Entendendo Redutores de Velocidade: Seleção, Instalação e Manutenção

A seleção e integração de redutores de velocidade envolve muito mais do que simplesmente escolher um de um catálogo. Na maioria dos casos, o torque máximo, velocidades, e cargas radiais publicadas não podem ser usadas simultaneamente. Fatores de serviço adequados devem ser aplicados para acomodar uma ampla gama de aplicações dinâmicas. E, uma vez que o redutor de velocidade apropriado é selecionado, instalação e manutenção adequadas são as chaves para maximizar a vida útil.

Categorias de Redutores de Velocidade

Uma ampla gama de dispositivos mecânicos de redução de velocidade inclui polias, engrenagens, pinhões e acionamentos por atrito. Também existem produtos elétricos que podem alterar a velocidade do motor. Esta discussão focará em redutores de acionamento fechado, também chamados de acionamentos de dentes retos e caixas de engrenagens, que têm duas configurações principais: em linha e perpendicular. Cada uma delas pode ser alcançada com diferentes tipos de engrenagens. Modelos lineares tipicamente consistem de engrenagens helicoidais ou retas, engrenagens planetárias, mecanismos cicloidais, ou geradores de onda harmônica. Designs planetários geralmente fornecem o maior torque no menor pacote. Acionamentos cicloidais e harmônicos oferecem designs compactos com relações mais altas, enquanto unidades de engrenagens helicoidais e helicoidais são geralmente as mais econômicas. Todos são bastante eficientes.

Engrenagens sem-fim são talvez a solução de redução mais custo-efetiva, mas geralmente têm mínimo 5:1 e perdem eficiência significativa à medida que as relações de engrenagem aumentam. Redutores de engrenagem cônica são muito eficientes mas têm um limite efetivo superior de redução de velocidade de 6:1. O tipo de aplicação determina qual design de redutor de velocidade melhor atende aos requisitos.

Antes de selecionar qualquer redutor, dados técnicos devem ser reunidos para selecionar e instalar adequadamente a unidade: torque, velocidade, potência, eficiência do redutor, fator de serviço, posição de montagem, variáveis de conexão e vida útil requerida. Em algumas aplicações, a quantidade de folga, erro de transmissão, rigidez torsional, e momento de inércia também são importantes.

Relação entre Torque, Velocidade e Potência

O torque requerido é talvez o critério mais importante pois isso se traduz na quantidade de trabalho que o redutor de velocidade tem que fazer. Enquanto em aplicações simples, determinar o torque pode ser relativamente direto, pode ser difícil em máquinas complexas. Inércia, atrito, e gravidade — os fenômenos físicos que tendem a resistir ao movimento — têm que ser identificados para que torque suficiente possa ser gerado para superá-los. Isso pode ser difícil com máquinas complexas. Inércia, atrito, e gravidade — fenômenos físicos que usualmente resistem ao movimento — devem ser identificados a fim de gerar torque suficiente para superá-los. Levar em conta os coeficientes de atrito e a aceleração e frenagem de massas inerciais é importante no cálculo do torque requerido. O atalho para encontrar o torque requerido para uma máquina existente é ler a corrente do motor determinando o consumo de corrente. Então cálculos podem ser feitos para encontrar a potência requerida. Finalmente, usando a fórmula padrão de torque e levando em conta as diferentes relações, o valor final de torque pode ser obtido.

Após determinar a potência requerida, o fator de serviço deve ser levado em conta para dimensionar adequadamente o dispositivo. O fator de serviço leva em conta outros parâmetros operacionais, incluindo a duração dos dias de trabalho, o número de partidas e paradas, características de carga, e fontes de energia. A maioria dos redutores é classificada para um torque máximo em um dado número de horas de vida útil. O fator limitante nestas classificações não é a resistência da engrenagem ou do eixo, mas a vida do rolamento. Como rolamentos devem suportar as forças de separação das engrenagens sob carga, carregamento menor que a classificação máxima aumenta a vida da caixa de engrenagens. Inversamente, ao aumentar as variáveis de carga como destacado acima, uma diminuição na vida da caixa de engrenagens resultará. Portanto, para chegar ao requisito de torque efetivo, os fatores de serviço apropriados precisam ser aplicados.

Redutor de velocidade e motor podem ser selecionados neste estágio. Tipicamente, uma fonte de energia primária é selecionada, como um motor ou motor que roda em uma certa velocidade. Obter a relação de engrenagem correta do redutor de velocidade e a multiplicação resultante do torque é apenas uma questão de dividir a velocidade do motor pela velocidade do elemento acionado. Então o tamanho correto do motor pode ser encontrado anexando diferentes fatores e valores à fórmula padrão de potência do motor.

Após a seleção ser feita, a próxima pergunta é como a caixa de engrenagens será integrada na máquina. As principais preocupações são como a caixa de engrenagens será montada e como será conectada ao controlador e carga acionada.

Orientação do eixo é uma das primeiras considerações. Em muitas aplicações, é desejável posicionar o eixo de entrada ou saída verticalmente. Neste caso, grande cuidado deve ser tomado para garantir lubrificação adequada. Óleo ou graxa da caixa de engrenagens não apenas protege contra desgaste da engrenagem, mas também reduz desgaste do rolamento. Assim, quando um dos eixos é montado verticalmente, o rolamento de suporte superior pode não obter a lubrificação requerida. Em alguns designs de engrenagem, respingos e neblina de engrenagens girando no reservatório de óleo são suficientes para garantir lubrificação adequada, mas para tipos de baixa velocidade, rolamentos vedados pré-lubrificados devem ser instalados. Em ainda outras aplicações de alta velocidade, pode ser necessário usar bombas internas ou externas para entregar o lubrificante ao local desejado. Sempre que for necessário montar o eixo verticalmente, é importante determinar se um método alternativo de lubrificação é requerido.

A próxima questão é como conectar o redutor de velocidade à fonte de energia e à carga acionada. Opções incluem acionamento com polia, cremalheira ou pinhão, ligação a embreagem, eixo de linha, ou junta universal, e montagem de eixo diretamente no eixo acionado.

Ao conectar a uma polia, roda dentada ou engrenagem, o principal problema é a carga radial, comumente conhecida como carga de balanço. Rolamentos de eixo são projetados não apenas para suportar as forças de separação das engrenagens, mas também para transmitir certa carga radial e de empuxo aos próprios eixos. Ao acionar com polias e engrenagens, há uma força radial enquanto a correia ou corrente tenta girar o eixo. A magnitude desta força pode ser calculada como o torque transmitido dividido pelo raio da polia ou roda dentada. Geralmente, no entanto, esta não é a única força lateral exercida. A polia ou corrente está apertada no lado de acionamento mas tem folga no lado traseiro. Um dispositivo de tensão é geralmente instalado para reduzir ruído e evitar que a correia escorregue ou pule dentes. Quando a correia ou corrente está apertada, uma carga radial adicional ocorre. Ao selecionar um acionamento por engrenagem, a combinação de carga radial resultante do torque e tensão deve ser levada em conta.

Ao conectar o redutor de velocidade à embreagem e em menor extensão aos eixos de linha e juntas U, alinhamento é o principal problema. Acoplamentos flexíveis são recomendados devido a tolerâncias de usinagem de carcaças de caixa de engrenagens e placas de montagem. Sem alinhamento exato, o uso de um acoplamento rígido pode colocar cargas laterais excessivas nos rolamentos de eixo. Mesmo com acoplamentos flexíveis, alinhamento adequado é necessário pois a maioria dos acoplamentos só permite desalinhamento paralelo de 0,005 a 0,010 polegada e desalinhamento angular de 1 a 3°. Muitos designs de embreagem são adequados para uma variedade de aplicações, mas para vida máxima do redutor, a embreagem deve se adequar à tarefa.

Uma terceira opção para conectar a caixa de engrenagens é montá-la diretamente em um eixo acionado com um furo de saída oco. Isso reduz preocupações sobre alinhamento e cargas radiais e economiza espaço. Um braço de suporte da caixa de engrenagens para a estrutura da máquina previne que a caixa de engrenagens gire em torno do eixo.

Múltiplos designs de engrenagem permitem que o motor seja montado diretamente na unidade de engrenagem. Estes designs contêm flanges extremamente precisos para permitir conexão direta do motor ao redutor ou outros adaptadores com acoplamentos integrados. Isso elimina a necessidade de montar o motor separadamente, mas isso geralmente é prático apenas com motores menores.