Cremalheira e Pinhão Explicados: Fatos Principais e Dicas de Design

Noções Básicas de Cremalheira e Pinhão

Embora nem sempre seja o caso, a maioria dos sistemas de cremalheira e pinhão baseia-se em formas padrão de dentes de engrenagem identificados como engrenagens de dentes retos involutas de 20 graus. Para engrenagens involutas apenas, o ângulo de pressão permanecerá o mesmo durante o engrenamento de cada dente. O gênio por trás do perfil de dente involuto é que ele pode fornecer uma razão de velocidade teoricamente constante mesmo se o ajuste de distância entre centros não for ideal. A necessidade de uma razão de velocidade constante é às vezes referida como a lei fundamental da transmissão por engrenagens.

A linha de 20° na cremalheira é fácil de identificar porque é uma linha reta. Uma cremalheira é uma ferramenta útil para fazer engrenagens circulares porque estas linhas retas são fáceis de usinar. Após a cremalheira ser endurecida e afiada, ela pode ser usada para cortar a superfície de dente curva no branco redondo. Este processo é chamado de geração de engrenagem e é um de vários processos para fabricação de engrenagens. Esta é a segunda vantagem dos dentes involutos. Cremalheiras e pinhões de engrenagens retas e engrenagens helicoidais são comuns.

A engrenagem helicoidal é cortada em um certo ângulo com a superfície do branco, produzindo assim dentes de engrenagem gradual, então ela funciona mais silenciosamente que uma engrenagem reta, e tem um comprimento de contato maior e pode suportar cargas mais altas. Uma desvantagem das engrenagens helicoidais é que engrenagens em eixos paralelos têm ponteiros opostos, o que cria componentes de empuxo na cremalheira e pinhão. O empuxo aumentará a carga lateral da estrutura mecânica.

Geometria e Design de Cremalheira e Pinhão

Cremalheiras de engrenagens retas, pinhões e engrenagens helicoidais são muito comuns. A engrenagem helicoidal é cortada em um certo ângulo com a superfície do branco, formando gradualmente dentes de engrenagem, então ela funciona mais silenciosamente que a engrenagem reta, tem um comprimento de contato maior e pode suportar cargas mais altas. Uma desvantagem das engrenagens helicoidais é que as engrenagens nos eixos paralelos têm ponteiros opostos, o que gera componentes de empuxo na cremalheira e pinhão.

O empuxo aumentará a carga lateral da estrutura mecânica. A cremalheira espiral com o melhor ângulo de hélice é preferida porque tem uma razão de contato de dente mais alta, então pode funcionar mais silenciosamente em velocidade mais alta e tem maior capacidade de carga. Deslocamento de perfil do pinhão ou modificação da ponta do dente podem evitar subcorte; também pode equilibrar tensão de flexão para alcançar maior capacidade de carga. Engrenagens helicoidais engrenam suave e silenciosamente — por exemplo, ao usinar peças com tolerâncias rigorosas, isso ajuda a melhorar o acabamento superficial.

Cremalheira e Pinhão vs Motores Lineares

Comparados com motores lineares, sistemas de cremalheira e pinhão podem fornecer desempenho similar, mas a um custo muito menor. Eles são menores, permitindo um design mecânico mais compacto e simples. A falta de força magnética reduz greatly a necessidade da estrutura de suporte para absorver altas forças normais, então trilhos padrão podem ser usados.

A eficiência geral dos motores lineares é de até 90%, embora às vezes a eficiência seja muito menor. Devido a esta eficiência inerentemente baixa, motores lineares geralmente requerem refrigeração a água. Em contraste, a cremalheira e pinhão não requerem cobertura. O sistema de guia pode ser exposto a partículas metálicas, e as restrições de segurança são pequenas. Melhores sistemas de cremalheira e pinhão frequentemente não requerem escalas lineares caras e freios externos.

Equipamentos de feedback e freios padrão de motor são adequados. Em certos casos, motores lineares precisam de um redesenho completo da unidade, parcialmente porque a enorme força normal produzida pela força atrativa entre o primário e o secundário pode ter um efeito profundo. O sistema de cremalheira e pinhão pronto para uso é uma opção mais fácil que pode facilitar a montagem cega, economizando ainda mais custos e reduzindo o tempo de montagem para cerca de 10 minutos por metro de curso.

Vantagens da Cremalheira e Pinhão

Comparado com o design tradicional aparafusado, o sistema de transmissão de cremalheira e pinhão tem muitas vantagens. A cremalheira é projetada para ser completamente localizada nos T-slots de qualquer uma das oito linhas de produção de extrusão de alumínio para que um slide linear compacto possa ser construído sem o uso de um mecanismo de acionamento aparafusado. Nenhuma parte da estrutura sobressai acima da superfície contornada. O sulco garante que a cremalheira esteja alinhada paralela ao mecanismo de guia, sem serpenteamento desnecessário que frequentemente ocorre com cremalheiras de substituição. Qualquer número de segmentos individuais de cremalheira pode ser usado para construir uma cremalheira de comprimento variável.

Comparado com o comprimento maior, o uso de partes de 80mm pode obter maior precisão. Neste caso, o erro de passo pode ser grande e o desperdício pode ser reduzido porque a estrutura mais longa deve ser cortada para se adaptar à aplicação. A montagem não poderia ser mais fácil. A parte final é fixada no lugar com um único pino de posicionamento, e o clipe de mola patenteado pode segurar partes contínuas sem processamento adicional.

A segunda parte final é fixada com um parafuso de ajuste. O pinhão correspondente de 18 dentes é instalado na carcaça através de rolamentos de esferas duplos, e a carcaça é fixada ordenadamente no lado inferior da placa de carro móvel. O módulo de acoplamento é conectado à caixa de engrenagens do pinhão, e o eixo-chave do pinhão engrena com o grupo de acoplamento contido nele. Antes de fixar a carcaça firmemente no lugar, a carcaça foi ajustada para eliminar folgas.

Para instalar o motor de acionamento, a carcaça foi processada conforme necessário. A manutenção requer apenas algumas gotas de óleo leve na caixa de engrenagens do pinhão, que contém um par de discos de feltro para transferir lubrificante ao pinhão. O sistema de acionamento é projetado para aplicações com força de acionamento máxima de 1.000N, torque máximo do motor de 23Nm e velocidades até 3m/s.

Cremalheira e Pinhão no IMTS-Exhibition.com

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