Diferença entre engrenagem helicoidal e engrenagem de espinha de peixe

As máquinas requerem uma fonte contínua de energia para realizar determinada tarefa. A maioria das máquinas industriais são acionadas por energia mecânica, que vem na forma de torque rotacional. Um motor primário é usado para gerar energia mecânica convertendo outra forma de energia; por exemplo, um motor elétrico converte energia elétrica em energia mecânica. O sistema de transmissão de energia mecânica é usado para transmitir energia de tais motores primários para os locais pretendidos da unidade da máquina. Basicamente inclui quatro drives; no entanto, conta com a ajuda de outros elementos mecânicos para transmissão de energia ininterrupta. Acionamento por engrenagem, acionamento por correia, acionamento por corrente e acionamento por corda são quatro acionamentos mecânicos que podem transmitir movimento, torque e potência do eixo acionador para o eixo acionado. Cada uma dessas quatro unidades possui recursos diferentes e, portanto, pode oferecer benefícios específicos em relação a outras.

Um acionamento por engrenagem é um acionamento mecânico rígido do tipo engate que é adequado para transmissão de energia em pequenas distâncias. Ele pode transmitir energia pesada sem qualquer deslizamento (drive positivo). Com base na orientação relativa dos eixos acionadores e acionados e no perfil dos dentes, o acionamento por engrenagem pode ser classificado em quatro grupos:engrenagem de dentes retos, engrenagem helicoidal, engrenagem cônica e engrenagem helicoidal. A engrenagem de dentes retos é o tipo mais simples de engrenagem com dentes retos paralelos ao eixo da engrenagem e pode transmitir energia apenas entre eixos paralelos. Embora a engrenagem helicoidal também seja usada para eixos paralelos, os dentes não são paralelos ao eixo da engrenagem. Aqui os dentes são cortados em forma helicoidal na engrenagem em bruto mantendo o mesmo ângulo de hélice. A engrenagem cônica pode ter dentes retos ou espirais e é usada para cruzar eixos; enquanto a engrenagem helicoidal é usada para eixos perpendiculares, mas sem interseção.

Embora as engrenagens helicoidais oferecem certos benefícios sobre a engrenagem de dentes retos, ela impõe uma carga axial axial no rolamento. Esta carga de impulso é prejudicial e limita a capacidade de transmissão de energia. Além disso, requer rolamentos caros e volumosos para suportar cargas radiais e axiais. No entanto, essa carga de empuxo pode ser eliminada utilizando-se a engrenagem em espinha de peixe ou dupla helicoidal. Em equipamento espinha de peixe , os dentes são cortados em duas metades do blank da engrenagem mantendo o mesmo módulo, número de dentes e ângulo da hélice, mas lado oposto da hélice. Assim, a força de empuxo produzida por cada metade da engrenagem espinha de peixe é igual e oposta e, portanto, elimina-se uma à outra. Além disso, ele pode transmitir potência comparativamente mais alta sem muitos problemas. Várias diferenças entre a engrenagem helicoidal e a engrenagem de espinha de peixe são dadas abaixo em formato de tabela.

Tabela:Diferença entre engrenagem helicoidal e engrenagem em espinha

engrenagem helicoidal	Equipamento Espinha de Peixe
Os dentes da engrenagem helicoidal são cortados na forma de uma hélice (da esquerda ou da direita) na engrenagem cilíndrica.	Dentes idênticos são cortados em duas metades do blank da engrenagem mantendo o mesmo módulo, número de dentes e ângulo da hélice, mas lado oposto da hélice.
Um par de engrenagens helicoidais acopladas produz uma força de impulso radial significativa.	A força de empuxo produzida por cada metade da engrenagem é igual e oposta em direção; e, portanto, elas se cancelam.
A força de empuxo radial limita o ângulo da hélice a um máximo de cerca de 25°.	A ausência de força de empuxo permite o uso de um ângulo de hélice mais alto (até cerca de 45°).
Rolamentos que podem suportar carga axial e carga de impulso são necessários para uso com engrenagem helicoidal.	Como a força de empuxo não existe, os rolamentos que podem suportar cargas radiais pesadas podem ser usados ​​com engrenagens em espinha de peixe.
A capacidade de transmissão de potência da engrenagem helicoidal é comparativamente pequena.	Ele pode transmitir potência mecânica ou torque muito alto.
O projeto e a fabricação de engrenagens helicoidais são mais fáceis e, portanto, baratos.	O equipamento espinha de peixe é caro devido ao design e à fabricação complicados.

Perfil dos dentes: Os dentes da engrenagem helicoidal são cortados em forma de hélice no cilindro de passo. Uma engrenagem helicoidal específica consiste em dentes de hélice do lado esquerdo ou dentes de hélice do lado direito. No momento do engate, uma engrenagem helicoidal com hélice esquerda só pode acoplar com uma engrenagem helicoidal com hélice direita. Por outro lado, uma engrenagem espinha de peixe consiste em ambas as mãos de hélice em um único redutor. Cada engrenagem espinha de peixe tem duas metades distintas - uma metade deve ter dentes de hélice do lado esquerdo e a outra metade deve ter dentes de hélice do lado direito. Outras características como diâmetro do círculo primitivo, módulo, número de dentes, ângulo da hélice e largura ou espessura serão as mesmas em ambas as metades; a única diferença é sua mão de hélice.

Força de impulso: A engrenagem helicoidal oferece muitos benefícios sobre a engrenagem de dentes retos, como carga gradual nos dentes, menos vibração, maior capacidade de carga, maior vida útil, etc. A principal desvantagem é a carga de impulso. Como os dentes da engrenagem de dentes retos são retos e paralelos ao eixo da engrenagem, um par de engrenagens de dentes retos conjugados induz apenas carga radial. Devido à forma helicoidal dos dentes, um par de engrenagens helicoidais conjugadas induz tanto a carga radial quanto a carga axial. Assim, são necessários rolamentos mais fortes para sustentar os dois tipos de carga simultaneamente. A engrenagem espinha de peixe pode oferecer benefícios semelhantes aos da engrenagem helicoidal e, ao mesmo tempo, elimina a força de empuxo. Aqui a força de empuxo produzida por cada metade é igual e oposta (por causa da mão oposta da hélice) e assim a força de empuxo resultante torna-se zero. Portanto, um par de engrenagens em espinha de peixe não induz nenhuma força de empuxo axial nos rolamentos (existe apenas força radial).

Ângulo da hélice: A força de empuxo aumenta com o ângulo de hélice dos dentes; no entanto, um ângulo de hélice mais alto pode reduzir significativamente a vibração e o desgaste dos dentes e aumentar a capacidade de carga. Esta força de empuxo limita o ângulo máximo da hélice em caso de engrenagem helicoidal. Normalmente é mantido entre 20 – 25°. No entanto, a ausência de força de empuxo nas instalações de engrenagens em espinha de peixe usa um ângulo de hélice mais alto, mesmo até 45°.

Rolamentos para montagem dos eixos: Os eixos acionadores e acionados são montados em ambas as extremidades usando rolamentos apropriados. Além de apoiar os eixos e manter a posição precisa, os rolamentos também evitam a vibração e a carga e, posteriormente, os transmitem ao solo através da estrutura. Normalmente, os rolamentos de contato de rolamento são empregados em redutores, a menos que a velocidade de rotação seja muito alta. Existem vários tipos de rolamentos de contato de rolamento, alguns deles são adequados apenas para carga radial, alguns são adequados apenas para carga axial e poucos podem lidar com carga radial e axial. Por exemplo, rolamentos rígidos de esferas, rolamentos de contato angular e rolamentos de rolos cônicos podem suportar carga radial e carga axial. Assim, esses rolamentos podem ser empregados para redutores de engrenagens helicoidais. Por outro lado, os rolamentos de rolos cilíndricos podem suportar cargas radiais pesadas e, portanto, podem ser utilizados com redutores tipo espinha de peixe.

Capacidade de transmissão de energia: A função básica de todo acionamento mecânico é transmitir energia mecânica do eixo acionador para o eixo acionado. Diferentes acionamentos oferecem níveis variados de capacidade de transmissão com base no tamanho, material e outros recursos. Embora a capacidade de transmissão da engrenagem helicoidal seja comparativamente maior do que a de uma engrenagem de dentes retos semelhantes, ela geralmente não é usada para aplicações pesadas. A carga de impulso e a disponibilidade dos rolamentos impõem o limite em aplicações pesadas. Engrenagem de espinha de peixe e engrenagens helicoidais duplas são a escolha preferida para essas áreas. Por exemplo, o trem de engrenagem planetária em espinha de peixe (HPGT) pode ser observado em máquinas pesadas como cortador de carvão, motor aeroespacial, turbina eólica, etc.

Fabricação de engrenagens: O corte de dentes helicoidais na engrenagem cilíndrica não é difícil; no entanto, o problema surge quando não existe folga na extremidade dos dentes. Como a engrenagem de dentes retos, os dentes da engrenagem helicoidal também podem ser cortados pelo cortador de modelagem de engrenagem do tipo pinhão. A fresagem também pode ser usada para cortar engrenagens helicoidais. Mas no equipamento de espinha de peixe, não existe espaço de alívio entre as metades esquerda e direita. Assim, cortar os dentes nesta junção é bastante complicado, pois existe o risco de passar para a outra metade. Requer cortador de fresagem especializado com um grove combinando com a engrenagem de espinha de peixe. Alto grau de alinhamento angular e locacional também são necessários para manter.

A comparação científica entre a engrenagem helicoidal e a engrenagem de espinha de peixe 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).