Acionamento por Corrente vs. Acionamento por Engrenagens: Uma Comparação Abrangente

Máquina pode ser definida como um conjunto de mecanismos que podem realizar certas tarefas de maneira predefinida gastando energia. A maioria das funções de uma máquina é realizada utilizando potência mecânica, que é fornecida por motores principais. Um motor principal pode converter uma forma de energia em energia mecânica (na forma de torque rotacional). Primeiro e principal exemplo pode ser motor elétrico, onde energia elétrica é convertida em energia mecânica. Similarmente, turbina a vapor, turbina hidráulica, moinhos de vento, etc. também atuam como motor principal em certos casos, especialmente para aplicações de serviço pesado. Tais motores principais geralmente estão localizados longe das unidades da máquina e, portanto, requer outro meio para transmitir potência às máquinas.

Sistema de transmissão de potência mecânica serve a este propósito. Ele recupera movimento, torque e potência de motores principais e subsequentemente transfere para as localizações pretendidas das unidades da máquina. Além de transmissão, também pode mudar direção de rotação e alterar velocidade para cumprir requisito exato nas máquinas. Sistema de transmissão de potência mecânica consiste de quatro acionamentos básicos, a saber: acionamento por engrenagens, acionamento por corrente, acionamento por correia e acionamento por cabo. Para transmissão de potência fácil e ininterrupta, também conta com a ajuda de outros elementos mecânicos como freio, embreagem, eixo, chaveta, chaveta, acoplamento, etc. Cada um dos quatro acionamentos mecânicos oferece certos benefícios sobre outros e, portanto, é adequado para aplicações específicas.

Contrário ao acionamento por atrito (acionamento por correia e acionamento por cabo), tanto acionamento por corrente quanto acionamento por engrenagens são acionamentos mecânicos de tipo engajamento, pois a potência é transmitida por meio de engajamento e desengajamento sucessivos. No acionamento por corrente, uma corrente sem fim passa por rodas dentadas dos eixos motor e movido, o que por sua vez introduz flexibilidade no sistema. Pode ser empregado para transmissão de potência de curta a média distância. Embora seja livre de escorregamento, o efeito poligonal limita este acionamento de oferecer razão de velocidade constante. Acionamento por engrenagens, por outro lado, é um acionamento rígido devido à ausência de qualquer elemento flexível intermediário. É adequado para transmissão de potência e movimento em curta distância e atua como acionamento positivo. Várias diferenças entre acionamento por corrente e acionamento por engrenagens são dadas abaixo em formato de tabela.

Tabela: Diferença entre acionamento por corrente e acionamento por engrenagens

Presença de elemento intermediário e flexibilidade: Acionamentos mecânicos podem ser classificados baseados na presença ou ausência de ligação intermediária. Um acionamento flexível é aquele onde uma ligação intermediária flexível entre os eixos motor e movido existe. Acionamento por correia, acionamento por corrente e acionamento por cabo são exemplos de acionamento flexível devido à presença de correia, corrente e cabo, respectivamente, como ligação intermediária entre dois eixos. Tal ligação introduz flexibilidade na unidade de acionamento e, assim, podem ser utilizados para transmissão de potência de longa distância. Por outro lado, quando tal ligação intermediária não existe, então aquele acionamento mecânico é denominado acionamento rígido. Acionamento por engrenagens é um exemplo de acionamento rígido, pois duas engrenagens rígidas entram em contato direto via seus dentes. Nenhum elemento intermediário é requerido entre duas engrenagens, pois elas engrenam diretamente.

Amortecimento de vibração: Uma vantagem de todo acionamento flexível é sua capacidade de amortecer vibrações. Geralmente, a unidade motor, como motor principal, produz vibrações limitadas e toleráveis; no entanto, a unidade da máquina pode indesejavelmente produzir vibração excessiva. Carga de impacto ou choque, força desbalanceada, juntas soltas, partes dinâmicas e componentes quebrados ou danificados são fontes primárias de vibração na unidade da máquina. Tal vibração de alta amplitude, se transmitida ao motor principal, pode causar danos severos. Em todo acionamento flexível, o elemento flexível intermediário pode amortecer vibração inerentemente. Devido à ausência de qualquer ligação intermediária em acionamento rígido, vibração na unidade da máquina é transmitida ao motor principal. Assim, um acionamento por corrente pode isolar a unidade motor, mas um acionamento por engrenagens não pode protegê-la de vibração excessiva indesejável.

Distância preferida de transmissão de potência: Objetivo básico de todo acionamento mecânico é transmitir movimento e potência do eixo motor para o eixo movido. Distância entre eixos motor e movido pode variar baseada em vários fatores como layout de chão de fábrica, disponibilidade de espaço, questões de segurança, etc. Cada acionamento mecânico é adequado para uma faixa de distância entre eixos. Acionamento por corrente pode ser empregado para pequena a média distância entre centros, tipicamente entre 1 – 5m em um único estágio. Também pode ser empregado para maior distância entre eixos utilizando suportes ociosos adicionais. Por outro lado, acionamento por engrenagens é preferível para pequena distância entre centros, tipicamente abaixo de 1m; caso contrário, engrenagens de tamanho volumoso são requeridas para empregar, o que consumirá espaço e aumentará peso do sistema. Utilizando engrenagens intermediárias ociosas, potência também pode ser transmitida sobre distância maior; no entanto, isso aumentará peso do sistema e perda de potência e, assim, a eficiência diminuirá.

Transmissão de potência entre eixos não paralelos: Eixos motor e movido podem ter várias orientações. Eles podem ser (i) paralelos, (ii) concorrentes, ou (iii) não paralelos mas não concorrentes. Um acionamento mecânico adequado é selecionado baseado nesta orientação relativa. Todos os três acionamentos flexíveis (correia, corrente e cabo) são adequados apenas para eixos paralelos. Embora correia de quarto de volta possa ser empregada para eixos perpendiculares, é raramente usada na prática devido a muitas limitações. Acionamento por corrente pode transmitir potência entre eixos paralelos apenas. Por outro lado, acionamento por engrenagens pode ser empregado para qualquer orientação dos eixos motor e movido. Existem vários tipos de engrenagens — cada uma é adequada para uma orientação particular. Por exemplo, engrenagem reta e engrenagem helicoidal são preferidas para eixos paralelos, engrenagem cônica é preferida para eixos concorrentes, e engrenagem sem-fim é adequada para eixos perpendiculares mas não concorrentes.

Direção de rotação: Outro requisito de acionamento mecânico é alterar a direção de rotação conforme o requisito. Em máquinas, direção rotacional requerida pode ser tanto mesma quanto oposta à do motor principal. Um acionamento por corrente de estágio único pode girar o eixo movido na mesma direção do eixo motor. Se múltiplos eixos são requeridos para girar, então acionamento por corrente pode fornecer rotação em ambas as direções. Por outro lado, um acionamento por engrenagens de estágio único pode girar o eixo movido apenas em direção oposta ao eixo motor. Para obter rotação na mesma direção, engrenagem intermediária é requerida para usar.

Acionamento positivo: Um acionamento mecânico que pode fornecer razão de velocidade constante durante sua operação é chamado acionamento positivo. Tal velocidade constante é requerida para manter em muitas aplicações; por exemplo, corte de rosca em torno, parafusamento automático, etc. Nenhum dos acionamentos por atrito pode fornecer razão de velocidade constante devido a escorregamento inerente. Embora acionamento por corrente seja livre de escorregamento, mas efeito poligonal pode alterar razão de velocidade marginalmente. Assim, não é considerado acionamento positivo. Acionamento por engrenagens é o único exemplo de acionamento positivo.

Redução de velocidade alcançável: Geralmente, o motor principal gira em velocidade muito mais alta do que a pretendida na unidade da máquina. Isso requer redução da velocidade rotacional, que pode ser feita por todo acionamento mecânico. No entanto, cada acionamento tem um limite em capacidade de redução. Um acionamento por corrente pode fornecer redução de velocidade entre 1:1 a 1:5, em um único estágio. Por outro lado, acionamento por engrenagens pode fornecer uma ampla faixa de redução de velocidade, tipicamente entre 1:1 a 1:100. Engrenagem reta e engrenagem cônica são preferidas para pequena redução, engrenagem helicoidal pode fornecer redução média, e engrenagem sem-fim pode fornecer redução de velocidade acentuada.

Lubrificação: Sendo um acionamento de engajamento, dois corpos sólidos entram em contato direto, então geração de calor e desgaste são problemas comuns em ambos acionamento por corrente e acionamento por engrenagens. Uso de óleo lubrificante adequado pode mitigar tais efeitos indesejados. Acionamento por corrente requer lubrificação frequente; enquanto, a maioria dos acionamentos por engrenagens requer lubrificação total onde a unidade de engrenagens é parcial ou completamente imersa em óleo lubrificante.

Comparação científica entre acionamento por corrente e acionamento por engrenagens é apresentada neste artigo. O autor também sugere que você consulte as seguintes referências para melhor compreensão do tópico.

1. Design of Machine Elements by V. B. Bhandari (Fourth edition; McGraw Hill Education).
2. Machine Design by R. L. Norton (Fifth edition; Pearson Education).
3. A Textbook of Machine Design by R. S. Khurmi and J. K. Gupta (S. Chand; 2014).