximadamente 20 µm (Fig. 3),
carbonitretos de Al, V, Nb e Ti atuam
Quanto maior a profundidade
enquanto que para um aço com Ni
para segurar o crescimento dos
da camada cementada, ou seja,
e um teor mais elevado de Mo, a
grãos austeníticos em processos de
maiores tempos de tratamento,
oxidação não atingiu 10 µm (Fig. 4).
alta temperatura [3]. Esse conceito
mais acentuada é a profundidade
tem sido usado para refinar e
da oxidação. Normalmente nesses
não produzem oxigênio livre na
homogeneizar o tamanho de grão em
processos a profundidade da
atmosfera de tratamento, são
processos de cementação .
oxidação intergranular é tolerada
isentos na formação de oxidação
até um máximo de 20 µm. Normas
intergranular nos componentes
[7]
Assim, com grãos austeníticos
e de alguns
Processos de cementação que
mais estabilizados, é possível
internacionais
trabalhar com temperaturas mais
fabricantes de engrenagens
livre de oxigênio na atmosfera
elevadas de cementação com o
cementadas limitam a profundidade
e, portanto, isento de oxidação
objetivo de redução do tempo de
da oxidação intergranular de acordo
é a cementação a baixa pressão.
tratamento para uma determinada
com a especificação da faixa da
Esse processo será abordado na
profundidade de camada
profundidade da camada cementada.
próxima sessão. A Fig. 5 mostra
cementada desejada.
[9,11]
O fenômeno da oxidação
tratados. Atualmente um processo
uma estrutura totalmente isenta
intergranular é fortemente
de oxidação intergranular para um
Oxidação Intergranular
influenciado por elementos de liga
aço comum sem Ni após tratamento
A oxidação intergranular é a
do aço, como Si, Cr e Mn que tem alta
de cementação em um processo a
formação de óxidos de elementos
afinidade com o oxigênio . Por outro
baixa pressão.
de liga nos contornos dos grãos
lado, o uso de aços com elementos de
austeníticos que empobrecem
liga com baixa afinidade ao oxigênio
Processo de Cementação –
a matriz do aço reduzindo sua
como o Ni e em menor escala o Mo,
Convencional x Baixa Pressão
temperabilidade local. Essa redução
inibem acentuadamente a formação
A cementação gasosa convencional
localizada da temperabilidade
de oxidação intergranular na
ainda é o processo mais utilizado
leva a formação de produtos não
cementação gasosa
martensíticos na superfície da peça
[2]
.
[10]
As Figs. 3 e 4 mostram o efeito
mundialmente para tratamento de engrenagens e outros componentes.
no processo de têmpera que segue a
dos elementos de liga na formação
Já a utilização de cementação a baixa
cementação.
da oxidação intergranular para um
pressão vem crescendo devido a Revista Engrenagens
JULHO/2019 39
ARTIGOS vários benefícios como qualidade metalúrgica, melhores
constituída basicamente de martensita revenida de alto
condições ambientais e mesmo custos operacionais
carbono e alguma austenita retida [3].
mais baixos. No processo de cementação a baixa pressão,
Porém, há muita controvérsia em relação ao
o potencial de carbono é função naturalmente da
teor ideal de austenita retida em engrenagens
temperatura e da vazão do gás de processo (normalmente
cementadas. Informações da literatura técnica bem
propano ou etileno). Programas de simulação a partir
como especificações da indústria automobilística são
de dados empíricos definem e controlam os ciclos de
muito variadas com relação a esta especificação. As
cementação desejados.
especificações variam entre limites do teor máximo da
Abaixo, vantagens da cementação a baixa pressão em relação aos processos gasosos convencionais : [6]
• Ausência de oxidação intergranular, mesmo em aços
austenita retida de 2%, 5% ou 10%, e faixas que podem variar de 10 – 20% ou 10 – 30%. A polêmica existe, pois, a presença e a quantidade de
com somente elementos de liga com afinidade ao oxigênio
austenita retida pode trazer vantagens como também
(Exemplo ilustrado na Fig. 5);
desvantagens dependo da peça e seus requisitos finais.
• Permite trabalhar em temperaturas mais elevadas devido à natureza do equipamento (fornos tipo vácuo), o
Abaixo indicamos algumas vantagens e desvantagens consideradas para a austenita retida:
que reduz tempos de tratamento da peça; • Flexibilidade para diversos ciclos de cementação. Automação completa utilizando receitas para cada peça e tratamento térmico; • Profundidade de camada mais uniforme nas peças. Em dentes de engrenagens a camada cementada medida
Vantagens • A austenita por ser uma fase dúctil pode ajudar nas tensões internas que ocorrem durante a têmpera, potencialmente reduzindo distorção e trincas; • Presença de austenita em porcentagens mais
no flanco e na raiz dos dentes atingem valores mais
elevadas até em torno de 30% podem gerar um leve
próximos;
aumento da dureza e consequentemente da resistência
• Possibilidade de integração do sistema dentro das
mecânica devido a transformação de parte dessa
áreas de manufatura, pois o processo é limpo, fácil de
austenita em martensita durante processos de jateamento
operação e manutenção, sem chamas, sem calor ambiente
com granalhas ou mesmo sob carga durante o uso;
e poluição;
• Também a vida de fadiga de contato pode ser
• Menor consumo de energia e de gases de processo. No geral, o custo operacional é menor; • Tempos curtos de iniciação e encerramento de
melhorada pela redução da tensão superficial resultante, pois a austenita devido a sua baixa dureza pode aumentar a área de contato das superfícies de trabalho.
operação; • Melhor controle dimensional (menores distorções) principalmente quando se utiliza têmpera a gás.
Desvantagens • A austenita sendo um microconstituinte mole, quando presente em alta quantidade pode reduzir a
Algumas desvantagens do processo a baixa pressão em relação ao convencional: • Maior investimento inicial e, portanto, maior custo de depreciação; • Formação de fuligem devido à geração da
dureza de engrenagens cementadas; • Como já mencionado, a austenita retida pode se transformar em martensita durante o uso da peça. Essa transformação é acompanhada por uma variação dimensional. Assim, componentes que requerem alta
atmosfera diretamente dentro do forno (introdução do
precisão dimensional podem apresentar problemas
hidrocarboneto de processo), principalmente nas bombas
durante sua utilização.
de vácuo. Tensões Residuais Compressivas Austenita Retida
O limite de fadiga de uma engrenagem é melhorado com
Uma camada cementada de boa qualidade deve ser
o aumento de tensões residuais [2]. Jateamento simples ou
40 JULHO/2019
Revista Engrenagens
ARTIGOS duplo com granalhas (“single shot peening” ou “double
suas características acabam não dependendo somente
shot peening”) são utilizados para aumentar a resistência
do conhecimento teórico. Ou seja, além de sistemas de
a fadiga por flexão na raiz dos dentes de engrenagens [10].
modelamento para projeto e manufatura, a experiência
O jateamento com granalhas é um processo de trabalho
adquirida em cada empresa ao longo do desenvolvimento
a frio, onde a superfície da peça é bombardeada com
de uma peça deve ser fortemente considerada para seu
pequenas esferas de aço de formato arredondado . O
desempenho desejado.
[6]
processo deve ser rigorosamente controlado e monitorado, onde os principais parâmetros são tamanhos, forma e
Sobre o autor: Antonio Carlos Zambon, Eng.
velocidade da granalha.
Especialista Senior, Centro de Excelência América
Outros parâmetros de controle são a intensidade Almen, o grau de recobrimento e principalmente o nível
do Sul - Engenharia de Materiais, Eaton - Grupo Veículos, Valinhos, SP, Brasil.
obtido de tensões residuais. O tratamento de jateamento com granalhas não deve ser confundido com limpeza por
Referências
jateamento (“shot blasting” ou “shot cleaning”).
[1] Wright, J.A., Sebastian, J.T., Kern, C.P., Kooy, R.J.: Design, Development and Application of New High-Performance Gear Steels. AGMA Technical Paper, September 2009.
Jateamento com granalhas fornecem um expressivo aumento no desempenho de fadiga em engrenagens, devido à geração de tensões residuais compressivas na superfície das peças . Há considerações de um aumento [8]
de até 10% no limite de fadiga da peça [11]. Pode ser entendido de uma forma simplificada, que o aumento nas propriedades de fadiga da peça ocorre devido à tensão residual compressiva gerada compensar a tensão de tração aplicada no uso do componente. Comentários Discutimos ao longo do artigo vários fatores metalúrgicos que afetam o projeto, fabricação e aplicação de engrenagens cementadas. Além do tipo do aço em si definido pela sua composição química, discorremos sobre outros fatores muito importantes que impactam a vida de uma engrenagem em serviço. Fatores como temperabilidade, nível de inclusões não metálicas, tamanho de grão austenítico dos aços; nível de oxidação intergranular e porcentagem de austenita retida na camada cementada das peças; processos de cementação, e, processos de jateamento com granalhas são fatores fundamentais para um ótimo desempenho de uma engrenagem cementada. Também ficou claro que há alguma controvérsia com relação a determinadas especificações, como é o caso da austenita retida. As informações da literatura e de normas de fabricantes de engrenagens mostram que há vários conceitos diferentes de projeto e fabricação. Portanto, afirmações convictas de alguns fatores metalúrgicos devem ser evitadas, pois as definições de materiais e
[2] Raja, B.V.R., Pal, N., Talwar, P.L., Jayaswal, N.P.: Engineering Steels for Automotive Applications, Steelworld, March 2005. [3] Wise, J.P., Matlock, D.K., Krauss, G.: Bending Fatigue of Carburized Steels, Heat Treating Progress, August/ September 2001, p. 33-41. [4] Kanisawa, H., Ochi, T., Koyasu, Y.: Development of HighStrength Carburized Steel for Automobile Gears, Nippon Steel Technical Report No. 64, January 1995, p. 50. [5] Drive Line & Transmissions – Gears, Corus Engineering Steels, www.corusengineeringsteels.com. [6] Herring, D., Lindell, G.: Heat Treating Heavy-Duty Gears, Heat Treating Progress, July/August 2008, p. 49-57. [7] Tobie, T., Hippenstiel, F., Mohrbacher, H.: Optimizing Gear Performance by Alloy Modification of Carburizing Steel, Metal, July 2017. [8] ANSI/AGMA 2104-D04: Fundamental Rating Factors and Calculation Methods for Involute Spur and Helical Gear Teeth, American National Standards Insitute, 2010. [9] ISO 6336-1:2006: Calculation of Load Capacity of Spur and Helical Gears – Part 1: Basic Principles, Introduction and General Influence Factors, International Organization for Standardization, 2006. [10] Kamjou, L., Ölund, P., Claesson, E,. Fagerlung, J., Wicks, G., Wennmo, M., Hansson, H.: Innovative Steel Design and Gear Machining of Advanced Engineering Steel, Gear Technology, August 2016, p. 82-87. [11] ISO 6336-5:2016: Calculation of Load Capacity of Spur and Helical Gears – Part 5: Strength and Quality of Materials, Introduction and General Influence Factors, International Organization for Standardization, 2016. Revista Engrenagens
JULHO/2019 41
ARTIGOS
ENGRENAGENS CILÍNDRICAS DIMENSIONAMENTOS AUTOMÁTICOS: INICIAL, FINO E DE MODIFICAÇÕES DE MICRO - GEOMETRIA
Por MSc. ETH Ilja Tsikur, KISSsoft AG Suiça. Dipl. Ing. Jose Luis Piña- Lic. Valeria Busacca, ESTUDIO PIÑA S.R.L. -KISSsoft Latin American Partner Neste artigo, apresentaremos um procedimento para dimensionamento automático de engrenagens cilíndricas baseado em padrões internacionais de geometria, cálculo de resistência e restrições de fabricação. As seguintes etapas de dimensionamento são cobertas: modificações iniciais, finas e micro-geométricas. O objetivo é reduzir os custos nas etapas posteriores de fabricação ou, alternativamente, prever a necessidade de ferramentas adicionais no processo inicial de projeto. Dimensionamento Inicial de Engrenagens
e a qualidade da engrenagem, o
um cálculo de variantes pode ser
tratamento térmico e a vida útil
executado para extrair diferentes
a primeira etapa, o dimensionamento
solicitada (consulte a Fig. 1). De acordo
soluções geométricas. A ideia é
aproximado da engrenagem é
com a norma ISO 6336 , os limites de
procurar por todas as soluções
executado. O objetivo desta etapa é
resistência dos materiais dependem
possíveis em termos de distância
encontrar a distância entre centros
da dureza da superfície, da qualidade
entre centros e largura do dentado
ótima e a largura do dentado. Esses
do material e do tratamento térmico.
enquanto os fatores de segurança
dois parâmetros basicamente
Consequentemente, se os requisitos
são atendidos e um quociente
definem as dimensões gerais da
de dimensão da caixa de engrenagens
razoável entre largura do dentado
caixa de engrenagens, seja para uma
N
[1]
não forem atendidos, um material
e módulo normal b/mn é mantido
caixa de engrenagens
diferente, tratamento térmico ou
(para aplicações automotivas
de um estágio ou de
uma qualidade da engrenagem mais
normalmente b/mn ≈ 6, para
múltiplos estágios e estão
alta deve ser aplicada.
caixas de engrenagens industriais
diretamente ligadas às dimensões
Depois que os dados de entrada,
b/mn ≈ 20). A Fig. 2 mostra um
da caixa. A estimativa é baseada
os fatores de segurança necessários
exemplo desse cálculo de variantes,
no método de cálculo selecionado
e o método de cálculo são fixados,
classificado em termos de distância
para a geometria e resistência da
Torque
Velocidade
engrenagem. O método de cálculo é definido pelos padrões escolhidos (DIN, ISO, AGMA, VDI, GOST etc.) e os fatores de segurança requeridos: tipicamente para raiz e flanco, mas em alguns casos também para raspagem, micropites, desgaste, etc.
Relação de transmissão
Dimensionamento Inicial Largura do dente Estratégia
Material Qualidade
Método de cálculo
Os principais parâmetros de entrada para o dimensionamento potência), a velocidade, a relação de
Fatores de segurança requeridos
engrenagem necessária, o material
Fig. 1. Procedimento de dimensionamento inicial
aproximado são o torque (ou
42 JULHO/2019
Revista Engrenagens
Vida de serviço exigida
Distância entre centros
ARTIGOS a [mm]
b1 [mm] b2 [mm] m0 [mm]
9.7660 100.000 106.000 106.000 106.000 106.000 106.000 106.000 106.000 106.000 106.000 106.000 111.292 112.000 112.000 112.000 112.000 112.000 112.000 112.000 112.000 112.000 112.000 112.000 112.000 112.000 118.000 118.000 118.000 118.000 118.000 141.955 161.648
60.930 61.232 49.540 50.457 50.408 51.000 52.974 52.951 54.602 55.972 55.997 61.196 43.990 42.797 43.813 44.781 45.190 45.307 46.554 46.485 47.845 48.688 48.116 48.239 49.552 52.968 41.232 41.764 41.782 44.976 45.662 20.000 20.260
59.440 59.482 48.040 48.997 48.908 49.500 51.474 51.451 53.102 54.472 54.497 59.606 42.920 41.484 42.500 43.464 43.817 43.994 45.241 45.172 46.532 47.375 46.803 46.926 48.239 51.665 39.919 40.451 40.469 43.663 44.340 25.920 18.700
2.972 3.000 2.500 2.750 2.500 2.750 3.000 3.000 3.000 2.750 2.750 3.000 2.146 2.250 3.000 2.750 2.250 2.250 3.000 2.750 3.000 2.500 2.500 2.500 2.750 3.000 2.250 2.250 2.250 2.250 2.250 4.320 3.117
z1
z2
i
16 16 21 19 21 19 17 17 17 18 19 16 25 25 19 20 24 24 18 20 18 23 21 21 19 17 25 25 25 24 25 16 25
49 50 62 56 64 58 52 53 54 57 59 52 78 74 56 61 74 75 55 62 57 68 67 68 60 55 79 78 80 78 81 49 78
3.063 3.125 2.952 2.947 3.048 3.053 3.059 3.118 3.176 3.167 3.105 3.250 3.120 2.960 2.947 3.050 3.083 3.125 3.056 3.100 3.167 2.957 3.190 3.238 3.158 3.235 3.160 3.120 3.200 3.250 3.240 3.063 3.120
SFsmallest SH smallest 2.330 2.322 1.692 1.871 1.801 1.958 2.135 2.174 2.242 1.954 2.282 2.309 1.492 1.471 2.057 1.832 1.456 1.509 2.012 1.916 2.129 2.025 1.663 1.713 1.846 2.150 1.423 1.383 1.474 1.443 1.744 2.266 1.447
1.000 1.000 1.002 1.001 1.001 1.001 0.998 0.998 1.000 0.999 0.994 0.999 1.000 0.999 0.999 1.000 0.998 0.998 1.000 0.998 1.000 0.999 0.999 0.999 0.999 0.999 0.999 0.999 0.999 0.999 1.001 1.000 1.000
P max
W [kg]
49.952 49.970 50.176 50.059 50.069 50.107 49.786 49.790 49.962 49.944 49.445 49.894 49.987 49.925 49.945 49.998 49.827 49.885 49.969 49.794 49.955 49.903 49.946 49.946 49.032 49.899 49.928 49.400 49.330 49.881 50.105 50.009 50.014
8.547 9.026 8.139 8.828 8.334 8.417 8.763 8.785 9.090 9.394 9.367 10.359 8.162 7.868 7.975 8.270 8.416 8.472 8.610 8.617 8.904 9.027 9.056 9.104 9.298 10.008 8.575 8.666 8.715 9.472 9.632 7.923 7.545
T max/ W [Nm/ kg] 37.205 35.246 39.247 38.477 38.246 37.897 36.167 36.083 34.992 33.846 33.605 30.662 38.987 40.396 39.869 38.488 37.693 37.424 36.949 36.787 35.716 35.193 35.113 34.927 34.186 31.741 37.065 36.288 36.033 33.524 33.115 40.184 42.201
dB(A) 77.413 77.997 78.171 78.182 77.533 77.659 78.341 77.960 77.691 78.568 72.251 79.068 77.012 77.661 77.469 77.761 78.094 77.783 78.304 77.521 77.668 76.962 78.253 77.924 78.712 78.996 77.918 78.256 77.669 78.792 77.328 77.413 77.012
a = 97.7 mm a = 161.6 mm a = 112.0 mm b = 60.9 mm b = 20.3 mm b = 42.8 mm
Fig. 3. Solução com pequena distância entre o centro e a distância central alta
A Fig. 3 ilustra duas soluções com distância entre centros mínima e máxima. Ambas as soluções são viáveis, desde que os fatores de segurança solicitados sejam atendidos. Neste ponto, o engenheiro deve fazer uma escolha, qual solução é ideal para a aplicação dada. Diferentes estratégias podem ser aplicadas durante a procura por uma solução ótima. Uma abordagem usada com frequência é minimizar o peso das engrenagens devido à sua
Fig. 2. Dimensionamento inicial a - distância entre centros, b - largura do dentado, mn - módulo, z - numero de dentes, i - relaçao de transmissao, SF - segurança a flexao, SH - segurança a pressao, P - máxima potência transmissível, W - peso, Tmax / W - densidade da potência
ligação direta aos custos de
entre centros. Neste estágio inicial,
entre centros tem, neste exemplo, o
otimização para uma caixa de
é possível estimar o tamanho, peso e
menor peso e a maior densidade de
engrenagens de 50 kW: a escolha
densidade de potência das variantes
potência, mas é devido aos limites
da distância entre centros pode
da caixa de engrenagens.
superiores para o tamanho da caixa
economizar até 25% do peso da
A solução com a menor distância
fabricação (preço do material por kg). A Fig. 2 ilustra o potencial de
de engrenagens não aplicável. A
engrenagem (soluções entre 5,4
entre centros resulta em dimensões
solução intermediária (a = 112)
kg e 7,1 kg). Uma outra abordagem
pequenas da caixa de engrenagens,
fornece um bom equilíbrio entre
seria maximizar a densidade de
mas é menos atraente em termos
o tamanho pequeno do redutor,
potência da engrenagem (máx.
de peso ou densidade de potência.
o baixo peso e a segunda maior
Torque transmissível / por kg) - um
A solução com a maior distância
densidade de potência.
bom equilíbrio entre baixo peso
Lista de ferramentas geradoras
Relações de transmissao objetivos
e alta potência transmissível. Em algumas aplicações, por exemplo Geometria do cortador
Dimensionamento fino Largura do dentado
Macro geometria ótima de engrenagem
Estratégia Faixa de distância entre centros
Método de cálculo
engrenagens plásticas, as soluções com distância mínima entre centros (menores dimensões da caixa de engrenagens) são preferidas, devido ao espaço limitado no produto final, ou com o módulo mais alto para reduzir a influência das tolerâncias
Faixa do módulo
Fig. 4. Dimensionamento fino
Faixa de ângulo de pressão
Faixa de ângulo de hélice
de fabricação. Assim, o dimensionamento inicial de engrenagens é um passo Revista Engrenagens
JULHO/2019 43
ARTIGOS importante no processo de projeto de
minimum root safety 2.050
engrenagens. Ele fornece uma faixa
Efficiency
1.950
de possíveis dimensões da caixa de engrenagens e permite otimizar
0.992
307 308
244
1.850
0.989
o peso, o tamanho e os custos de fabricação das engrenagens. Na
0.990
1.750
próxima etapa, a macro-geometria
1.650
de engrenagem precisa ser otimizada.
176 177 178
0
1.550 0.908
1.000
1.020 1.040 1.060 1.080 minimum flank safety
1.100
1.120
Macrogeometria e Otimização de Engrenagens
Fig. 5. Dimensionamento fino, análise em termos de segurança
Uma vez que a distância entre
de pressão e perfil de referência
referência da engrenagem para obter
centros e a largura do dentado são
da engrenagem está diretamente
soluções com alto contato e menor
fixas, a geometria da engrenagem
ligada à geometria da ferramenta.
variação da rigidez de contato.
pode ser otimizada com a estratégia
Assim, as restrições de fabricação
de dimensionamento fino. A ideia
podem limitar o número de soluções
centros e a largura do dentado
principal é realizar um cálculo
viáveis. A Fig. 4 mostra duas
fixas, agora é possível percorrer
variacional de parâmetros principais
abordagens possíveis: uma lista de
sobre uma faixa de módulo normal,
de engrenagem, como módulo
fresas disponíveis pode ser usada
ângulo de pressão e ângulo de hélice,
normal, ângulo de pressão, ângulo
como entrada para o procedimento
em diferentes combinações de
de hélice, número de dentes,
de dimensionamento preciso para
número de dentes e coeficientes de
deslocamento do perfil e perfil de
economizar custos que possam
deslocamento do perfil, eliminando
referência (ver Fig. 4). Com modernas
surgir devido à necessidade de
as soluções
ferramentas de software, esse
um cortador especial no processo
cálculo pode facilmente produzir
de fabricação posterior. Por outro
mais de 1000 soluções geométricas
lado, se o projeto de engrenagem
diferentes. O principal desafio é
otimizada for exclusivo, a geometria
eliminar todas as variantes não
da fresa se torna um resultado do
viáveis e aplicar uma estratégia
cálculo e abre um novo potencial de
inteligente para encontrar um ótimo.
otimização. Por exemplo, pode-se
Para a fresagem (hobbing)
Mantendo a distância entre
• onde os requisitos mínimos do fator de segurança não são atendidos • com uma penetração do perfil conjugado no pé do dente • onde a espessura na cabeça do dente é muito pequena • onde o desvio da relação de
definir um grau de recobrimento de
transmissão solicitada é muito
convencional ou cortador shaping, a
perfil desejado (εα ≥ 2) e usar essa
grande
escolha do módulo normal, ângulo
restrição para iterar sobre o perfil de
Mass [kg] 5.580
5.540
Efficiency 0.992
176 177 307 178 244 308
0.990 0.989
• onde o deslizamento específico (desgaste, atrito) é muito alto Um algoritmo simples pode classificar e extrair as melhores soluções em termos de relação de transmissão, resistência, peso, rigidez de contato, deslizamento
5.500
específico, etc. e fornecer uma lista 0
5.460 73.50
74.50
1.020
75.50
76.50 77.50
sound pressure level according to Masuda Fig. 6. Dimensionamento fino, análise em termos de nível de pressão sonora, massa e eficiência 44 JULHO/2019
Revista Engrenagens
das melhores soluções gerais, com base em uma combinação ponderada dos critérios acima. A Fig. 5 e a Fig. 6 ilustram o estágio final de tal
ARTIGOS centros, largura do dentado, ângulo
de carga ao longo do flanco é
de pressão, ângulo de hélice e relação
ideal, modificações de perfil são
de transmissão permanecem os
aplicadas para reduzir o ruído da
mesmos.
marcha. Outros efeitos, como menor temperatura de contato e maior
Fig. 7. Exemplo de duas soluções geométricas ótimas com perfil de referência padrão (à esquerda) e perfil de dente profundo (à direita)
Microgeometria e Otimização de Engrenagens
eficiência, distribuição suave de
otimização, onde apenas alguns
Na terceira e última etapa, a
a micropites podem ser alcançados.
dos melhores candidatos a melhor
micro-geometria de engrenagem é
No entanto, neste artigo vamos
solução permanecem. Solução
definida. Primeiro, as modificações
nos concentrar na otimização
Nr. 0 foi o ponto de partida após o
longitudinais do flanco são aplicadas
de parâmetros relacionados ao
procedimento de dimensionamento
para compensar a flexão e torção
ruído, tais como a linha de contato
aproximado. Todas as outras soluções
do eixo, desalinhamentos devido
sob carga, erro de transmissão
são o resultado da otimização,
a erros de fabricação, folga do
pico a pico, excitação de força e
mantendo a distância entre centros
mancal, deformação e influência do
harmônicos.
e a largura do dentado (mesmas
mancal. Modificações longitudinais
dimensões da caixa de engrenagens).
ideais normalmente aumentarão
força normal ou maior resistência
a capacidade de torque da caixa
Modificações longitudinais na linha dos flancos (hélice)
mostram um aumento significativo
de transmissão devido a uma
O fator de distribuição longitudinal
nos fatores de segurança, eficiência
distribuição de carga mais uniforme
de carga (contato) KHβ é definido
e um nível de pressão sonora mais
ao longo do flanco, reduzindo assim o
como a razão entre a maior carga
Todas as soluções otimizadas
baixo, de acordo com Masuda . A
fator de distribuição longitudinal de
por unidade de comprimento
solução número 244 mostra um
carga (contato) KHβ. Normalmente,
(carga linear) dividida pela carga
bom equilíbrio entre alta resistência
uma modificação do ângulo da
média sobre a largura do dentado
e eficiência com baixo nível de
hélice é aplicada para compensar os
[1]
massa e ruído. Assim, introduzimos
desalinhamentos do eixo sob carga
fator de distribuição longitudinal
um método eficaz para otimizar a
e uma coroação para compensar os
de carga (contato) seria igual a um.
macro-geometria de engrenagem
erros de fabricação aleatórios e os
O Anexo E da ISO 6336 descreve
sob determinadas restrições de
efeitos de torção.
uma abordagem possível para
[5]
fabricação. Na próxima etapa, a
calcular o fator KHβ, considerando
Uma vez que a distribuição
micro-geometria de engrenagem
. Assim, sob condições ótimas, o
Cálculo do eixo
é definida. Para uma análise mais aprofundada, usaremos duas variantes de engrenagem
Desalinhamento do eixo
diferentes (conforme ilustrado na Fig. 7) a partir do procedimento de dimensionamento fino. A engrenagem à esquerda tem um padrão ISO 53: perfil de referência C [2]
. A engrenagem à direita tem um
perfil de dente profundo, otimizado
Macro-geometria ótima de engrenagem
Fator de distribuiçao longitudinal de carga khβ
Modificações ótimas de hélice
Estratégia Iso 6336 anexo E
para um grau de recobrimento de perfil de 2 e tem um módulo normal levemente mais baixo. Outros parâmetros como distância entre
Erros de fabricação
Lista de rebolos Lista de dispositivos de dressagem
Fig. 8. Otimização do fator de distribuição longitudinal de carga (contato) com modificações de hélice Revista Engrenagens
JULHO/2019 45
ARTIGOS 0.030
without bearing stiffness with bearing stifness
Displacement [mm]
0.020
de fabricação podem ter um sinal positivo ou negativo, vários cenários
0.010
devem ser analisados. A Fig. 10
0
ilustra a distribuição de carga para 5
-0.010
casos diferentes:
-0.020
• fma = 0 e fHβ = 0
-0.030
• fma (+) e fHβ (+)
-0.040 -0.050 0
• fma (+) e fHβ (-) 40 80 120 160 Axial direction y [mm]
200
• fma (-) e fHβ (+) • fma (-) e fHβ (-)
Fig. 9. Linha de flexão do eixo 60 120 Line load wb [N/mm]
De acordo com a ISO 6336, Anexo
Line load fma = 0µm/ ΣfHβ = 0µm Right Tooth Flank Line load fma = 13.8µm/ ΣfHβ = 12µm Right Tooth Flank Line load fma = 13.8µm/ ΣfHβ = -12µm Right Tooth Flank Line load fma = -13.8µm/ ΣfHβ = 12µm Right Tooth Flank Line load fma = 13.8µm/ ΣfHβ = -12µm Right Tooth Flank
180 240 300
E, o cálculo da resistência deve ser realizado com o fator de carga máxima mais alto (neste exemplo, KHβ = 2,2) que resulta dos 5 casos
KHb_max = 2.2
360
acima. Para otimizar a distribuição
No flankline modifications applied
420
de carga e o fator de distribuição
480 540
longitudinal de carga (contato) com erros de fabricação, um
-120
-6.0 0 6.0 12.0 Width [mm] Fig. 10. Carga linear resultante sem modificações na linha de flanco
abaulamento de largura adicional é normalmente aplicado. A ideia é
o desalinhamento do eixo devido
considerada, o dimensionamento de
reduzir a carga linear máxima e,
a deformação de flexão, torção
uma modificação do ângulo da hélice
para todos os cenários de erros de
e erros de fabricação (ver Fig. 8).
pode estar errado e, em alguns casos,
fabricação, deslocar a carga da linha
Modificações longitudinais (hélice)
até mesmo fornecer uma distribuição
de pico para longe das bordas da
são aplicadas para compensar a
de carga pior do que se nenhuma
engrenagem. A Fig. 11 ilustra a carga
distribuição de carga desigual.
modificação fosse aplicada.
da linha com um abaulamento de
Para engrenagens com alto
Além disso, as tolerâncias de
qualidade, o fator de distribuição
fabricação, como o não-paralelismo
Neste exemplo, o maior KHβ aparece
longitudinal de carga (contato)
do eixo (fma) e o desvio angular
para fma (+) e fHβ (+) e é igual a
depende principalmente da
na linha dos flancos (fHβ) devem
1,4. A aplicação do KHβ resultante
deformação do eixo devido à flexão.
ser consideradas. Como os erros
no cálculo de resistência resultou
largura adicional de 10 mícrones.
0 I 30 90
cálculo analítico da deformação
120
rolamento não linear resultante da geometria interna do rolamento, conforme descrito na ISO/TS 16281 [3] (consulte a curva vermelha). A curva azul ilustra a linha de flexão com rigidez de rolamento infinita. Assim, se a rigidez do rolamento não for 46 JULHO/2019
Revista Engrenagens
Line load wb [N/mm]
Fig. 9 ilustra os resultados de um
Line load fma = 0µm/ ΣfHβ = 0µm Right Tooth Flank Line load fma = 13.8µm/ ΣfHβ = 12µm Right Tooth Flank Line load fma = 13.8µm/ ΣfHβ = -12µm Right Tooth Flank Line load fma = -13.8µm/ ΣfHβ = 12µm Right Tooth Flank Line load fma = 13.8µm/ ΣfHβ = -12µm Right Tooth Flank KHb_max = 1.4
150 180 210 240 270 300 -120 330
-6.0
0
Width [mm]
6.0
12.0
-3 -6 -9 -12 -15 -18 -21 -24 -27 -30 -33
I = 17.249
otimizar a distribuição da carga. A
do eixo considerando a rigidez do
II
Fun [µm]
cálculo de deformação do eixo para
Resulting flankline with modifications II = 17.249
Portanto, é importante realizar um
0 0 0 10 [µm] 0 0 21.0 [µm] 0 22.5 [µm] 0 33.5 0 0 -15.0 -12.0 -9.0 -6.0 -3.0 0 3.0 6.0 9.0 12.0 15.0 0 Face width, left tooth flank [mm] 0
Fig. 11. Carga linear resultante com modificações longitudinais
ARTIGOS Modifications C [mym] 0.000
em segurança de raiz 45% maior e
-2.500
-5.000
-7.5000
-10.000
segurança de flanco, 20% maior. Uma importante restrição de fabricação a considerar aqui é a torção de fabricação. Ao usar a retificação por geração continua para produzir abaulamento de largura em engrenagens helicoidais, uma torção Theoretical crowing
pode aparecer devido ao movimento
Resulting crowning with manufacturing twist
de retificação do rebolo. Se não for
Fig. 12. Influência da torção de fabricação no abaulamento de largura
compensado, isso pode levar a uma
a deformação das engrenagens
carga linear efetiva mais alta. A Fig.
é dividida em três componentes
12 ilustra a forma do abaulamento de
principais: engrenagem
devido à fabricação. A compensação
de transmissão • Força de excitação
• Deformação do corpo da
largura com a influência da torção
• Amplitude do espectro do erro
• Linha de contato sob carga O erro de transmissão (TE -
da torção não é uma tarefa simples,
• Deformação por flexão de dente
Transmission Error) descreve o
especialmente devido à falta de
• Aplainamento Hertziano
desvio do ponto de contato teórico
Com base nessa teoria, um
do ponto de contato considerando a
literatura disponível, e requer o uso de máquinas modernas de retificação.
modelo analítico de rigidez pode
deformação do dente. Especialmente
ser criado. Uma análise de contato
o erro de transmissão pico-a-pico
Análise de contato de dentes sob carga
de dente sob carga pode então ser
(PPTE - Peak-to-Peak Transmission
realizada com base na deformação
Error) é um parâmetro valioso
O objetivo da análise do contato
do dente, desalinhamentos do eixo,
para a otimização de ruído. A
do dente sob carga (LTCA - Loaded
erros de fabricação (por exemplo,
transformação de Fourier fornece
Tooth Contact Analysis) é avaliar
erro de passo) e uma carga parcial
as ordens de harmônicos e permite
o engrenamento sob carga. Para o
definida para o cálculo (ver Fig. 13).
avaliar as frequências de excitação.
cálculo da deformação do dente, é
Os resultados do LTCA fornecem
A partir do erro de transmissão e da
necessário um modelo de rigidez do
parâmetros importantes para a
rigidez de contato, é possível derivar
dente. Um modelo analítico para a
caracterização de ruído e otimização
a força de excitação (EF - Excitation
deformação do dente foi apresentado
de:
Force) [7] que permite comparar
por Weber & Banaschek , onde
• Erro de transmissão
[6]
diferentes soluções geométricas em termos de excitação por vibração e ao
Cálculo do eixo
erro de transmissão, para encontrar a melhor variante com redução do barulho. Além disso, a linha de
Desalinhamento do eixo
Geometria e engrenagem e modificações de hélice
Análise de contato Carga parcial Modelo de rigidez do dente
contato sob carga mostra a mudança Resposta do sistema sob carga Ppte, rigidez de contato, relação de contato, linha de contato
do ângulo de pressão no início e no final da engrenagem. Este fenômeno será mais tarde referido como “choque de contato” (veja a Fig. 14). Duas soluções de exemplo do procedimento de dimensionamento
Erros de fabricação
Fig. 13. Análise do contato
fino foram apresentadas. A Fig. 17 ilustra os resultados de uma análise de contato de dente sob carga. Ambas Revista Engrenagens
JULHO/2019 47
ARTIGOS A Fig. 19 ilustra a linha de
não tenha mudado para ambas as
contato sob carga com choques
variantes, os níveis de amplitude
de contato eliminados quando se
são reduzidos. A Fig. 22 ilustra outra
aplica um alívio de cabeça de Cαa
vantagem quando se aplica um
Fig. 14. Choque de contato
= 22µm no exemplo com um perfil
alívio da cabeça: a segunda e mais
as soluções mostram um choque
de referência padrão e Cαa = 15 µm
altas ordens de harmônicas foram
de contato no começo e no final da
para o exemplo de dente profundo.
reduzidas, especialmente para o
malha. Devido a um maior grau
O erro de transmissão pico a pico
exemplo com dente profundo. A
de recobrimento de perfil e maior
(veja a Fig. 20) foi reduzido em ambos
forma de um sinal com apenas uma
rigidez, as amplitudes de erro de
os casos. Os níveis mais baixos de
harmônica dominante é semelhante
transmissão e excitação de força são
ruído podem ser esperados para
a uma onda seno / cosseno. Ao
menores para a solução com dente
o exemplo com dente profundo:
contrário, se muitas ordens de
profundo. Por outro lado, o espectro
a curva de erro de transmissão é
harmônicas são dominantes, o
de amplitude mostra ordens de
mais suave e tem uma amplitude
sinal tem a forma de uma função
harmônicas menos significativas
menor. Isso pode ser explicado com
quadrada, o que é desfavorável. A
para o perfil de referência padrão.
o maior grau de recobrimento de
Fig. 23 ilustra os diagramas de perfil
perfil e a rigidez quase constante
de ambas as variantes. Se fabricado
Modificações de perfil
do dente profundo. Mesmos efeitos
com rebolo de geração, uma roda de
O passo final é o dimensionamento
podem ser observados para a força
dressagem é normalmente usada
das modificações do perfil.
de excitação (veja a Fig. 21). Embora
para moldar o perfil do rebolo que
Diferentes características como
o valor médio da força de excitação
mais tarde produz as modificações.
modificações de perfil bem dimensionadas. Neste artigo vamos nos concentrar na redução do ruído seguindo uma estratégia simples: 1. Elimine os choques de contato no início e no final do engrenamento. 2. Reduza a amplitude do erro de transmissão (PPTE). 3. Reduza o segunda e mais altas
-8.0 -6.0 -4.0 -2.0 0 2.0 4.0 6.0 8.0 Angle of rotation (Gear A) [°] TE (exemplo Perfil C) Fig. 15. Erro de transmissão
ordens de harmônicas para se tornar Na ISO 21771, diferentes tipos de modificação são definidos. Normalmente, um alívio de cabeça (consulte a Fig. 18) nas duas engrenagens é aplicado para reduzir o ruído da marcha. A quantidade de alívio de cabeça Cαa é ajustada para eliminar os choques de contato e o comprimento do alívio de cabeça Lca é escolhido para minimizar o PPTE. 48 JULHO/2019
Revista Engrenagens
Exicitation force [N]
o mais próximo possível de zero.
13400 13200 13000 12800 12600 12400 12200 12000 18000 11600 11000
12.0
16.0 20.0 24.0 Angle of rotation (Gear A) [°] Força de excitação (exemplo Perfil C) Fig. 16. Força de Excitação
28.0
-13.00 -13.50 -14.00 -14.50 -15.00 -15.50 -16.00 -16.50 -17.00 -17.50 -18.00
C
-5.0 -4.0 -3.0 -2.0 -1,0 0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0
Angle of rotation (Gear A) [°] TE (exemplo de dente profundo)
Transmission error µm
podem ser melhoradas com
Transmission error µm
eficiência, micropites ou raspagem
Transmission error µm
ruído, temperatura de contato,
C
-13.00 -13.50 -14.00 -14.50 -15.00 -15.50 -16.00 -16.50 -17.00 -17.50 -18.00
13400 13200 13000 12800 12600 12400 12200 12000 18000 11600 11000
6.0
8.0
10.0
12.0
14.0 16.0
Angle of rotation (Gear A) [°] Excitação de força (exemplo de dente profundo)
0.80
0.72
0.72
0.64
0.64
0.56
0.56
0.48 0.40 0.32 0.24
0
definida. Parâmetros como módulo Order of harmonics 0 4.0 8.0 12.0 16.0 20.0
0
otimizados para atender a diferentes critérios de projeto. Uma lista de 0
4.0
8.0 12.0 16.0 20.0 Order of harmonics TE Harmônicas (exemplos de dente profundo)
Fig. 17. Amplitude do espectro do erro de transmissão
Alternativamente, um perfil de
tooth space
Lca
propriedades como, por exemplo,
dNf
Cαf
E
uma maior rigidez de engrenamento ou um maior grau de recobrimento de perfil. Na etapa final, a micro-
Lcf
Cαf
dCf
a otimizar os custos de fabricação.
ser usado para atingir certas
A
LAE
tooth
dCa
cortadores disponíveis pode ajudar
referência não padronizado pode Cαa
Cαa
dNa
normal, ângulo de pressão, ângulo de hélice e perfil de referência são
0.24
0.08
20.0
0.005
0.32
0.08
8.0 12.0 16.0 Order of harmonics TE (exemplo Perfil C)
geometria de engrenagem é
0.010
0.40
0.16
4.0
Na próxima etapa, a macro-
0.015
0.48
0.16 0 0
tratamento térmico pode ajudar. Amplitude [µm]
0.80
Amplitude [µm]
Amplitude [µm]
ARTIGOS
rooth
geometria de engrenagem é definida. É demonstrado que
Fig. 18. Alívio de cabeça e de raiz
A avaliação, se uma modificação
térmico / acabamento e deve ser
a aplicação de modificações
específica puder ser realizada com
considerada no processo de projeto.
longitudinais bem projetadas pode
rebolos/dispositivos de dressagem
aumentar significativamente a
disponíveis, pode economizar
Resumo
capacidade de torque de uma caixa
custos e tempo. Em alguns casos,
O procedimento de
de engrenagens. Uma torção de
as modificações são diretamente
dimensionamento das engrenagens
fabricação resultante do processo de
integradas na forma da fresa caracol.
cilíndricas pode ser dividido em três
fabricação pode limitar o potencial
etapas principais: inicial, fino e de
de otimização. Uma análise de
fabricadas com um sobremetal para
modificaçãoes de micro-geometria.
contato de dente sob carga permite
retificação que será removido no
Na etapa de dimensionamento
quantificar parâmetros de ruído,
processo de rasqueteamento para
inicial, definem-se as dimensões
como linha de contato sob carga,
atender aos requisitos dimensionais.
da caixa de engrenagens, como a
incluindo choques de contato,
A escolha do método de tratamento
distância entre centros e a largura
erro de transmissão pico a pico,
térmico de engrenagens define
do dentado. Se as dimensões
força de excitação e harmônicas.
basicamente a quantidade de
resultantes da caixa de engrenagens
Modificações de perfil são então
sobremetal para o processo de
forem muito grandes, a escolha de
aplicadas para melhorar os
acabamento [8]. Ao selecionar um
um melhor material ou processo de
parâmetros acima e diminuir a
As engrenagens são geralmente
processo de tratamento térmico com menor distorção, a quantidade de sobremetal pode ser reduzida para minimizar a usinagem de superfícies endurecidas e reduzir os custos gerais de fabricação. Por isso, a fabricação de modificações está vinculada ao processo de tratamento
Linha de contato com alívio de cabeça
Linha de contato com alívio de cabeça, dente profundo
Fig. 19. Linha de contato otimizada Revista Engrenagens
JULHO/2019 49
C
-17.00 -18.00 -19.00 -20.00 -21.00 -22.00 -23.00 -24.00 -25.00 -26.00
Transmission error µm
Transmission error µm
ARTIGOS -17.00 -18.00 -19.00 -20.00 -21.00 -22.00 -23.00 -24.00 -25.00 -26.00
C
fonte de vibrações.
Agradecimentos - Sr. Udo Fiorini - Publisher e Diretor S+F Editora - Revista ENGRENAGENS – Gears Magazine, pela sua colaboração nesta publicação.
-5.0 -4.0 -3.0 -2.0 -1,0 0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 -8.0 -6.0 -4.0 -2.0 0 2.0 4.0 6.0 8.0 Angle of rotation (Gear A) [°] Angle of rotation (Gear A) [°] TE (exemplo Perfil C com alívio de cabeça) TE (exemplo de dente profundo com alívio de cabeça)
Exicitation force [N]
Exicitation force [N]
13400 13200 13000 12800 12600 12400 12200 12000 18000 11600 11000
Busacca pelo ESTUDIO PIÑA-
13400 13200 13000 12800 12600 12400 12200 12000 18000 11600 11000
KISSsoft Latin American Partner.
Referências [1] ISO 6336, Calculation of load capacity of spur and helical gears, Part 1,2,3 and 6, 2006. [2] ISO 53, Cylindrical gears for general and heavy engineering — Standard
12.0 16.0 20.0 24.0 28.0 6.0 8.0 10.0 12.0 14.0 16.0 Angle of rotation (Gear A) [°] Angle of rotation (Gear A) [°] TE (exemplo Perfil C com alívio de cabeça) TE (exemplo de dente profundo com alívio de cabeça)
20.0
Harmônicas (exemplo Perfil C com alívio de cabeça) -22.0
-33.0
Fig. 22. Espectro do erro de transmissão otimizado d [mm]
0
Geometry, Gearsolutions, 2008. [5] Masuda, T.: Prediction Method of Gear Noise Considering the Influence of the Tooth Flank Finishing Method, Japan, 1986. 4.0
8.0
12.0 16.0 20.0 Order of harmonics
Harmônicas (exemplos de dente profundo com alívio de cabeça)
Fig. 23. Diagramas de perfil, perfil C (esquerda), dente profundo (direita) Revista Engrenagens
Methods for calculating the modified
[4] Kissling, U.: Layout of the Gear Micro
d [mm]
16.0 14.0 dSa = da = 58.385 dSa = da = 60.478 15.0 dNa.i = dFa.i = 58.375 13.0 dNa.i = dFa.i = 60.478 14.0 12.0 13.0 dCa = 56.089 dCa = 56.388 11.0 12.0 dm = 54.942 dm = 55.703 11.0 10.0 10.0 dSm = 53.986 dSm = 54.197 9.0 9.0 8.0 8.0 7.0 7.0 6.0 6.0 5.0 dNf.i = 51.604 dNf.i = 51.222 5.0 -8.5 4.0 dSf = dFf.e 51.499 dSf = dFf.e 50.928 4.0 -24.0 -12.0 0 3.0 -32.0 -16.0 0 Fa, right tooth flank [µm] Fa, right tooth flank [µm] Alívio de cabeça Caα = 22 µm Alívio de cabeça Caα = 15 µm
50 JULHO/2019
[3] ISO/TS 16281, Rolling bearings -
loaded bearings, 2008.
-15.0
8.0 12.0 16.0 Order of harmonics
basic rack tooth profile, 1998.
reference rating life for universally
0.80 0.72 0.64 0.56 0.48 0.40 0.32 0.24 0.16 0.08 0
-23.5
0.80 0.72 0.64 0.56 0.48 0.40 0.32 0.24 0.16 0.08 0
Amplitude [µm]
Amplitude [µm]
Fig. 21. Força de excitação otimizada
4.0
Ilja Tsikur pela KISSsoft AG; e Ing. Jose Luis Piña e Lic. Valeria
Fig. 20. Erro de transmissão otimizado
0
Sobre o autor: KISSsoft M.Sc.
[6] Weber C., Banaschek K.: FVABericht 129 und 134, Elastische Formänderung der Zähne und der anschliessenden Teile der Radkörper von Zahnradgetrieben, FVA 1955. [7] FVA-Bericht Nr. 487, 2011. [8] Nicholas Bugliarello, Biji George, Don Giessel, Dan McCurdy, Ron Perkins, Steve Richardson & Craig Zimmerman: Heat Treat Processes for Gears, Gear Solutions, July 2010. [9] ISO 21771 Gears - Cylindrical involute gears and gear pairs - Concepts and geometry
CONTEÚDO TÉCNICO
ANÁLISE GEOMÉTRICA POR MEIO DAS DIMENSÕES M
Por Norberto Mazzo
A
análise geométrica do dentado de uma
rebaixados e estriados ou, ainda, nos dentados helicoidais
engrenagem física desconhecida, consiste
onde o ângulo de hélice é muito grande e a largura muito
em determinar os seus dados construtivos,
pequena. Para engrenagens com dentados internos
como módulo normal, ângulo de perfil, ângulo de hélice
também há essa impossibilidade. Para esses casos,
sobre o diâmetro de referência, etc., ou seja, todas as
desenvolvi um método onde é possível determinar o passo
características necessárias para um desenho completo do
base por meio de duas dimensões sobre pinos. Uma com
dentado.
pinos maiores (dMg), que tocam os perfis evolventes anti-
Inicialmente, precisamos determinar o passo base normal. A maneira mais simples de determiná-lo é por meio das dimensões W, uma sobre k e outra sobre k-1
homólogos mais próximos à cabeça do dente e outra com pinos menores (dMp) que tocam os perfis evolventes antihomólogos mais próximos ao pé do dente.
dentes consecutivos, como por exemplo, sobre 3 e 2 dentes (W3 e W2), ou sobre 4 e 3 dentes (W4 e W3) e assim por
Dentados Retos
diante. Esse método é bastante simples e de conhecimento
Para facilitar a compreensão, inicialmente vamos deduzir
da grande maioria dos profissionais que trabalham com
as fórmulas para um dentado reto (β=0). Considere a Fig.
engrenagens.
1 e acompanhe o desenvolvimento das equações de [1] até
Um problema que encontramos frequentemente
[13]
e da expressão [14]. Observe o setor circular em destaque
é a impossibilidade de se tomar a dimensão W sobre
(pintado em cinza) na Fig.. Os dois raios que o formam,
dois números de dentes consecutivos. Por exemplo, é
são os raios base da roda (rb) e o arco é a diferença entre
possível medir sobre dois dentes (W2), mas não sobre três
os raios dos pinos utilizados para a medição. Pela Fig.,
(W3) nas rodas com número reduzido de dentes. Essa
podemos definir o ângulo central (θ) desse setor circular
impossibilidade é comum, também, nas rodas com dentes
de duas maneiras:
dMg
[1]
(dMg - dMp)/2 inv αMg
αM g αM p
inv αMp
[2]
Mg
Mp
dMp
Isolando rb na equação [1]: Dimensões sobre 2 pinos
rb
Cp
[3]
Cg [4]
Fig. 1. Dentado Externo Reto Revista Engrenagens
JULHO/2019 51
CONTEÚDO TÉCNICO numéricos conhecidos como zero de uma função, podem [5]
Igualando [1] e [2]:
ser encontrados em livros de matemática ou mesmo em sites da internet. Com o raio base (rb) podemos determinar o passo base: [15]
[6]
αMg e αMp, quando independentes (fora de uma função),
Sabemos que:
devem ser aplicados em radianos.
[16] [7] [17] [8]
Pelo triângulo retângulo azul da Fig., temos:
Igualando [15] e [16]: [18] [9]
Pelo triângulo retângulo vermelho da Fig., temos:
[19]
[20]
[10]
Substituindo
[7]
e
[8]
em
[2]
: [11] [12]
Substituindo [12] em [3]:
Note que, o que importa realmente é o produto (mn•cos α) e não as duas grandezas individuais. Os ângulos de perfil mais empregados são: 14º30’
15º00’
16º00’
17º00’
17º30’
18º00’
20º00’
22º30’
25º00’
27º30’
30º00’
37º30’
18º30’ 45º00’
Os ângulos de 30º e superiores são empregados, com [13]
frequência, nos estriados e não nas engrenagens. Com o passo base ou com o raio de base calculado e adotando-se o ângulo de perfil, podemos calcular o módulo normal
[14]
Na expressão [14], temos uma única incógnita que é rb. Note que rb, além de aparecer de forma independente, aparece também como argumento de funções trigonométricas. Trata-se, portanto, de uma expressão
(mn) com as equações [17] e [20], respectivamente. Incorreta Correta
w3= 38,88 5 24,2 w2=
rb
transcendente, cuja solução não pode ser resolvida por meio da álgebra. Precisamos, portanto, recorrer a um cálculo numérico. Vamos variar rb até que a condição imposta pela expressão [14] seja satisfeita. Quando isto
,225 = 63 804 p , M = 72 Mg
acontecer teremos o raio base (rb) da roda. Para esse procedimento, o melhor caminho é utilizar um método de cálculo numérico como, por exemplo, o método da bissecção ou outro de sua preferência. Cálculos 52 JULHO/2019
Revista Engrenagens
Fig. 2. Dentado Externo Reto
dMg = 16,000 dMp = 12,000
CONTEÚDO TÉCNICO dMpt dMp
dMg dMgt
ref [4]
(dMg - dMp)/2 inv αMg inv αMp
ref [5]
Mg
Mp
St
αMg αMp
ref [9]
Dimensões sobre 2 pinos rb
r Cp
ref [10]
Cg
Fig. 3. Dentado Externo Helicoidal – Vista Transversal
Agora podemos aplicar a expressão [14], pois temos uma única incógnita que é o rb.
Para cada ângulo de perfil adotado, teremos um módulo normal distinto, de modo que o passo base
ref [14]
será sempre o mesmo. Sendo assim, o perfil evolvente também o será. Se compararmos o perfil do dente da
Como não podemos resolvê-la por meio da álgebra,
peça física que estamos analisando com o perfil obtido
vamos utilizar o método numérico da bissecção (ou
por meio de nossos cálculos, onde o ângulo de perfil
dicotomia). Embora W3 seja uma dimensão incorreta,
diverge, um do outro, veremos que a diferença entre
como vimos acima, podemos utilizá-la para calcular o
eles é o perfil trocoidal, aquele que liga o perfil evolvente
raio de base aproximado e com ele, adotar o intervalo a
com o pé do dente. Se a diferença entre os ângulos de
ser considerado para o cálculo de rb.
perfil for pequena, a diferença entre os perfis trocoidais
→
será desprezível. Se for muito grande, poderemos ter problemas de interferência.
Vamos adotar o intervalo entre 18,30 e 18,90. Na 16º Exemplo de uma Análise Geométrica Utilizando o
iteração encontramos a raiz, ou seja, rb = 18,793652 com
Método das Dimensões M para Dentado Reto
erro = 0.000073.
Vamos considerar a roda dentada da Fig. 2. Com
Adotamos um ângulo de perfil de 20°.
oito dentes apenas, é possível tomar a dimensão W2 (dimensão sobre dois dentes consecutivos). Note,
ref [20]
porém, que não é possível tomar a dimensão W3, pois o instrumento tocará nos vértices entre a cabeça e os
Dentados Helicoidais
perfis evolventes e não nos flancos, onde deveria tocar.
Para os dentados helicoidais vamos considerar a Fig.
Portanto, vamos aplicar o método das dimensões M:
3. Primeiramente precisamos determinar o ângulo de
Selecionamos dois pares de pinos, cujos diâmetros distintos podem ser utilizados para as duas medições que precisamos para determinar o raio base. São eles: dMp = 12,000 e dMg = 16,000.
hélice sobre o diâmetro de referência (β), a partir de um ângulo de hélice (βy) medido sobre um diâmetro qualquer dMp = 8,000
dMg = 11,000
85 Mp = 53,0
Com a utilização dos pinos diâmetro 16,000 Mg = 72,804 Com a utilização dos pinos diâmetro 12,000
60 Mg = 64,1
Tomamos, então, as duas dimensões sobre pinos:
Mp = 63,225 Primeiro, vamos calcular a distância entre o centro da roda até o centro do pino para as duas dimensões M, ou seja, Cg para os pinos maiores e Cp para os pinos menores:
Fig. 4. Dentado Externo Helicoidal Revista Engrenagens
JULHO/2019 53
CONTEÚDO TÉCNICO
NANO: ÚLTIMO LANÇAMENTO!
54 JULHO/2019
Revista Engrenagens
CONTEÚDO TÉCNICO dMg
(dy). Afinal, quando medimos o ângulo, não sabemos
dMp Dimensões sobre 2 pinos
ainda, qual é o diâmetro de referência (d).
A melhor maneira de se medir o ângulo de hélice, é (dMg - dMp)/2
inv αMp inv αMg
sugestão: 1. Utilizar um “disco” cujo diâmetro (dy) esteja entre os círculos de pé e de cabeça.
αMg
αMp
Mg Mp
Abaixo, está um procedimento de como fazer isso, como
rb Cg Cp
utilizando uma máquina medidora de engrenagens.
2. Arbitrar um ângulo para o platô da máquina, próximo ao ângulo de hélice estimado da engrenagem.
Fig. 5. Dentado Interno Reto
3. Movimentar o apalpador da máquina sobre a hélice [26]
sem que a pena do registrador toque no papel, no caso de um registrador mecânico. 4. Girar o platô da máquina para corrigir o traçado do registrador. 5. Repetir os procedimentos acima em 2, 3 e 4 até que o registrador trace as melhores linhas verticais.
[27]
6. Efetuar os procedimentos acima em 3 ou 4 dentes
Cálculo de Cg e Cp:
equidistantes. 7. Registrar os gráficos no papel para documentar o [28]
trabalho. 8. Anotar no papel, o ângulo obtido (βy) e o diâmetro do
“disco” (dy) utilizado na medição.
9. O ângulo de hélice sobre o círculo de referência poderá ser calculado com a equação
[21]
[29]
, após
determinarmos o mn:
Pelo triângulo retângulo azul da Fig. 2, temos: [21]
Cálculo do ângulo de hélice sobre o diâmetro base (βb) em
[30]
Pelo triângulo retângulo vermelho da Fig. 2, temos:
função do ângulo (βy) medido sobre o diâmetro dy:
[22]
[31]
[23] [32]
[24]
[33]
Cálculo dos diâmetros virtuais (dMgt e dMpt) dos pinos de
Aqui temos, também, uma expressão transcendente.
dMp):
seja satisfeita. Quando isto acontecer teremos o raio base
medição em função dos diâmetros reais dos pinos (dMg e [25]
Variar rb até que a condição imposta pela expressão [33] da roda. Com o raio base (rb), podemos determinar o passo base normal: Revista Engrenagens
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CONTEÚDO TÉCNICO dMp
dMpt dMgt
dMg
Dimensões sobre 2 pinos ref [33]
, pois temos
apenas uma incógnita que é o rb. Como no exemplo
inv αMgt
αMpt αMgt
anterior, podemos calcular o raio de base aproximado
Mg Mp
Cg Cp
(dMg - dMp)/2 inv αMpt
rb
Agora podemos resolver a expressão
[33]
por meio das dimensões W2 e W3, que será útil para adotarmos o intervalo. Nesse caso, entre 17,00 e 19,00 mm. Na 18º iteração encontramos a raiz, ou seja, rb = 18,563751 com erro = 0.000061.
Fig. 6. Dentado Interno Helicoidal [34]
ref [24]
Passo base: Exemplo de uma Análise Geométrica Utilizando o Método das Dimensões M para Dentado Helicoidal Para esse exemplo, vamos considerar a roda mostrada na
Adotei um ângulo de perfil de 20°.
ref [34]
Fig. 4, também com reduzido número de dentes, ou seja, z = 9. Aqui, também, selecionamos dois pares de pinos,
ref [17]
cujos diâmetros distintos vão ser utilizados para as duas medições. São eles: dMp = 8,000 e dMg = 11,000.Tomamos, então, as duas dimensões sobre pinos:
Cálculo do ângulo de hélice sobre o diâmetro de referência (d):
Com a utilização dos pinos diâmetro 11,000 Mg = 61,160
ref [21]
Com a utilização dos pinos diâmetro 8,000 Mp = 53,085
Método das Dimensões M para Dentado Interno Reto e
Tomamos o ângulo de hélice βy = 30°02’43” (que
Helicoidal
corresponde a 30,04536° no modo decimal) sobre o
Para a determinação do passo base em rodas com dentado
diâmetro de 47,50, utilizando uma máquina própria
interno, o caminho é o mesmo, exatamente como no
para medição de engrenagens. O diâmetro de 47,50 foi
dentado externo. Veja as condições geométricas para
escolhido arbitrariamente.
dentado reto na Fig. 5 e para dentado helicoidal na Fig. 6. Cálculo de Cg e Cp: Fórmula geral: ref [28]
[35]
ref [29]
ref [30]
Sendo frac z/2 = parte fracionária de z/2 que pode resultar zero ou 0,5. Simplificando: Para número par de dentes:
ref [31]
[36]
[37]
ref [27]
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Revista Engrenagens
Para número ímpar de dentes:
CONTEÚDO TÉCNICO
Tomamos, então, as duas dimensões entre pinos: Com a utilização dos pinos diâmetro 6,000 → Mg = 41,316
44,699
41,316
g dM
Ø5 ,00 0=
dMp = 5,000 e dMg = 6,000.
0= ,00 Ø6
dM p
como nos exemplos acima:
Com a utilização dos pinos diâmetro 5,000 → Mp = 44,699
ref [36] ref [37]
Fig. 7. Dentado Interno Reto ref [9]
[38]
ref [10]
Resolvendo a expressão
[43]
, aplicando o método numérico
da bissecção considerando o intervalo [21,00, 23,00], [39]
Pelo triângulo retângulo azul das Figs. 5 e 6, temos:
encontramos a raiz, ou seja, o rb = 21,997833, com erro igual a 0,000061 na 18ª iteração. Adotando um ângulo de perfil de 30°, comumente utilizado em estriados, encontramos o módulo:
[40]
= diametral pitch
Pelo triângulo retângulo vermelho das Figs. 5 e 6, temos:
ref [20]
Exemplo para Análise Geométrica de uma Roda [41]
Logo, para o dentado helicoidal, temos:
Dentada Interna Helicoidal Temos uma roda dentada anelar com 45 dentes helicoidais internos. Selecionamos dois pares de pinos dMp = 16,000 e dMg = 20,000. Tomamos, então, as duas dimensões entre pinos:
[42]
E para o dentado reto, a expressão simplificada:
Com a utilização dos pinos diâmetro 20,000 Mg = 458,340 Com a utilização dos pinos diâmetro 16,000 Mp = 476,200
[43]
Tomamos o ângulo de hélice βy = 24°40’00” (que
Variar rb até que as condições impostas pelas expressões
corresponde a 24,66667° no modo decimal) sobre o
acima sejam satisfeitas. Quando isto acontecer teremos
diâmetro de 489,00, utilizando uma máquina própria
o raio base. Com o raio base (rb), podemos determinar o
para medição de engrenagens. O diâmetro de 489,00 foi
passo base normal aplicando a equação
:
[34]
escolhido arbitrariamente.
Exemplo para Análise Geométrica de uma Roda Dentada Interna Reta
ref [38]
Temos uma peça física com estriado interno, 16 dentes. Veja a Fig. 7. Selecionamos dois pares de pinos, cujos diâmetros distintos podem ser utilizados para as duas
ref [39]
medições que precisamos para determinar o passo base, Revista Engrenagens
JULHO/2019 57
CONTEÚDO TÉCNICO ref [30]
ref [31]
Notação utilizada d
Diâmetro de referência
dy
Diâmetro qualquer adotado
dMg
Diâmetro real do pino maior
dMp
Diâmetro real do pino menor
dMgt
Diâmetro virtual do pino maior
da bissecção considerando o intervalo [228,0, 232,0],
dMpt
Diâmetro virtual do pino menor
encontramos a raiz, ou seja, o rb = 230,386383, com erro
mn
MĂłdulo normal
igual a 0,000061 na 19ª iteração. Passo base normal (Pbn):
Mg
DimensĂŁo sobre (ou entre) pinos maiores
Mp
DimensĂŁo sobre (ou entre) pinos menores
Pb
Passo base
Resolvendo a expressĂŁo
[41]
, aplicando o mĂŠtodo numĂŠrico
ref [24]
ref [34]
Adotando um ângulo de perfil de 20°, encontramos o módulo normal (mn):
Pbn
Passo base normal
rb
Raio de base
z
NĂşmero de dentes
Îą
Ă‚ngulo de perfil
β
Ă‚ngulo de hĂŠlice sobre d
βy
Ă‚ngulo de hĂŠlice sobre dy
ref [17]
Os resultados obtidos nos exemplos apresentados aqui são extremamente precisos, em função dos
Sobre o autor: Norberto Mazzo ĂŠ consultor em Engrenagens, Diretor na Norberto Mazzo Consultoria.
dados teóricos que foram, didaticamente, aplicados. Na pråtica, devido às imprecisþes das mediçþes, da
ReferĂŞncias
qualidade dos pinos e dos instrumentos utilizados
MAZZO, N. Engrenagens CilĂndricas - da Concepção Ă Fabricação. SĂŁo Paulo: Edgard BlĂźcher Ltda. 2013.
e, tambĂŠm, dos erros da prĂłpria peça, os resultados poderĂŁo divergir um pouco. Ao invĂŠs de mn = 5,000, poderĂamos encontrar mn = 5,008, por exemplo. A divergĂŞncia dependerĂĄ, obviamente, da magnitude das imprecisĂľes.
ALL Indústria de Lubrificantes Ltda. Fone: +55 (31) 3911.3630 Rodovia JosÊ Benedito de Paiva, 4185 Bairro Maçaranduba - São Gonçalo do Sapucaà / MG
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+55 (35) 3652.0788 E-mail: all@alllubrificantes.com.br CEP 37490-000 Site: www.alllubrificantes.com.br
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METALURGIA EVENTOS 2020
VII Seminário de Processos de Tratamentos Térmicos 01 e 02 de Abril 7th Heat Treatment Processes Seminar, Apr 01 and 02
VII Seminário de Manutenção e Segurança de Fornos Industriais 13 e 14 de Maio 7th Furnace Maintenance and Safety Seminar, May 13 and 14
VI Seminário de Introdução ao Tratamento Térmico e Metalografia 24 e 25 de Junho 6th Introduction to Heat Treatment and Metallography Seminar, Jun 24 and 25
Metalurgia - Feira de Fundição e Metalurgia
15 a 18 de Setembro - Pavilhões Expoville - Joinville (SC) Foundry and Metallurgy Fair, Sep 15 to 18
IV Engrenagens - Usinagem e Tratamento Térmico
23 e 24 de Setembro 4th Gears Seminar - Machining and Heat Treatment, Sep 23 and 24
II Seminário de Conformação e Aplicação de Aços de Alto Desempenho 20 e 21 de Outubro - SP 2nd PHS - Press Hardening Steels - Forming and Application, Oct 20 and 21
VIII Seminário de Tecnologia do Forjamento 04 e 05 de Novembro 8th Forging Technology Seminar, Nov 04 and 05
II Seminário de Tecnologia de Estampagem 25 e 26 de Novembro 2nd Stamping Technology Seminar, Nov 25 and 26
Para mais informações: For more information: www.grupoaprenda.com.br | contato@grupoaprenda.com.br +55 19 3288-0437 +55 19 99205-5789