Diferença entre engrenagem de dentes retos e engrenagem helicoidal

Acionamentos mecânicos são usados ​​para transmitir movimento, torque e potência do eixo acionador (como o motor principal) para o eixo acionado (como a unidade da máquina). Existem quatro acionamentos mecânicos, ou seja, acionamento por engrenagem, acionamento por correia, acionamento por corrente e acionamento por corda. Ao contrário do acionamento por correia (um acionamento por fricção), o acionamento por engrenagem é um acionamento de engate, o que indica que a transmissão de potência ocorre por meio de engate e desengate sucessivo dos dentes de duas engrenagens. É também um acionamento rígido, pois não existe elemento flexível intermediário entre duas engrenagens. Aqui, a engrenagem de acionamento combina diretamente com a engrenagem acionada correspondente e, portanto, é adequada para transmissão de energia em pequenas distâncias. No entanto, sua capacidade de transmissão de energia é muito alta e pode proporcionar uma ampla faixa de redução de velocidade (de 1:1 a 1:100, em estágio único). Ele também pode oferecer taxa de velocidade constante, pois é inerentemente livre de deslizamento, fluência ou efeito poligonal.

As engrenagens podem ser classificadas em quatro grupos básicos:engrenagem de dentes retos, engrenagem helicoidal, engrenagem cônica e engrenagem helicoidal. Cada uma dessas engrenagens tem características específicas e pode oferecer alguns benefícios em relação a outros. Uma engrenagem é o mais simples que é usado para transmitir movimento e potência entre o acionador paralelo e os eixos acionados. Possui dentes retos paralelos ao eixo da engrenagem. Outra engrenagem semelhante, chamada engrenagem helicoidal , também é usado para eixos paralelos; porém, seus dentes são cortados em forma de hélice sobre o blank cilíndrico. Por outro lado, a engrenagem cônica é usada para cruzar eixos, que podem ou não ser perpendiculares. Pode ter dentes ao longo do eixo da engrenagem (engrenagem cônica de dentes retos) ou em forma de espiral (engrenagem cônica de dentes espirais). A engrenagem helicoidal é usada para eixos perpendiculares, mas sem interseção.



Embora a engrenagem de dentes retos e a engrenagem helicoidal sejam destinadas a eixos paralelos, cada uma tem uma orientação de dentes diferente e é adequada para diferentes aplicações. No caso de engrenagens de dentes retos , os dentes das engrenagens conjugadas entram em contato súbito. Assim, o dente sofre impacto ou carga de choque. Provoca vibração e também reduz a vida útil da engrenagem. A forma helicoidal dos dentes pode eliminar esse problema. Em duas engrenagens helicoidais acopladas , os dentes entram em contato gradualmente e, portanto, estão livres de impacto ou carga de choque. Pode transportar carga comparativamente maior. Também oferece maior redução de velocidade. Ao contrário da engrenagem de dentes retos que impõe apenas carga radial, a engrenagem helicoidal impõe cargas radiais e axiais nos rolamentos. Várias diferenças entre a engrenagem de dentes retos e a engrenagem helicoidal são dadas abaixo em formato de tabela.

Tabela:Diferenças entre engrenagem de dente reto e engrenagem helicoidal

Spur Gear	engrenagem helicoidal
Na engrenagem de dentes retos, os dentes são paralelos ao eixo da engrenagem.	Na engrenagem helicoidal, os dentes são inclinados em um ângulo (chamado de ângulo da hélice) com o eixo da engrenagem.
A engrenagem de dentes retos impõe apenas carga radial nos rolamentos.	A engrenagem helicoidal impõe carga radial e carga de empuxo axial nos rolamentos.
Rolamentos radiais que podem suportar apenas carga radial podem ser empregados aqui.	Rolamentos que podem suportar carga radial e axial devem ser empregados aqui.
A engrenagem de dentes retos pode ser usada apenas para eixos paralelos.	As engrenagens helicoidais podem ser usadas para eixos paralelos ou eixos cruzados.
No momento do encaixe, toda a face do dente entra em contato com o dente correspondente.	Aqui o engajamento começa com um ponto na face do dente e se estende gradualmente ao longo do dente.
Os dentes correspondentes estão sujeitos a cargas de impacto.	A carga nos dentes correspondentes se acumula gradualmente.
A aplicação repentina de carga aumenta a vibração, especialmente em condições de alta velocidade.	A carga gradual nos dentes minimiza a vibração.
A engrenagem de dentes retos produz ruído perceptível devido ao carregamento e vibração repentinos.	A operação da engrenagem helicoidal é livre de ruído, mesmo em alta velocidade.
Os dentes da engrenagem de dentes retos podem ser cortados facilmente, pois requer apenas movimento bidimensional.	Fazer dentes para engrenagens helicoidais é relativamente difícil, pois requer movimento tridimensional.

Configuração dos dentes da engrenagem: A diferença aparente entre a engrenagem de dentes retos e a engrenagem helicoidal é a forma de seus dentes. A engrenagem de dentes retos tem dentes retos que são paralelos ao eixo da engrenagem. Vale ressaltar que as engrenagens cônicas retas também possuem dentes retos orientados ao longo do eixo da engrenagem, mas não são paralelos ao eixo da engrenagem (são inclinados e, portanto, se cruzam). Como o nome sugere, a engrenagem helicoidal possui dentes em forma de hélice que são cortados no cilindro de passo. Uma engrenagem helicoidal pode ter hélice do lado esquerdo ou hélice do lado direito. O ângulo da hélice pode variar de uma engrenagem para outra. Normalmente, situa-se entre 15 – 25°; entretanto, um ângulo de hélice mais alto (até 45°) pode ser empregado para engrenagens helicoidais duplas ou em espinha de peixe.

Natureza da carga e rolamentos correspondentes: Durante o acoplamento de duas engrenagens, os rolamentos sofrem torque e forças, que são finalmente transferidos para o solo. A direção e a intensidade dessa força variam de acordo com a velocidade de rotação e a configuração dos dentes. Como alguns rolamentos podem lidar com eficiência apenas com carga radial, alguns podem lidar apenas com carga axial e poucos podem lidar com ambas as cargas, portanto, é necessário um rolamento adequado para selecionar com base na natureza e intensidade de tais forças. Devido aos dentes retos, as engrenagens retas impõem apenas carga radial nos rolamentos. Assim, um rolamento de rolos cilíndricos mais barato pode ser usado. Por outro lado, as engrenagens helicoidais impõem cargas radiais e axial significativas nos rolamentos. Assim, rolamentos rígidos de esferas, rolamentos de contato angular e rolamentos de rolos cônicos podem ser empregados, pois esses rolamentos podem suportar cargas axiais e radiais.

Orientação dos eixos acionadores e acionados: Uma vantagem básica do acionamento por engrenagem sobre outros acionamentos mecânicos (como acionamento por correia ou corrente) é a possibilidade de uso para eixos não paralelos. No entanto, vários tipos de engrenagens são adequados para diferentes orientações de eixos acionadores e acionados. Tanto a engrenagem de dentes retos quanto as engrenagens helicoidais são predominantemente usadas para eixos paralelos; enquanto que as engrenagens cônicas podem ser usadas para eixos de interseção e a engrenagem helicoidal pode ser usada para eixos perpendiculares sem interseção. Existe um tipo particular de engrenagem helicoidal, chamada de engrenagem helicoidal cruzada, que pode ser empregada para transmissão de potência entre eixos perpendiculares. Isso é bastante semelhante à engrenagem helicoidal; no entanto, a engrenagem helicoidal cruzada não pode fornecer redução de alta velocidade. Normalmente, é adequado para uma relação de velocidade de 1:1 a 1:2 (em comparação com 1:15 a 1:100 na engrenagem helicoidal). Sua aplicação também é limitada devido a muitas limitações.

Cenário de contato entre dentes acasalados: As engrenagens retas possuem dentes retos paralelos ao eixo da engrenagem. Duas engrenagens de acoplamento também são montadas em eixos paralelos. Assim, os dentes de duas engrenagens de dentes retos conjugados entram em contato repentino e o contato é sempre uma linha de comprimento igual à largura da face dos dentes. Pelo contrário, as engrenagens helicoidais possuem dentes helicoidais e são montadas em eixos paralelos. Assim, os dentes de duas engrenagens helicoidais acopladas entram em contato gradual. Seu engajamento começa com um ponto e se torna uma linha e então gradualmente se desfaz como um ponto. Portanto, o comprimento de contato não permanece constante.

Carga de impacto, vibração e ruído: Uma vez que os dentes de duas engrenagens de dentes conjugados entram em contato súbito, eles sofrem uma carga de choque ou impacto. Isso também produz vibrações e ruídos significativos, que às vezes impõem limites à velocidade máxima de operação permitida. Pelo contrário, o contato gradual entre os dentes correspondentes resulta em uma carga gradual nos dentes e menor vibração e ruído. Assim, as engrenagens helicoidais podem ser empregadas em velocidades mais altas sem muitos problemas.

Dentes da engrenagem de corte: Cortar dentes retos é comparativamente mais fácil do que cortar dentes helicoidais. Fresamento de engrenagens ou fresamento de engrenagens podem ser usados ​​para cortar dentes de engrenagens retas e helicoidais. No fresamento, apenas dois movimentos simultâneos são desejados para cortar dentes de engrenagens retas; no entanto, são necessários três movimentos simultâneos para cortar os dentes da engrenagem helicoidal.

A comparação científica entre a engrenagem de dentes retos e a engrenagem helicoidal é apresentada neste artigo. O autor também sugere que você consulte as seguintes referências para melhor compreensão do tema.

1. Design de elementos de máquina por V. B. Bhandari (quarta edição; McGraw Hill Education).
2. Design de máquina por R. L. Norton (quinta edição; Pearson Education).
3. A Textbook of Machine Design de R. S. Khurmi e J. K. Gupta (S. Chand; 2014).