Transmissão por Atrito vs. Transmissão por Engrenamento: Principais Diferenças Explicadas

Uma máquina é um conjunto de mecanismos que requer uma fonte de energia para executar uma tarefa específica de forma pré-definida. Máquinas domésticas ou industriais são geralmente acionadas por motores primários (como motores elétricos, moinhos de vento, turbinas hidráulicas ou a vapor, motores de combustão interna, etc.). Habitualmente, este motor primário está localizado afastado da unidade da máquina e gira a uma velocidade superior à necessária. Um sistema de transmissão mecânica de potência é usado para transmitir a potência deste motor primário para a unidade da machine. Tal sistema de transmissão serve a alguns propósitos básicos, tais como: (i) transmitir movimento, torque e potência do eixo motor para o eixo movido, (ii) inverter o sentido de rotação, como de horário para anti-horário ou vice-versa, e (iii) aumentar ou diminuir a velocidade de rotação.

Sistema de Transmissão Mecânica de Potência

O sistema de transmissão mecânica de potência consiste em quatro tipos de transmissão e alguns elementos. As quatro transmissões são: transmissão por engrenagens, transmissão por correia, transmissão por corrente e transmissão por cabo. Cada uma delas tem certas vantagens sobre as outras. Elas participam diretamente na transmissão e manipulação de movimento e potência para atender aos requisitos exatos. Basicamente, retiram potência do eixo motor e transferem-na para o eixo movido. Tais transmissões podem ser usadas em aplicações de baixa velocidade e baixa potência (como relógios mecânicos, brinquedos, etc.) até aplicações de alta velocidade e serviço pesado (como transmissões marítimas, usinas de energia, diferenciais de veículos, etc.). Por outro lado, os elementos de transmissão de potência incluem eixo, chaveta, acoplamento, freio, embreagem, roda dentada, polia, etc. Estes elementos são utilizados junto com a transmissão para facilitar uma transmissão de potência fácil e eficiente.

Classificação: Transmissão por Atrito vs. Transmissão por Engrenamento

As quatro transmissões do sistema de transmissão mecânica de potência podem ser classificadas de várias formas. Um desses critérios é o meio de transmissão de potência. Com base nisso, as quatro transmissões podem ser categorizadas em dois grupos: transmissão por atrito e transmissão por engrenamento.

Em todas as transmissões onde a potência é transmitida por meio de atrito, denominam-se transmissões por atrito. A transmissão por correia e a transmissão por cabo enquadram-se nesta categoria. A sua capacidade de transmissão de potência está limitada às características de atrito de duas superfícies em contato. A perda de potência também é maior devido ao atrito. No entanto, elas têm a capacidade inerente de proteger o sistema contra sobrecarga.

Por outro lado, nas transmissões por engrenamento, a transmissão de potência ocorre por meio de engrenamento e desengrenamento sucessivos de duas partes sólidas. A força de atrito não desempenha papel algum em tais transmissões. A transmissão por engrenagens e a transmissão por corrente enquadram-se nesta categoria. As várias diferenças entre transmissão por atrito e transmissão por engrenamento são apresentadas abaixo em formato de tabela.

Tabela: Diferenças entre Transmissão por Atrito e Transmissão por Engrenamento

Transmissão por Atrito	Transmissão por Engrenamento
Aqui a transmissão de potência e movimento ocorre por meio de atrito entre duas partes.	Aqui a transmissão de potência e movimento ocorre devido ao engrenamento e desengrenamento sucessivos de partes dentadas.
As transmissões por atrito estão sujeitas a escorregamento. Por isso, não podem fornecer relação de velocidade constante.	As transmissões por engrenamento são livres de escorregamento. Podem fornecer relação de velocidade constante, se outros fatores não a afetarem.
O escorregamento na transmissão por atrito pode proteger o motor primário (como motor elétrico) de sobrecarga no eixo movido.	Na ausência de escorregamento, as transmissões por engrenamento não podem proteger o motor de sobrecarga.
As transmissões por atrito não são adequadas para transmissão de torque ou potência elevados.	As transmissões por engrenamento podem transmitir alto torque ou potência.
As transmissões por atrito requerem lubrificação ocasional.	As transmissões por engrenamento requerem lubrificação frequente. Até mesmo lubrificação total é desejada na maioria dos arranjos de engrenagens.
Devido ao atrito inerente, a perda de potência é maior. Logo, estas transmissões apresentam eficiência comparativamente menor.	Na ausência de atrito, a perda de potência é menor. Logo, estas transmissões tendem a fornecer maior eficiência.
Exemplos de transmissão por atrito: Transmissão por correia Transmissão por cabo	Exemplos de transmissão por engrenamento: Transmissão por engrenagens Transmissão por corrente

Meio de Transmissão de Potência

O objetivo básico das transmissões mecânicas é transmitir movimento e potência do eixo motor para o eixo movido. Esta transmissão de potência pode ser realizada seja por meio de atrito, seja por meio de engrenamento. Tais transmissões mecânicas onde o movimento e a transmissão de potência ocorrem por meio de atrito são chamadas de transmissão por atrito. Por exemplo, a força de atrito entre a polia e a correia ajuda a acionar um eixo retirando potência de outro eixo. Além da transmissão por correia, a transmissão por cabo também se enquadra nesta categoria. Por outro lado, quando a transmissão de potência ocorre por meio de engrenamento e desengrenamento sucessivos de rodas dentadas, então essa transmissão mecânica é classificada como transmissão por engrenamento. Aqui a força de atrito não desempenha papel na transmissão de potência. Por exemplo, na transmissão por corrente, o engrenamento dos dentes da roda dentada com os elos correspondentes da corrente ajuda a transmitir potência. Da mesma forma, a transmissão por engrenagens é outro exemplo de transmissão por engrenamento.

Escorregamento e Relação de Velocidade

A relação entre a velocidade do eixo motor e a do eixo movido é chamada de relação de velocidade. Vários fenômenos como escorregamento, rastejamento e efeito poligonal podem alterar a relação de velocidade. Uma transmissão mecânica que fornece relação de velocidade constante é chamada de transmissão positiva. A transmissão por correia, sendo uma transmissão por atrito, está sujeita a escorregamento. Escorregamento neste contexto indica qualquer um ou ambos entre dois casos: (i) o eixo motor está girando, mas a correia não está girando, e (ii) a correia está girando, mas o eixo movido não está girando. Toda transmissão por atrito está sujeita a escorregamento e, portanto, não pode fornecer relação de velocidade constante (transmissão não positiva). As transmissões por engrenamento são livres de escorregamento; no entanto, não necessariamente fornecem relação de velocidade constante. A transmissão por corrente não é afetada por escorregamento, mas o efeito poligonal na corrente pode prejudicar a relação de velocidade em pequena medida. A transmissão por engrenagens pode ser considerada como a única transmissão positiva.

Proteção contra Sobrecarga

Às vezes, a carga no eixo motor aumenta abruptamente além do limite permissível. Isso pode ocorrer por várias razões, como quebra de ferramenta de corte, erro de cálculo, travamento repentino em uma parte da máquina, etc. O escorregamento inerente nas transmissões por atrito pode proteger o elemento motor (motor elétrico) de sobrecarga no eixo movido. Sempre que a carga aumenta além do limite máximo capaz, o escorregamento ocorre automaticamente. Tal facilidade de isolamento não está disponível nas transmissões por engrenamento. Assim, existe alta chance de que algum elemento seja danificado permanentemente. Por exemplo, a corrente pode quebrar ou os dentes da engrenagem podem quebrar catastroficamente. Em casos extremos, o motor primário também pode ser danificado.

Capacidade de Transmissão de Potência

A capacidade de toda transmissão por atrito é limitada pela força de atrito atuante entre duas superfícies de contato. Consequentemente, as características de atrito das superfícies de contato, a tensão inicial e o ângulo de abraço desempenham papel crucial na definição do limite de transmissão de potência. O escorregamento ocorre inerentemente sempre que este limite é excedido. Assim, as transmissões por atrito não são adequadas para transmissão de potência pesada. Por outro lado, a resistência dos elementos envolvidos (como dentes de engrenagem ou dentes de roda dentada) define principalmente o limite de transmissão de potência nas transmissões por engrenamento. A força de atrito não tem papel aqui. Estas transmissões podem ser vantajosamente utilizadas para transmissão de potência pesada.

Lubrificação

As transmissões por atrito requerem lubrificação ocasional apenas. Na verdade, lubrificação acima do desejado não é recomendada, pois aumenta o escorregamento, resultando em flutuação desnecessária da relação de velocidade e força nos mancais. Geração de calor e desgaste não são fatores significativos em tais transmissões. Pelo contrário, as transmissões por engrenamento geram calor suficiente e sofrem desgaste gradual. Assim, a lubrificação é altamente desejada aqui. A transmissão por corrente requer lubrificação frequente; enquanto a transmissão por engrenagens requer principalmente lubrificação total. Consequentemente, o custo de manutenção é maior nas transmissões por engrenamento.

Perda de Potência e Eficiência

A perda de potência devido a atrito e escorregamento torna as transmissões por atrito menos eficientes. Tipicamente, a transmissão por correia ou cabo pode fornecer eficiência de 92 a 96% para um único estágio. As transmissões por engrenamento podem fornecer maior eficiência devido à lubrificação adequada (atrito reduzido) e menor perda de potência. Uma transmissão por corrente pode fornecer eficiência de 95 a 97%; enquanto a transmissão por engrenagens pode fornecer até 99% de eficiência em um único estágio.

A comparação científica entre transmissão por atrito e transmissão por engrenamento é apresentada neste artigo. O autor também sugere a consulta das seguintes referências para melhor compreensão do tópico.

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