Revista Engrenagens - Gears Magazine

www.sfeditora.com.br - Ano I - Edição 2

Engrecon - Negócios Bem Engrenados ›› Artigos: ›› Falando em Cônicas... ›› Aços para Engrenagens Cementadas ›› Dimensionamentos de Engrenagens Cilíndricas ›› Análise Geométrica por Meio das Dimensões M

›› Retrospectiva: BGC ITA - WZL 2019

TOP OF NITRIDING GASCON K2 EQUIPAMENTO DE NITRETAÇÃO GASOSA. Mais de 20 anos de experiencia levaram RÜBIG a desenvolver fornos de nitretação gasosa. Projetos individuais tornam possível a ótima integração em pequenos negócios, plantas de produção em série da indústria automotiva ou aeronáutica, assim como em OEM. São fornos horizontais fornos tipo campânula ou fornos tipo poço. GASCON 2 apresenta máxima eficiência e nitretação gasosa avançada.

BENEFÍCIOS DOS EQUIPAMENTOS DA RÜBIG Modularidade Unidades flexíveis para plantas In House com possibilidade de Up Grade no futuro

Individualidade Sistemas específicos customizados com soluções especiais

Operação eficiente Manutenção remota e diagnósticos On Line facilitam e melhoram sua eficiciência

Indústria 4.0 Fácil intercâmbio de informações entre o sistema supervisório e seu ERP

Durabilidade O uso de retorta de Inconel prolonga sua vida útil

Controle Possibilidade de controle da atmosfera via Kn2, Kc2 ou dissociação de amônia

REPRESENTANTE NO BRASIL: INDUSTRIAL HEATING EQUIPAMENTOS E COMPONENTES LTDA.

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12

24

CONTEÚDO

51 JUL 2019 - NÚMERO 02

DEPARTAMENTOS

10

Notícias

COLUNAS

06

Editorial

Motion + Power Technology Em sintonia com a evolução dos tempos atuais e motivado principalmente com as novas tecnologias de acionamento automotivo, a feira americana Gear Expo mudou de nome.

EQUIPE DE EDIÇÃO SF Editora é uma marca da Aprenda Eventos Técnicos Eireli (19) 3288-0437 Rua Ipauçu, 178 - Vila Marieta, Campinas (SP)

08

Coluna Fazer Certo à Primeira Vez Indústria 4.0, Inteligência Artificial, Interação ou “comunicação” entre as máquinas, como isso será possível? “Fazer certo à primeira vez” Philip Bayard Crosby, definiu assim esse paradigma.

www.sfeditora.com.br www.aquecimentoindustrial.com.br Udo Fiorini Publisher udo@sfeditora.com.br • (19) 99205-5789 Sunniva Simmelink Revisão sunnivags@gmail.com •

CONTEÚDO TÉCNICO

12 16

Avanços na Produção de Engrenagens Helicoidais Duplas Holger Staub - Kapp Niles; Coburgo, Alemanha

Marcus Frediani Repórter Especial marcusfrediani@gmail.com • (11) 99993-8059

Engrenagens helicoidais duplas (engrenagens de espinha de peixe)

Gabrielly Guimel Redação -

são caracterizadas por uma disposição simétrica de dois dentes de

Diagramação

engrenagem idênticos.

gabrielly@sfeditora.com.br •

O Uso de Cementação a Baixa Pressão e Resfriamento a Gás de Alta Pressão para Processamento de Tratamento Térmico In-Line Dennis Beauchesne - ECM; - Pleasant Prairie, USA

(19) 3288-0437 André Júnior Vendas andre@grupoaprenda.com.br • (19) 3288-0437

Nos últimos 20 anos, a Cementação a Vácuo de Baixa Pressão (LPC Low

Igor Cerqueira Marketing

Pressure Vacuum Carburizing) tem sido cada vez mais aceita em várias

igor@grupoaprenda.com.br •

indústrias em todo o mundo como a escolha para a cementação de peças.

22

(19) 99229-2137

A Automação Molda a Indústria Rubig; Mitterhoferstraße, Áustria Fiel ao lema “Um segue perfeitamente o outro”, a RÜBIG está expandindo sua expertise na automação de sistemas de nitretação.

4 JULHO/2019

Revista Engrenagens

(19) 3288-0437 As opiniões expressadas em artigos, colunas ou pelos entrevistados são de responsabilidade dos autores e não refletem necessariamente a opinião dos editores.

CONTEÚDO

JUL 2019 - NÚMERO 02

ARTIGOS

24

Destaque: Entrevista Engrecon Negócios Bem Engrenados Marcus Frediani, Repórter Especial - Engrecon; Santana do Parnaíba - São Paulo, Brasil Qual o “segredo” de uma boa engrenagem? Bem, a par dos tecnicismos absolutamente necessários, a resposta para essa pergunta é bem simples e, na prática, se define por meio da soma de dois atributos.

29

Falando em Cônicas...

Antonio Gallinucci - Engrecon; Santana do Parnaíba - São Paulo, Brasil Vamos nos aprofundar um pouco mais nos conceitos das engrenagens cônicas ESPIRAIS e HIPOIDAIS. É interessante iniciar pelo projeto dos blanks, uma vez que já sabemos como traçá-los.

36

Aços para Engrenagens Cementadas Antonio Carlos Zambon - Eaton - Grupo Veículos; São Paulo, Brasil Engrenagens podem ser fabricadas com uma grande variedade de materiais como não metálicos, ligas não ferrosas, materiais sinterizados.

42

Dimensionamentos Automáticos: Inicial, Final e de Modificações de Micro - Geometria Ilja Tsikur, Jose Luis Piña e Valeria Busacca, ESTUDIO PIÑA S.R.L. -KISSsoft AG Suiça e Latin American Partner Na primeira etapa, o dimensionamento aproximado da engrenagem é executado. O objetivo desta etapa é encontrar a distância entre centros ótima e a largura do dentado.

51

Análise Geométrica por Meio das Dimensões M Norberto Mazzo - Norberto Mazzo Consultoria; São Paulo, Brasil A análise geométrica do dentado de uma engrenagem física desconhecida, consiste em determinar os seus dados construtivos, como módulo normal, ângulo de perfil, ângulo de hélice sobre o diâmetro de referência, etc.

ÍNDICE DE ANUNCIANTES Página

Empresa

Contato

58

ALL Lubrificantes

www.alllubrificantes.com.br

54

ECM

www.ecm-furnaces.com

9

Eltropuls

www.eltropuls.de

Grupo Aprenda

www.grupoaprenda.com.br

Kapp Niles

www.kapp-niles.com

33, 4ª capa 19 3ª capa

Metalurgia

www.metalurgia.com.br

Portal Aquecimento Industrial

www.aquecimentoindustrial.com.br

2ª capa

Rübig

www.rubig.de

7

StarSU

www.star-su.com.br

3

Tubotech

www.tubotech.com.br

28

Revista Engrenagens

JULHO/2019 5

EDITORIAL

MOTION + POWER TECHNOLOGY (EX GEAR EXPO)

E

m sintonia com a evolução dos tempos atuais

e de Modificações de Micro – Geometria - Ilja Tsikur -

e motivado principalmente com as novas

KISSsoft AG Suiça, Jose Luis Piña e Valeria Busacca,

tecnologias de acionamento automotivo, a

ESTUDIO PIÑA S.R.L., Argentina

feira americana Gear Expo mudou de nome depois de mais de 30 anos de existência. A edição 2019, a ser realizada de 15 a 17 de outubro em Detroit, passa

- Análise Geométrica por Meio das Dimensões M Norberto Mazzo - Norberto Mazzo Consultoria.

Além de vários artigos técnicos de empresas

a se chamar Motion + Power Technology. Algo como

fabricantes de equipamentos de fabricação e

Tecnologia de Movimento e Força.

tratamento térmico de engrenagens. E, como

A organizadora do evento, a AGMA, Associação

havíamos prometido no editorial passado, publicamos

Americana dos Fabricantes de Engrenagens,

nesta edição uma reportagem / entrevista com

explica que “as mudanças foram diretamente em

a diretoria da Engrecon, tradicional fabricante

resposta à maneira como os clientes da indústria

brasileiro de engrenagens. Começando a serie que se

de engrenagens estão mudando. Atualmente os

estenderá pelas próximas edições.

engenheiros de projeto de engrenagens têm a tarefa

Veja na próxima edição a cobertura completa,

de especificar não só a engrenagem mas todas as

com fotos, do III Seminário de Engrenagens -

partes do sistema de que precisam, além de precisar

Usinagem e Tratamento Térmico. E já reserve na sua

cada vez mais da assistência dos fornecedores

agenda os dias 23 e 24 de setembro de 2020 quando

para ajudar a decifrar as necessidades do cliente e

será realizada a quarta edição - IV Seminário de

fornecer soluções completas. Agora, a Motion + Power

Engrenagens - Usinagem e Tratamento Térmico.

Technology Expo permitirá que todos os conjuntos

Boa leitura!

de soluções e tipos de transmissão de energia sejam

Udo Fiorini, Editor

exibidos ao mesmo tempo, atraindo mais a base de clientes”.

Estaremos visitando a MPT Expo, esta é a designação abreviada do evento, que se realiza a cada dois anos em conjunto com o Heat Treat Show, feira dedicada ao mundo do tratamento térmico

Na Capa: Imagem de Engrenagens tirada na visita à empresa Engrecon, no qual foi feita uma entrevista aos representantes. Tivemos a presença do jornalista Marcus Frediani para a confeccção da matéria. Veja mais na página 12. Cortesia: Engrecon

organizada pela ASM International. Me coloco a disposição para quem estiver por lá.

Você tem nas mãos uma revista extraordinária.

Digo isso porque os artigos publicados são profundamente técnicos, inéditos e em sua maioria escrita por sulamericanos: - Falando em Cônicas... Antonio Gallinucci Engrecon; - Aços para Engrenagens Cementadas - Antonio Carlos Zambon – Eaton - Dimensionamentos Automáticos: Inicial, Final 6 JULHO/2019

Revista Engrenagens

Fig. Engrenagens Engrecon

EDITORIAL

Solução de todas suas necessidades em ferramentas para corte de engrenagens Ferramentas e Serviços Star SU oferece uma ampla variedade de ferramentas para corte de engrenagens e serviços, incluindo: • Fresas caracol (hobs) • Fresas de perfil • Cortadores shaper (Fellows®) • Cortadores Scudding® e Power Skiving • Cortadores Shaving • Ferramentas de chanfrar e rebarbar • Barras laminadoras • Cortadores de serras e cremalheiras • Engrenagens padrão (Master Gears) • Calibradores tampão e anel • Reafiação de ferramentas

Gerenciamento do Ciclo de Vida da ferramenta Controle seus custos de produção e deixe a Star SU cuidar da vida útil de suas ferramentas. De ferramentas novas projetadas para o seu produto a reafiação e recobrimento, nós temos equipamentos e recursos para ajudar a manter sua operação de corte de engrenagens rodando eficientemente.

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JULHO/2019 7

COLUNA

FAZER CERTO À PRIMEIRA VEZ!

C

omo especialista e apaixonado pelos processos de

hoje disponíveis, estão à mão, gerando de modo saudável,

usinagem High Precision, em especial a usinagem

uma espécie de “competição” entre fabricantes desses

por abrasão, como a retificação, o brunimento,

equipamentos, entre os usuários e entre os próprios

a lapidação e o espelhamento, utilizando abrasivos e

pesquisadores! Controle dimensional/geométrico, desde

superabrasivos em máquinas dedicadas e precisas,

o corte do material, “do bom material”, sua usinagem,

sempre que posso, em minhas palestras e cursos, coloco

tratamento térmico e preparação, até sua chegada ao

essa questão: “...são máquinas fim de linha, portanto,

acabamento final, isso sim, cumpre as premissas de

clientes de todas as operações que precedem a finalização

Crosby! A peça assim usinada, terá confiabilidade! O “zero

da qualidade, da capabilidade e dos custos operacionais”.

defeito”, será uma consequência! Em inúmeros “cases”,

Indústria 4.0, Inteligência Artificial, Interação

como consultor, enfrentando grandes desafios, em

ou “comunicação” entre as máquinas, como isso será

grandes empresas, relembro ter trabalhado a fundo, nos

possível? “Fazer certo à primeira vez” Philip Bayard

“desbastes”, na preparação, nas operações precedentes,

Crosby, definiu assim esse paradigma, ou ainda, definiu o

para conseguir o sucesso no acabamento final! Nas

conceito pragmático de “zero defeito”!

engrenagens, não poderia ser diferente, como membro no

Se minha máquina, fim de linha, de onde se espera

ENGRENA ITA, tenho a nítida sensação, de ter encontrado

obter a qualidade final, com capabilidade e custos

um caminho, onde as ações na indústria, se fundem, ou se

reduzidos, receber um somatório de “pequenos defeitos”,

fundirão com as teorias acadêmicas e vice-versa e, isso é

de nada irá adiantar, ser ela de última geração, dotada

extraordinário! Essa verdade, mais uma vez se confirmou,

de sensores e inteligência artificial “comunicativa”, se

com a realização desse brilhante evento, THE BRAZILIAN

não for “ouvida” pelos seus “fornecedores”! A crescente

GEAR CONFERENCE 2019 ITA-WZL. Parabéns ao ITA, por

exigência, na qualidade superficial de alguns materiais

essa iniciativa, parabéns ao prof. Dr. Ronnie Rego e sua

e na precisão dimensional/geométrica, em direção à

equipe, pois acredito, que o ENGRENA ITA, poderá sim,

nanotecnologia é hoje, pura realidade, discutida nos

ser a mola propulsora, para o início da tão comentada e

centros de pesquisas em engenharia de superfícies, já

desejada INDÚSTRIA 4.0 aqui no Brasil!

que os equipamentos laboratoriais de altíssíma resolução

Por Angelo Valdir Lanza, ALL Lubrificantes.

SEW-EURODRIVE BRASIL ANUNCIA MAIOR REDUTOR PLANETÁRIO DO MUNDO JÁ FABRICADO PARA OS MERCADOS DE AÇÚCAR E ÁLCOOL A SEW-EURODRIVE BRASIL, multinacional alemã, acaba de lançar o maior redutor planetário da AL e Brasil (equipamento que tem por objetivo reduzir a velocidade e aumentar a força) para diversos segmentos, como açúcar, álcool, mineração e borracha. É o maior lançamento da empresa brasileira nos últimos anos. Segundo Hiram Andreazza de Freitas, diretor Industrial e de Desenvolvimento da SEW-EURODRIVE BRASIL, “esses produtos foram projetados pela equipe de Pesquisa e Desenvolvimento da empresa no país, com a utilização das mais avançadas técnicas de design, entre simulação por elementos finitos e análise otimizada na topologia de dentes”, destaca.

Recentemente, também foi lançado o Novo Complexo Industrial de Indaiatuba (SP), em um terreno de 300 mil m2 e o Complexo Fabril, com 100 mil m2, na qual foram implementados os mais sofisticados processos de produção, com investimento que chegou a quase 1 bilhão de reais.

8 JULHO/2019

Revista Engrenagens

COLUNA

ELTROPULS

Fornos de Nitretação por Plasma e Suporte por Especialistas

Proteção contra o desgaste através da Nitretação por Plasma , Nitrocarbonetação por Plasma e Oxidação.

ELTRO GmbH Arnold-Sommerfeld-Ring 3 D - 52499 Baesweiler Tel.: +49 (0) 2401 8097-0 info@eltropuls.de Revista Engrenagens JULHO/2019 9 www.eltropuls.de

Novidades

EVENTOS

BGC19 Professor Colaborador da Divisão de Engenharia Mecânica, Ronnie Rego

THE BRAZILIAN GEAR CONFERENCE ITA-WZL

Os dias 31 de julho e 1 de agosto

estado-da-arte em engrenagens

marcaram a realização da

e sistemas de transmissão, além

segunda edição do evento “The

de estudos de caso de sucesso de

Brazilian Gear Conference

parceria Acadêmico-Industrial.

ITA-WZL” (BGC19). Organizado

Desenvolvimento de produto,

em conjunto pelo ITA e pela

tecnologias de fabricação e

Universidade RWTH Aachen

testes de engrenagens foram

(Alemanha), respectivamente

os principais temas abordados

representados pelos seus

nas palestras, estas registradas

laboratórios CCM e WZL, o

em livreto distribuído aos

BGC19 foi conduzido no Parque

participantes.

Tecnológico São José dos Campos.

O BGC19 dispôs de uma área

O evento reuniu 190 pessoas

de exposições, onde 8 empresas

de mais de 80 organizações

puderam fazer demonstrações

de diferentes setores ligados à

técnicas de suas tecnologias aos

cadeia produtiva de engrenagens.

participantes, através de stands

Os participantes puderam

exclusivos. Duas novidades

desfrutar de palestras voltadas

foram a Área de Co-criação e

aos fundamentos teóricos e ao

o Espaço do Futuro. A Área de

Aplicação de realidade aumentada apresentada no Espaço do Futuro

Co-criação buscou promover um ambiente simultaneamente descontraído e técnico, propício a interações criativas entre os participantes. No Espaço do Futuro, os participantes puderam experimentar tecnologias definidas como pilares da próxima revolução industrial, como Apresentação da Bancada de Ensaios de Engrenagens durante a visita ao CCM-ITA. Momento de confraternização durante o almoço 10 JULHO/2019

Revista Engrenagens

inteligência artificial e realidade aumentada.

Novidades

EVENTOS O BGC 19 ainda apresentou os resultados do Plano Piloto do Engrena ITA. Lançada no BGC 17, a iniciativa é uma aliança entre corporações com o objetivo de potencializar a prospecção de pesquisas e a disseminação de conhecimento na temática de engrenagens e sistemas de transmissão de potência. Durante seu primeiro ano, 24 empresas

Na foto acima, o engenheiro Norberto Mazzo

do setor aderiram à iniciativa,

tecnológica nas áreas de

15 propostas de projetos foram

processos de fabricação e

prospectadas, envolvendo 29

automação, incluindo uma equipe

corporações - 23 nacionais e 6

dedicada a projetos de inovação

internacionais.

de engrenagens e sistemas

Ao final de cada dia, todos os participantes tiveram a

transmissão de potência.

A próxima edição do “The

oportunidade de conhecer as

Brazilian Gear Conference

instalações e competências

ITA-WZL” está confirmada para

do CCM-ITA. O Centro de

acontecer em julho de 2021.

Competência em Manufatura

Reserve sua agenda para o

(CCM-ITA) desenvolve pesquisa

BGC21!

Nas fotos ao lado (de cima para baixo): Discussões após apresentações com Antonio Carlos Zambon e Angelo Valdir Lanza; Stands de alguns dos expositores do evento e Bandeira do evento Revista Engrenagens

JULHO/2019 11

CONTEÚDO TÉCNICO

AVANÇOS NA PRODUÇÃO DE ENGRENAGENS HELICOIDAIS DUPLAS Por Holger Staub

Fig. 1. ZP24

E

ngrenagens helicoidais duplas

civil. Os requisitos crescentes para

(engrenagens de espinha de

redução de peso e economia de

peixe) são caracterizadas por

combustível levam a tamanhos

uma disposição simétrica de dois dentes de engrenagem idênticos

Spindel: 5. 600.06.020.02 Spindelplatz ,, A’’ Min. Kollisionsabstand 3 mm

decrescentes de formas de projeto.

Engrenagens tipo solar Schlichtscheibe

com ângulos de hélice exatamente

ou planetárias típicas de tais

opostos. Como resultado desta

transmissões têm aproximadamente

simetria, as forças axiais na caixa de

os seguintes parâmetros principais

engrenagens negam uma a outra.

(valores baseados em uma peça

Distanzring 2.002.05.219.04

de trabalho proposta para ser

Schlichtscheibe

Por muitos anos, essas engrenagens helicoidais duplas,

mostrada na IMTS - International

como exemplo para componentes

Manufacturing Technology Show em

com interferência geométrica,

2018, não uma peça de trabalho do

têm sido um desafio especial no

cliente):

acabamento de engrenagens.

• 44 dentes

Embora no passado as aplicações

• Módulo de 3,5 mm (DP 7,26 pol.)

militares de tamanho reduzido de lote pudessem ter sido o foco principal, agora há um aumento atual na demanda por engrenagens helicoidais duplas em redutores planetários para motores na aviação

Spindel: 5. 600.06.020.02 Spindelplatz ,, B’’ Fig. 3. Fuso retificador dressável

• Diâmetro externo de 175 mm (6,9 pol.)

• Largura total de 130 mm (5,1 pol.)

• Espaço entre as duas engrenagens 30 mm (1,18 pol) • Peso 13 kg (28,7 lb) Assumindo que a distância entre as duas engrenagens poderia ser reduzida em apenas 10 mm (0,39 pol) da largura total e, conseqüentemente, o peso da peça

Fig. 2. Peça de trabalho da KAPP NILES apresentada na IMTS 12 JULHO/2019

Revista Engrenagens

Fig. 4. Fusos retificadores CBN tradicionais

diminuiria aproximadamente 7,7%,

aeronave. Na verdade, a Kapp Niles

uma redução massiva na indústria

comprovou, com a combinação ideal

aeroespacial diretamente ligada

de máquina, fuso de retificação

à economia de combustível da

e ferramenta, que os clientes

CONTEÚDO TÉCNICO Kollisionsfreheit zur Gegenverzahnung nur 0,3 mm

Fig. 5. Liberdade de colisão para dentes opostos de apenas 0,3 mm

Fig. 7. Fuso retificador com peça única CBN/ Ferramenta arbor

poderiam alcançar ou até superar esse objetivo de

diâmetro ideal para a largura de gap disponível,

projeto.

garantindo qualidade consistente em toda a vida útil

O acabamento duro dos flancos dos dentes de

da ferramenta. Retificá-los só é possível com uma

engrenagens só pode ser feito por retífica de perfil.

interação ideal entre máquina e ferramenta. Como

Inerente ao processo, o gap é necessário entre os

em todos os setores, é importante manter o equilíbrio

dentes da engrenagem para a saída da ferramenta.

entre os custos e a produtividade sem comprometer a

Conceitos tradicionais de ferramentas são rebolos de

precisão.

perfil dressáveis ou não dressáveis de CBN, montados

Para atender a todas as demandas dos clientes, a

com parafusos em um ou dois fusos de retífica. Os

KAPP NILES desenvolveu ferramentas 3D exclusivas

diâmetros das ferramentas são muitas vezes restritos

para otimizar projetos de engrenagens - geralmente em

a aprox. 80-100 mm (3.15-3.94 pol) pelo tamanho do

várias iterações junto aos clientes. Os parâmetros que

fuso, interferência do eixo de retífica e no caso de

podem ser otimizados incluem:

ferramentas dressáveis, é claro, pela faixa de diâmetro adicional necessária para a dressagem.

• Diâmetro da ferramenta: claro, esse parâmetro é o mais óbvio e diretamente relacionado ao fuso

Mas essas soluções de retífica tradicionais não atendem mais às crescentes demandas relacionadas à redução de gaps (= peso), qualidade, acabamento

de retífica avançado da Kapp Niles (veja abaixo) e fabricação de ferramentas de CBN. • Ângulo de rotação da ferramenta: frequentemente

de superfície, mas também às demandas diárias de

subestimado, mas um meio muito eficaz para encurtar

produção por economia otimizada no competitivo

a linha de contato entre a ferramenta e a peça, mas

mercado civil global aeroespacial.

como um efeito colateral negativo, perdendo por vezes

Ao retificar engrenagens helicoidais duplas, as ferramentas Kapp Niles CBN oferecem a vantagem decisiva de que podem ser projetadas com o

o equilíbrio das forças de desbaste entre os dois flancos, exigindo maior rigidez no fuso de retífica.

• Posição do ponto DHC: às vezes uma posição fora do centro pode fornecer folga adicional para o disco na

ø8.5

48

possibilidade inesperada de redução do gap.

• Outros recursos, como chanfro, arredondamento de borda, etc. Também, esses recursos podem fornecer possibilidades inesperadas de melhoria.

Como estudo de caso, o processo de otimização com um conhecido fabricante europeu de motores aeroespaciais

Liberdade de colisão de apenas 0,6 mm Chanfro de 1x45º é necessário antes do processamento!

Fig. 6. Step 4: Redução do GAP para 14 mm

civis e militares é citado: 1. O projeto inicial do cliente começou também com uma gap de 30 mm e um tamanho de rebolo convencional e fuso disponível em sua máquina Kapp Revista Engrenagens

JULHO/2019 13

CONTEÚDO TÉCNICO diâmetro da ferramenta para 60 mm (2,36 pol.) pelo fuso especial com contra-ponto, mas com discos CBN e mandril do fuso separadamente 3. O segundo estågio foi girar as duas engrenagens uma contra a outra (= movendo o ponto DHC para fora do centro) para que o disco possa usar o gap oposto como folga adicional. Nesta etapa, um gap de 18 mm (0,7 pol) foi alcançado com o diâmetro do rebolo de 50 mm (1,97 pol.)

4. O desafio final foi a solicitação do cliente para um gap de 15 mm (0,59 pol.), ou seja, menos da metade do projeto inicial com redução aprox. Redução de peso de Fig. 8. Fuso retificador especial

10 por cento. KAPP NILES atendeu este desafio com: • projeto integrado do disco CBN e roda fuso mesmo com tamanho de grão CBN duplo para desbaste e acabamento; • Diâmetro do disco CBN 30 mm (1,18 pol); • ângulo de basculamento otimizado da ferramenta; • recomendação de pequeno chanfro para fornecer folga final.

5. O projeto final do cliente retornou a um tamanho de gap um pouco maior permitindo novamente a separação dos discos CBN do mandril para um ótimo custo da ferramenta, mas tambÊm porque aparentemente todo o design da caixa de engrenagens,

Fig. 10. Medição

incluindo rolamentos, etc. nĂŁo podia ser reduzido

Niles existente (o ano de fabricação Ê 1993 e ainda Ê

adequadamente.

usada 24/7 para produção aeroespacial!)

2. O primeiro estågio de redução foi minimizar o

Durante todos os estågios de otimização, os protótipos foram retíficados na Kapp Niles para a plena

SF EDITORA Udo Fiorini E-mail: udo@sfeditora.com.br Fone: +55 (19) 3288-0677 | 3288-0437

14 JULHO/2019

Revista Engrenagens

CONTEÚDO TÉCNICO Optimisation DHC point

Measuring

Stock removal documentation (example VX series)

Fig. 9. Medições

satisfação do cliente final, afirmando que ele nunca

das tarefas mais exigentes é a cadeia de processo de

viu um processo tão avançado em qualquer máquina

alinhamento orientado para sobremetal, retificação,

de retificação de engrenagens no mercado. A compra

medição e documentação da remoção de material,

de uma nova retífica de engrenagens e ferramentas

otimizando a posição do ponto DHC. Com a sonda de

de CBN foi apenas o passo final lógico para o cliente

medição integrada e os pacotes de software associados,

estar preparado para a futura produção deste avançado

essas tarefas podem ser executadas de uma maneira

motor de aeronave.

particularmente fácil de usar nas máquinas Kapp Niles.

Mas mesmo a escolha final da máquina de

Mesmo que o sistema de medição de precisão

retificação de engrenagens mais adequada foi um

integrado na máquina apresente uma correlação

processo completo, uma vez que a KAPP NILES fornece

excepcional com medição externa CMM, não é possível

a mais ampla gama de conceitos de máquinas para

abrir mão de medição externa. Para este fim a KAPP

retificar engrenagens helicoidais duplas em vários

NILES Metrology desenvolveu soluções especiais para a

tamanhos. Seja com peça na horizontal (série VX)

indústria aeroespacial.

ou com eixo de peça vertical (série ZE e ZP), todas

As máquinas de medição universal de alta precisão

as máquinas podem ser equipadas com soluções

com design tipo ponte com cabeçotes de mediação

inovadoras em hardware e software para a retificação

dispostos verticalmente para peças complexas são

de engrenagens helicoidais duplas. Mas qual é a melhor

usadas com sucesso na indústria aeroespacial.

máquina de retificação sem ferramentas e software otimizados?

Na maioria dos casos, um processo de dois estágios

A recém-desenvolvida máquina de medição de engrenagens KNM 2X com orientação horizontal da cabeça de medição para medições extremamente

com a ferramenta de usinagem de desbaste e de

precisas de engrenagens de tamanho menor até 300

acabamento com CBN é necessário para obter as taxas

mm de diâmetro da peça é perfeitamente adequada

máximas de remoção de material e a qualidade da

para a medição de engrenagens helicoidais duplas.

superfície. Para este propósito, um fuso retificador

Além da inspeção padrão de perfil, passo, inclinação

aprimorado com contra-ponto foi desenvolvido, o que

e runout de acordo com a norma DIN 3960/62 ou AGMA

permite precisão e produtividade únicas, mesmo com o

2000 (ou outras normas), a medição e determinação exata

menor diâmetro de disco. Uma interface HSK embutida

do ponto APEX de engrenagens de espinha de peixe, com

reduz os tempos de set-up da ferramenta ao mínimo.

um abrangente pacote de software de avaliação, garante

O contorno do fuso foi especialmente projetado para

uma certificação final de qualidade.

evitar interferências em ângulos de hélice elevados, o RPM é adaptado para pequenos diâmetros de

Sobre o autor: Holger Staub é gerente de

ferramentas e o mais importante é que o contra-ponto

gerenciamento de produtos aeroespaciais na empresa

aumenta significativamente a rigidez para maior

Kapp Niles Group, um fabricante líder de máquinas

precisão de retífica mesmo em peças de passo bastante

de retífica e medição de engrenagens cilíndricas e

grosseiro e forças de retífica irregulares.

componentes similares. Saiba mais em www.kapp-

Por último, mas não menos importante, uma

niles.com.

Revista Engrenagens

JULHO/2019 15

CONTEÚDO TÉCNICO

O USO DE CEMENTAÇÃO A BAIXA PRESSÃO E RESFRIAMENTO A GÁS DE ALTA PRESSÃO PARA PROCESSAMENTO DE TRATAMENTO TÉRMICO IN-LINE

Por Dennis Beauchesne

Este artigo analisará a recente integração do tratamento térmico para células de usinagem em linha e as influências gerais para fornecer ao cliente equipamentos para tratamento térmico em linha. Esses detalhes serão comparados ao tratamento térmico em lote ou em lotes contínuos, como os conhecemos hoje na indústria automotiva. A têmpera a gás de alta pressão será ilustrada tanto na integração em célula de usinagem quanto na produção contínua, juntamente com comparações de distorção e metalúrgicas.

N

os últimos 20 anos, a

célula de usinagem. A vantagem

inatividade também é altamente

Cementação a Vácuo de

de poder desligar o equipamento

desejável. Muitas outras facetas

Baixa Pressão (LPC Low

quando necessário, sem perigo de

do equipamento e do processo que

Pressure Vacuum Carburizing) tem

longos ciclos de resfriamento (5

permitiram que o equipamento fosse

sido cada vez mais aceita em várias

a 6 horas em comparação a dias)

mais propício para a produção de

indústrias em todo o mundo como a

para remover o calor e o potencial

alta produção, foram a facilidade

escolha para a cementação de peças

de carbono antes da manutenção

de receita e a flexibilidade para o

de alta produção. O LPC tem sido

no sistema são uma vantagem.

processamento de carga a carga em

usado em muitas peças de alta fadiga

Simplesmente desligar um dia por

um ambiente de fluxo contínuo.

e baixa distorção e pode ser usado em

semana devido a agendamento

Esses benefícios adicionais

conjunto com a têmpera a óleo ou, na

de trabalho sem a necessidade de

permitem que “receitas” de peças

maioria dos casos, com resfriamento

supervisão ou uso de utilitários

específicas sejam processadas para

a gás de alta pressão (HPGQ High

adicionais durante o tempo de

cada requisito de peça específica,

Pressure Gas Quenching). LPC

INFRACARB® PATENTED PROCESS

cresceu de importância devido a muitas vantagens. Essas vantagens

Temperature

é mais sustentável, flexível e mais

cementação gasosa. O que se pretende com esses benefícios é que

N2 flow

independente da intervenção dos operadores do que a tradicional

Carb.

Carb.

Boost. Boost.

C3H8 C3H8 Or Or C2H2 C2H2 Diff.

Diff.

Homogenizing N2 N2 Time under N2 Hydrocarbom flow

incluem o fato de que o equipamento

Carb.

Carb.

Boost.

Boost.

C3H8 C3H8 % C Minimum Or Or (end of diffusion C2H2 C2H2 Final % C Diffusion Diffusion Initial % C N2 N2 time Carburizing cycle according to Infracarb process

o equipamento do forno seja usado mais ao longo das linhas de uma 16 JULHO/2019

Revista Engrenagens

Fig. 1. Descrição do processo ECM Infracarb ®

CONTEÚDO TÉCNICO LPC LAYOUT Product Flow

Fig. 2. Cargas grandes atuais

enquanto permitem a alta produção através do sistema

O resfriamento a gás de alta pressão usando uma

Hardline Greenline Furnace Market Market Fig. 3. LPC com layout simplificado do forno “ECM FLEX” mostrando as áreas de “mercado” das linhas verde e dura

célula de resfriamento separada foi associado à LPC por

processar em um vácuo e não permitir qualquer oxigênio

vários motivos. Algumas das razões mais importantes são

produz partes sem oxidação intergranular ou IGO

fornecer um ambiente mais limpo na planta e remover

(Intergranular Oxidation).

e garantem que os requisitos metalúrgicos de peças específicas sejam atendidos.

tanques de têmpera de óleo e a necessidade de óleo em

O resfriamento a gás de alta pressão, HPGQ,

um piso de produção, removendo as poças do chão e

evoluiu muito nos últimos 20 anos e agora resulta em

permitindo um controle de distorção mais preciso das

equipamentos que podem resfriar grandes cargas de

peças dimensionalmente críticas. O resfriamento a gás de

aço cementado. Muitos anos de trabalho foram feitos por

alta pressão ou HPGQ não se tornaram a opção para todos

muitos fabricantes com vários gases diferentes. Devido

os aços, pois isso só é possível com o aço sendo processado

a restrições de fornecimento e custo, a indústria hoje

permitindo resfriamento a gás usando classificações

tem se concentrado mais no Nitrogênio como o principal

de aço mais altas juntamente com a evolução do

suprimento de gás para HPGQ para sistemas LPC. No

equipamento HPGQ nos últimos 20 anos. No entanto,

entanto, outros gases são usados, como hélio e hidrogênio.

a têmpera a óleo ainda é um fator importante para se obter resultados metalúrgicos específicos, dependendo

Equipamento Atual de Processamento LPC

do material e das aplicações, especialmente em grandes

O equipamento para LPC e HPGQ evoluiu nos últimos 20

seções transversais ou grandes volumes de carga.

anos, mas o método de carregamento dos sistemas não foi. Com melhorias na uniformidade e desenvolvimento

Processamento LPC e HPGQ

de receitas de cementação e também o sistema HPGQ

O processo patenteado ECM Infracarb® é descrito pela

passou por grandes melhorias. No entanto, tudo se resume

alternância de reforços de um gás de processo, acetileno

a carregar as peças em grandes cargas. Essas cargas

e aumentos de nitrogênio durante a fase de difusão

fazem com que milhares de peças sejam instaladas em

(ver Fig. 1). A duração e a quantidade de reforços são em

áreas de mercado antes e depois do sistema de tratamento

relação ao teor de carbono original do aço, a temperatura

térmico. Naturalmente, o custo de fabricar esse mesmo

de tratamento, o carbono da superfície final desejada e a

produto e colocá-lo em uma área de “mercado” antes

profundidade da camada necessária. Utilizando apenas um gás de processo: acetileno para o carreador de carbono e nitrogênio durante o tempo de aquecimento e o tempo

Gas quenching tank Loading & pre-heating Heating cells

de difusão sob vácuo tem a vantagem de não lidar com misturas de gases com potencial de variação durante o

Pumping group

Tempering & unloading Gas quenching tank

ciclo e tem um teor potencial de oxigênio. Este processo produz uma cementação uniforme ao longo de uma peça ou engrenagem e, claro, uniformemente ao longo de um perfil de dente de engrenagem. Além disso, o benefício de

Gas quenching cells Fig. 4. Layout do equipamento LPC HPGQ. Descrição da instalação do tratamento térmico LPC Revista Engrenagens

JULHO/2019 17

CONTEÚDO TÉCNICO Carburizing Tower Process Vacuum 3 2

High Pressure Buffer Tank

4

Quenching Cell 1 5 Air-lock & Gas quench vaccum

Fig. 6. Visão do plano e fluxo de trabalho NANO Fig. 5. O sistema de forno NANO

para o equipamento.

do projeto é ser capaz de processar

do processamento não é o modo

cargas tão rapidamente quanto

como qualquer bom engenheiro

Sistema In-Line NANO

a cada 7,5 minutos por carga.

de produção gostaria de ver o

AA ECM usou sua experiência dos

O sistema é modular em seu

chão de fábrica. Com todos os

últimos 25 anos de construção

crescimento da capacidade

avanços em equipamentos de

de equipamentos LPC e HPGQ

de produção. 1 a 6 células de

produção e usinagem de processo

com mais de 1000 células de

aquecimento podem ser fornecidas

das peças “in-line”, houve pouco

aquecimento em muitos mercados,

no sistema. Portanto, o sistema

desenvolvimento na cementação

especialmente automotivos,

está pronto para fornecer um

para reduzir este trabalho em

para projetar um sistema em

baixo número de cargas para uma

andamento ou WIP. Essas cargas

linha, chamado NANO. O nome

pequena produção de tratamento

grandes, ilustradas na Fig. 2 também

NANO é apropriado no projeto do

térmico ou pode ser maximizado

têm outras consequências durante o

equipamento como o tamanho da

para fornecer alta produção às

processamento.

carga e, portanto, o equipamento

necessidades de produção exigentes

O chão de fábrica sendo um

é menor do que as cargas e fornos

de hoje. O NANO consiste em

recurso primordial para qualquer

tradicionais usados atualmente.

quatro módulos básicos, o módulo

fabricante também é um recurso

O sistema também foi projetado

de aquecimento (normalmente

protegido e essas áreas de “mercado”

com manutenção e capacidade de

2), o módulo de transferência e o

ocupam mais do que o necessário

expansão em mente. A premissa

módulo de resfriamento a gás. O espaço do processo na câmara é de

Tempering Furnace Furnace Electrical

600 mm de largura x 500 mm de profundidade x 250 mm de altura.

(Veja na Fig. 9 uma carga típica) Neste espaço, as peças podem ser

Customer Sup

processadas na dispositivos de carga de ligas típicas da indústria ou, mais preferencialmente, em

Unloading Loading

dispositivos de CFC. O objetivo de projetar o sistema, além de melhor acessibilidade de manutenção e aumento gradual da produção, foi a baixa distorção e o fluxo em linha.

Ao processar cargas com menos

Fig. 7 e Fig. 8. Instalação de tratamento térmico NANO robotizada e layout de carga manual 18 JULHO/2019

Revista Engrenagens

peças, a uniformidade e a distorção

KN 3P e

CONTEÚDO TÉCNICO

gear profile grinding machine

6200 mm (244 inch)

3600 mm (142 inch)

e c ffi

e rg

ic om on

ou t y

se

t ien Revista Engrenagens

JULHO/2019 19

e as

KAPP NILES | Callenberger Str. 52 | 96450 Coburg | Germany | Phone: +49 9561 866-0 | E-Mail: info@kapp-niles.com | Internet: www.kapp-niles.com

CONTEÚDO TÉCNICO Spline Metalurgical Pitch Data Flex Furnace

Nano Furnace

800

Full Load - Pitch

700 Top: Layer 9 Middle: Layer 5 Bottom: Layer 1 Flex Typical Load Size: 24 In. (610 mm) W x 39 in. (1000 mm) H Max load capacity of 750 Kg

Nano Typical Load Size: 20 In. (500 mm) W x 39 in. (600 mm) L x 10’’ (250 mm) H Max load capacity of 100 Kg

Fig. 9. Carga maior FLEX com 9 camadas com peças de amostra nas camadas 1, 5 e 9, carga NANO com apenas 1 camada com partes na mesma posição

#27 #28 #29 #30

600

#31

500

#33

400

#35

#32 #34

800

Pitch

700

0.5

#15 #16

600

5 50 HV

500

0.5

400

ECD:

5 50 HV

300

#14

300 0

06 - 0.9

0.5 mm 1 1.15mm ECD @ 550 Hv Range 0.66 - 0.72 mm 0.6 mm Nano ECD @ 550 Hv Range 0.59 - 0.65 mm 0.6 mm 0.62 - 0.65 mm 0.3 mm 0.79 - 0.82 mm 0.03 mm 1 Layer 0.59 - 0.72 mm 0.13 mm Fig. 10. Dados metalúrgicos de passo Spline Flex Top Middle Bottom Full Load

da peça são idênticas de peça para

Dados Comparativos de Carga FLEX

o spread na análise de carga

peça, uma vez que os elementos

& NANO

total teria melhor uniformidade

de aquecimento “3D” ou de 3 lados

TO estudo a seguir ilustrará

do que o mostrado aqui, usando

aquecem as peças de maneira

informações sobre resultados

um resfriamento de pressão

uniforme e homogênea. Esses

de metalurgia e distorção na

maior para esse tamanho de

elementos são projetados para não

mesma peça, uma engrenagem

carga, possivelmente 15 bar de

caírem nas peças e fornecerem

do diferencial feita de material

nitrogênio. No entanto, o objetivo

espaço adequado para o carregador

SAE8822M. Este estudo foi realizado

do teste foi manter a mesma

automático executar transferências

para o desenvolvimento através do

receita de cementação e pressão de

precisas dentro do sistema.

ECM USA SYNERGY CENTER. Para

resfriamento de gás para fornecer

conseguir um bom compromisso

uma comparação precisa dos dados

NANO Automação e Integração

entre a distorção e a metalurgia, é

de distorção em uma carga FLEX

O sistema NANO foi projetado para

importante rever o posicionamento

completa versus uma carga NANO.

lidar com carregamento manual

da peça na carga e no dispositivo de

ou automático. O carregamento

carga. Informações sobre o modo

das peças no NANO é muito mais

automatizado pode ser de uma

como a peça foi fabricada também

uniforme, sendo que apenas uma

plataforma simples de robô que

são importantes. Neste estudo,

camada é processada por vez,

carrega peças para um pequeno

processamos a peça em LPC a 960°C

ao mesmo tempo, com 10 bar de

dispositivo a partir de um fluxo

com austenitização a 900°C antes

resfriamento a gás. A 10 bar, os

de peça única. O robô pode lidar

de resfriar. Medidas da distorção

resultados da carga NANO também

com todas as funções da instalação

foram realizadas antes e depois do

mostraram as peças com dureza

desde o manuseio de peças

tratamento térmico. Para as cargas

mais profunda devido a uma carga

individuais até o equipamento até

maiores do FLEX, 9 partes foram

de menor tamanho com a mesma

a colocação das cargas no forno

analisadas através da carga para

pressão que a carga grande. A carga

e, em seguida, o revenimento e,

distorção e metalurgia e 3 partes no

menor permite uma atenuação muito

eventualmente, o retorno a um

NANO.

melhor em menos peças, resultando

fluxo de peça única. Essa integração

Na Fig. 10, você pode ver os

A uniformidade metalúrgica

em menos distorção, conforme

pode permitir uma economia

resultados dos dados metalúrgicos.

ilustrado nas Figs. 10 e 11. Os dados

de espaço e menos mão de obra

A carga FLEX mostrada à esquerda

de distorção nas Figs 10 e 11 indicam

necessária na área de tratamento

com 9 partes analisadas, as peças

os dados de distorção distribuídos

térmico.

são muito uniformes. Normalmente,

pelas 9 partes da grande carga

20 JULHO/2019

Revista Engrenagens

Micron

CONTEÚDO TÉCNICO Backface Flatness 60.0 50.0 40.0 Runnout - Before HT 20.0 Runnout - After HT Distortion 10.0 0.0 27 28 29 30 31 32 33 34 35 14 15 16 Part Number

Backface Runout vs Hub OD (After HT) Micron Nano Flex Load Flex Bottom Flex Middle Flex Top Minimum 31 25.6 33.7 25.6 31.7 Maximum 34.4 50.0 50.0 33.4 34.8 Range 3.3 24.4 16.3 7.8 3.1

Fig. 11. Engrenagem de avaliação de distorção

FLEX e a faixa limitada distorção dentro de 3 partes da

Fig. 13. Análise de escamento, FLEX comparado a NANO

carga NANO. Além disso, ambos os sistemas têm muitos

têmpera uniforme na carga menor e permite que as peças

outros parâmetros do sistema de resfriamento a gás que

sejam processadas mais próximas das reais dimensões

podem ser variados, tais como velocidade da turbina,

usinadas, além de serem manuseadas em uma base de

mudanças de pressão durante o resfriamento e tempo de

produção in-line.

permanência dentro de cada mudança de pressão. Para

A análise de escoamento (Fig. 13) mostra uma

a metalurgia, realizamos a dureza do núcleo em HRC,

uniformidade para a carga pequena com uma expansão

e os perfis de dureza no diâmetro externo, o passo e a

de apenas 3,2 µm ao longo da carga. Na carga total ou

raiz da ranhura interna para avaliar a uniformidade da

FLEX, você verá uma faixa mais ampla de uniformidade

profundidade efetiva da camada calculada em 500Hv.

de distorção usando o resfriamento de nitrogênio de 10 bar com um spread de 24 µm. Isso é mais provável

Avaliação de Distorção NANO

porque as camadas inferiores estão mais longe do fluxo

Usando a engrenagem diferencial que selecionamos,

descendente vertical de gás através da carga. Esses

mostrada na Fig. 11, duas características que são

resultados são bastante notáveis para essa carga de

normalmente solicitadas para este tipo de engrenagem

tamanho total.

foram usadas para a avaliação. As duas características que mais influenciam: (1) Cilindricidade do diâmetro externo

Conclusões

e a saída entre o mesmo diâmetro (2) O nivelamento da

Este estudo exibe as vantagens do processo de distorção

face traseira dos dentes da engrenagem.

por ter processamento em linha, produzindo resultados

O nivelamento da face traseira (Fig. 12) tem indicações

mais consistentes com cargas menores. O sistema NANO

ou variância por causa da carga FLEX maior com mais

oferece a opção de robotizar o sistema, além de produzir

distância do nitrogênio usado na têmpera na faixa de

peças sensíveis à distorção e de metalurgia de altíssima

11,9 µm. Para os resultados NANO, a faixa de distorção do

qualidade.

nivelamento da face traseira ficou limitada a apenas 1,2 µm. Este resultado uniforme é diretamente conectado à

Micron

30.0

ECM é representada no Brasil pela Industrial Heating Flatness - Before HT Flatness - After HT Distortion

20.0 10.0 0.0

da ECM-EUA, dennisbeauchesne@ecm-usa.com. A

Backface Flatness

40.0

27 28 29 30 31 32 33 34 35 14 15 16 Part Number

Backface Flatness (After HT) Micron Minimum Maximum Range

Sobre o autor: Dennis Beauchesne, General Manager

Nano Flex Load Flex Bottom Flex Middle Flex Top 27.9 25.1 27.1 25.1 29.6 29.1 37.0 31.3 27.0 37.0 1.2 11.9 4.2 1.9 7.4

Fig. 12.Planicidade da face traseira, FLEX em comparação com NANO

Equipamentos e Componentes Ltda na pessoa do Engenheiro Ralph Trigueiros.

Referências [1] Beauchesne, D., “FNA2016 - LPC with OIL & GAS Quenching” (2016) [2] Esteve, V. & Lelong, V., “LPC - What Does it Mean to Metallurgy” (ASM-Mexico 2016); [3] Welch, A. & Lelong, V., “How it’s done and Why: Transitioning Parts from Atmosphere Carburizing to Low Pressure Vacuum Carburizing” (HT 2015).

Revista Engrenagens

JULHO/2019 21

CONTEÚDO TÉCNICO

AUTOMAÇÃO

MOLDA A INDÚSTRIA Por RÜBIG

F

iel ao lema “Um segue perfeitamente o outro”,

tarefas de manipulação, como elevação, empilhamento

a RÜBIG está expandindo sua expertise na

ou movimentação, são realizadas por um robô em uma

automação de sistemas de nitretação. A RÜBIG

unidade linear. Um braço de garra especial, que se parece

Engineering projeta e produz em detalhe sistemas

com uma roda de rolamento, permite que as peças sejam

de tratamento térmico de metais sob medida. Tanto

recolhidas “peça por peça”. O recolhimento das peças

a tecnologia de nitretação a plasma “Micropuls®” da

de trabalho, bem como o mascaramento, podem ser

RüBIG quanto o processo de nitretação a gás “Gascon”

realizados com uma precisão de 0,05 mm. A geometria

confirmam o status da RÜBIG como um ponto de

de ajuste da forma da pinça é digna de nota especial.

referência global neste campo.

Esta produção especial permite cobrir diâmetros de

Para poder produzir de uma forma preparada para o futuro, as empresas não podem evitar a automação de plantas de tratamento térmico. Uma solução de sistema

componentes de 500 - 1500 mm, garantindo uma ótima flexibilidade.

Quando se trata de segurança, confiamos, entre outras

completa, combinada com sequências perfeitamente

coisas, nos scanners a laser para garantir uma cooperação

coordenadas, reduz os processos manuais a um mínimo.

segura entre o homem e a máquina, particularmente na

O profundo conhecimento dos provedores de serviços nos

área de transferência de peças.

processos de fabricação é um fator tão elementar quanto a experiência e as soluções econômicas. Os investimentos

Estudo de Caso: Automotivo

devem atender aos requisitos de hoje, mas, ao mesmo

Mais e mais fabricantes de automóveis enfrentam o

tempo, estarem aptos para o futuro industrial. Em outras

problema de aplicar proteção de alta qualidade contra

palavras: Indústria 4.0.

desgaste a peças de transmissão, enquanto lidam

De acordo com Thomas Müller, Head da Divisão

com tempos de ciclo curtos e grandes quantidades de

de Tecnologia de Engenharia, “tudo que puder ser

produção. A solução da RÜBIG é um sistema autônomo

automatizado de uma maneira que valha a pena será

em que somente a placa de dosagem deve ser carregada

automatizado!”.

manualmente. O resto do trabalho é feito por um

Um mercado ainda menor, mas de grande

manipulador especial. Esta garra pega as placas de

crescimento, no já amplo espectro de automação, inclui

carga totalmente carregadas e as coloca precisamente

soluções completas em tratamento térmico. Os três

em uma das plantas de nitretação. Alternativamente,

projetos descritos abaixo enfocam a automação dos

as placas são colocadas em uma mesa de buffer, se

fornos de nitretação a plasma. A RÜBIG Engineering

necessário. Uma mesa de elevação rotativa garante

enfrenta desafios tão diversos quanto os de seus clientes.

um método ergonômico de trabalho durante o carregamento manual da placa de carga. Por meio de

Estudo de Caso: Aviação

operação pneumática, ajustes contínuos podem ser

Os requisitos raramente são tão altos quanto os da aviação.

feitos, o que facilita muito o carregamento.

Isso é evidente no projeto a seguir, no qual todas as

A segurança é um aspecto importante dos sistemas da

22 JULHO/2019

Revista Engrenagens

CONTEÚDO TÉCNICO RÜBIG. Uma zona de segurança

guindaste e uma altura baixa do teto

realizar todas as mudanças nos

com autorização de acesso foi

da fábrica tornaram a construção

próprios parâmetros de controle.

implementada em toda a planta. Os

tecnicamente desafiadora. Graças a

O registro de dados, onde as

riscos para os funcionários podem,

uma instalação anexada à unidade

tendências prontas e definidas pelo

assim, ser eliminados.

linear, que também pode abrir seus

usuário podem ser visualizadas,

braços de suporte, essa tarefa pode

permite a garantia da qualidade.

NANO Automação e Integração

ser superada. A função de dobragem

Todas as configurações e dados

O sistema NANO foi projetado para

permite o movimento em torno da

do processo são registrados em

lidar com carregamento manual

instalação no estado descarregado.

tempo real, garantindo 100%

ou automático. O carregamento

Dois fornos de nitretação a plasma

de rastreabilidade. É claro que a

automatizado pode ser de uma

EVEREST 150/180 Duo foram

“reordenação por clique” confortável

plataforma simples de robô que

instalados como parte deste projeto.

é possível nesta plataforma!

carrega peças para um pequeno

O sistema de controle conectado,

Como esses exemplos mostram,

dispositivo a partir de um fluxo de

com o qual todos os componentes da

a RüBIG está cumprindo seu papel

peça única. O robô pode lidar com

planta podem ser controlados a partir

pioneiro com soluções de negócios

todas as funções da instalação desde

de um centro de controle, também

tecnicamente sofisticadas e ao

o manuseio de peças individuais

é o estado da arte. Esta ferramenta

mesmo tempo sólidas.

até o equipamento até a colocação

possibilita o controle de todos os

das cargas no forno e, em seguida,

sistemas de uma unidade central.

o revenimento e, eventualmente, o retorno a um fluxo de peça única.

A RÜBIG Engineering é um dos principais fabricantes internacionais de sistemas de nitretação e

Usando o sistema de visualização

revestimento a plasma, bem como

Essa integração pode permitir

desenvolvido pela RÜBIG, é possível

de nitretação a gás. Com mais de

uma economia de espaço e menos

estabelecer novos padrões na

200 clientes em mais de 40 países,

mão de obra necessária na área de

operação de sistemas de nitretação

a divisão é o player global do Grupo

tratamento térmico.

Programas de PLC modernos e potentes permitem que os iniciantes

RÜBIG, baseado em Wels na Áustria.

Constantes avanços

Estudo de Caso: Construção Naval

obtenham valores adequados para

tecnológicos no campo da

A altura do teto apresentou o

a criação de receitas através de

tecnologia de nitretação a plasma,

maior desafio para outro projeto

parâmetros padrão comprovados.

que é usada em uma ampla gama

na construção de motores a diesel

Usuários experientes, por outro

de indústrias, desde automotivas

de grande porte. Uma pista de

lado, recebem um instrumento para

até contratos de tratamento térmico, aviação e energia eólica, levaram a empresa à frente na competição internacional.

Sobre o autor: o Engenheiro Ralph Trigueiros é representante da RÜBIG no Brasil pela Industrial Heating Equipamentos Ltda.

Contate-o pelo tel: +55-19-3854 6699/ +55-19-9 9236 - 4202 Acesse o site: www.rubig.com.

Revista Engrenagens

JULHO/2019 23

PERFIL DE EMPRESA

NEGÓCIOS BEM Referência brasileira e mundial no desenvolvimento de produtos, produção, fornecimento e prestação de serviços de componentes para a transferência de potência e torque, há mais de cinco décadas a Engrecon supera expectativas e, com a qualidade de seus produtos e serviços, assegura a lucratividade de seus clientes.

Q

ENGRENADOS Por Marcus Frediani

Com efeito, as demandas

irmã Márcia Nadalini Gonçalves,

tecnológicas dos veículos e máquinas

atual CEO da companhia –, a empresa

estão se tornando cada vez mais

nasceu numa pequena garagem da

complexas, exigindo transmissões

casa da família, no bairro paulistano

cada vez mais econômicas

da Vila Pompeia.

e eficientes. As tecnologias

Formado em Engenharia

desenvolvidas pela Engrecon na

pela Escola Politécnica da USP, à

produção de engrenagens e eixos

época, José Carlos resolveu deixar

ual o “segredo” de uma

contribuem decisivamente para

seu promissor emprego na então

boa engrenagem? Bem,

suprir essas exigências. “Dominamos

Braseixos (atual Meritor) – que

a par dos tecnicismos

a fabricação de praticamente todos

lhe rendeu, inclusive, um valioso

absolutamente necessários, a

os tipos de engrenagens, desde

período de experiência na Gleason

resposta para essa pergunta é bem

cônicas com dentes retos e dentes

Corporation nos Estados Unidos

simples, e, na prática, se define

helicoidais e hipoidais, cilíndricas

–, animado com as perspectivas

por meio da soma de dois atributos

com dentes retificados e com dentes

do crescente processo de

principais: precisão e perfeita

internos, cilíndricas sheivadas,

industrialização mercado nacional,

adaptação às necessidades do

com brunimento (honing), além

nos anos que serviram de prólogo

cliente. “A tecnologia de precisão

de eixos estriados e transmissões

ao chamado “Milagre Econômico”

de uma engrenagem anda lado a

e conjuntos especiais. Tudo dentro

brasileiro. “Para isso, meu pai se

lado com o tipo de destinação que

das mais avançadas e atualizadas

associou ao meu avô e a mais dois

ela vai ter ao longo de sua vida

normatizações internacionais. Isso

engenheiros, comprou uma antiga

útil”, simplifica Maurício Quintão

porque, para nós, o céu é o limite em

máquina norte-americana para

Nadalini, diretor comercial da

termos de qualidade, atendimento e

produção de engrenagens da década

Engrecon, empresa brasileira de

sofisticação”, enfatiza Maurício.

de 1940 – que funciona até hoje,

porte médio, especializada na oferta

Chegar ao pódio dos fornecedores

de engrenagens para o segmento de

que atendem os clientes de O&M mais

nosso museu –, e começou a atender

caixas de transmissão para veículos

exigentes do Brasil, entretanto, é

à Massey Ferguson Tratores”, conta

pesados, tais como caminhões,

resultado de um trabalho persistente

Maurício.

tratores e máquinas agrícolas.

e, em certa medida, heroico, face à

“Nossos clientes são empresas de alta

sucessão de crises econômicas que a

Referência de Mercado

tecnologia, que prezam não apenas

Engrecon teve que enfrentar ao longo

O crescimento da Engrecon nos

pela qualidade, como também por

de mais de cinco décadas. Fundada

seus primeiros anos foi meteórico.

prazos de entrega e transparência”,

em 1966 por José Carlos de Andrade

Tanto que, pouco mais de dez anos

explica.

Nadalini – pai de Maurício e de sua

depois do início de suas operações,

24 JULHO/2019

Revista Engrenagens

diga-se, mas faz parte do acervo de

PERFIL DE EMPRESA

Celula de Produção de Engrenagens

Laboratório de Metrologia

mais precisamente em 1977, já em voo solo, José Carlos

seguinte. E a união da administradora formada na FGV,

conduziu a mudança da empresa para um imenso

com o engenheiro agrônomo formado na USP, deu mais

terreno no bucólico município de Santana do Parnaíba,

do que certo. “A gente simplesmente se apaixonou pela

na microrregião de Osasco, localizada na Zona Oeste da

empresa e pelo setor em que ela atua, que é muito rico em

Região Metropolitana de São Paulo. Dando mais uma

pesquisa e desenvolvimento, bem como em inovações”,

prova de pioneirismo, a Engrecon, aliás, foi a primeira

anima-se Maurício.

indústria a se instalar naquela cidade.

Daí para frente, vencendo desafios e, como se

Estrutura Completa

diz no jargão popular, e “matando um leão por dia”,

Hoje, com área expandida para 12.000m², a Engrecon

notadamente aqueles que emergiram da “selva” na

emprega atualmente uma equipe 160 colaboradores

esteira de uma série de planos econômicos mal-sucedidos

altamente especializados. Prova disso, além do pessoal de

(os mais “experientes” ainda devem se lembrar de alguns

fábrica, altamente gabaritado, é seu time de vendedores,

“episódios” nada memoráveis de nossa economia, como

integralmente formado por engenheiros com mais de

o Plano Cruzado, o Plano Bresser, o Plano Verão e, ainda,

15 anos de experiência em engrenagens, com domínio

o malfadado Plano Collor), a Engrecon foi firmando

total da “mecânica dos dentes”, fabricando basicamente

posições e se transformando em uma referência cada vez

engrenagens na faixa de 50mm a 350mm. Em termos de

mais sólida no mercado.

produtividade, como não atua no setor de leves, trabalha

Em consonância com a evolução da companhia – e

com volumes relativamente médios ou baixos, embora

já dando início ao processo de sucessão familiar –, o

isso, de maneira alguma, comprometa sua flexibilidade,

patriarca dos Nadalini fez questão de trazer para o seio da

que vai da produção de lotes de 500 até 100.000 peças.

empresa os filhos Márcia, em 1996, e Maurício, já no ano

“Atualmente, mantendo o mesmo foco na área de diesel e pesados desde que a empresa nasceu na década de 1960, nos orgulhamos de ter em nossa carteira de clientes empresas de caminhões como a MAN, a Scania, a Mercedes-Benz e a Iveco, bem como a CNH – empresa do Grupo Fiat que atua no segmento de tratores –, assim como a AGCO, dona das marcas Massey Fergusson e Valtra”, relaciona Maurício Nadalini. E, além do mercado nacional, a Engrecon também tem atividade exportadora, suprindo, por exemplo, com a venda de alguns itens específicos, a fábrica da Fiat Power Train da Argentina, e, ainda, a Mann, da Alemanha.

Vista Parcial do Tratamento Térmico

Sempre em busca de novas oportunidades, a Engrecon Revista Engrenagens

JULHO/2019 25

PERFIL DE EMPRESA construiu a base de sua Política da Qualidade ancorada na sobreposição de alguns pilares importantes, tais como a qualificação de seu pessoal, a aquisição de equipamentos modernos e maquinário de última geração e de alta confiabilidade, bem como a manutenção de um rígido sistema de Gestão da Qualidade. E isso representa o forte foco colocado sobre as exigências do mercado global. Com isso, a Engrecon está preparada para enfrentar qualquer desafio que possa existir como oportunidade de negócio, uma vez que seu corpo gerencial decidiu por direcionar ações e investimentos

“E o que mais as sucessivas crises no Brasil nos ensinaram é que a gente sempre tem que ter dinheiro em caixa, porque, em função de um eventual cancelamento de pedidos, que pode chegar até um tombo de 40% ou 50% no seu faturamento, as empresas têm que ser bastante cuidadosas para sobreviver e até mesmo não quebrar”

integrando todos os processos para a fabricação de um determinado item, desde o torneamento, passando pelo corte de dentes, até chegar à embalagem, o que, entre outras coisas, proporcionou à empresa setups muito mais rápidos e sensíveis ganhos em termos de produtividade.

Simultaneamente, as certificações na ISO-9001 (desde 1998) e na ISO/ TS16949 (desde 2007) completam e reforçam o perfil da qualidade da companhia. “Além desse ‘pacote básico’ exigido notadamente pelas montadoras, temos ainda a certificação VDA (Verband der Automobilindustrie), que vai bem

voltados à satisfação dos seus

com a segurança do melhor retorno

no ‘chão de fábrica’. Trata-se de uma

clientes, incluindo, naturalmente, o

em termos de produtividade e

norma desenvolvida pela indústria

pós-venda, com consultoria e visitas

robustez de processos.

automotiva da Alemanha para

regulares de membros de seu corpo

Com extensão dessa proposta,

certificação do sistema de gestão

técnico às empresas a quem fornece

e para atingir metas cada vez mais

da qualidade dos fornecedores de

suas engrenagens e demais produtos.

arrojadas, há mais de dez anos a

montadoras como Volkswagen,

Dentro dessas regras básicas,

empresa deu um grande passo

Audi, BMW, Porsche, Mercedez-

planos de treinamento têm sido

com a adoção do sistema de Lean

Benz e outros, para ser utilizada

estabelecidos para melhorar

Manufacturing, filosofia de gestão

em empresas que fabricam

a qualificação de seu pessoal

focada na redução de desperdícios

equipamentos e ferramentas

administrativo, técnico e operacional.

e na subsequente melhoria da

para a aplicação na produção

Além disso, profundidade nas

qualidade, com redução no tempo

automotiva. Complementarmente,

análises críticas dos seus indicadores

e no custo de produção. Por meio

a Engrecon já está se integrando

lidera as decisões de investimentos

dele, organizou suas linhas em

também às certificações de natureza

em equipamentos de última geração,

células modulares, cada uma delas

socioambiental, como aquelas que contemplam o bem-estar da mão de obra e o desenvolvimento sustentável.

Nesse âmbito, além do que já temos e é praticado em nossa fábrica, já estamos finalizando os protocolpos para, em 2020, recebermos a certificação ISSO 14000”, explica Maurício.

Em Compasso de Espera Em termos de resultados, após amargar dificuldades e sérios impactos em seus negócios, a reboque Maurício Nadalini, Marcia Nadalini e Udo Fiorini 26 JULHO/2019

Revista Engrenagens

da crise entre os anos de 2015 e 2017,

PERFIL DE EMPRESA

1ª Máquina adquirida pelo fundador da Engrecon, Sr. José Carlos Nadalini, em 1965

perspectivas de crescimento da Engrecon para este ano,

a Engrecon performou um salto exponencial da ordem de

que não devem superar os 8% ante os resultados de 2018”,

50% em seu faturamento em 2018, um percentual obtido

destaca Maurício. “E o que mais as sucessivas crises no

face à base fraca desse período anterior, é verdade, mas

Brasil nos ensinaram é que a gente sempre tem que ter

que, nem por isso, deixou de ser bastante significativo. Os

dinheiro em caixa, porque, em função de um eventual

reflexos disso se estenderam até o primeiro trimestre de

cancelamento de pedidos, que pode chegar até um tombo

2019, quando a empresa registrou evolução de 15% em

de 40% ou 50% no seu faturamento, as empresas têm que

suas vendas, ante igual período de 2018.

ser bastante cuidadosas para sobreviver e até mesmo não

Só que aí, com o esfriamento das perspectivas

Vista parcial da produção

quebrar”, analisa o diretor comercial da Engrecon.

econômicas, causado, por uma conjunção de fatores adversos. Entre eles, os atrasos na liberação de recursos

Desafios Constantes

para o Plano Safra – que impactou seriamente a indústria

Maurício Nadalini faz questão de lembrar que, além desses

de máquinas agrícolas –, e da votação pelo Congresso do

problemas de ordem conjuntural, a Engrecon, assim

repasse do crédito suplementar de R$ 249 milhões para

como outras empresas que operam no setor industrial

evitar o descumprimento da chamada “Regra de Ouro”,

do País, enfrentam alguns desafios bastante específicos

mecanismo previsto na Constituição, que impede que o

que obstaculam o atingimento da velocidade de cruzeiro

governo contraia dívidas para pagar despesas correntes,

em seus negócios. Um deles, por exemplo, diz respeito

como salários e benefícios sociais. Isso, sem falar da

à existência de praticamente um único fornecedor de

procrastinação dos trâmites da Reforma da Previdência,

aço no Brasil para o segmento de engrenagens, que, por

que instalou no Brasil um cenário de estagnação e de

estar sozinho, tem esse mercado nas mãos. “Em outras

incertezas, impedindo qualquer tipo de planejamento ou

palavras, esse fornecedor define o preço básico do aço

de injeção de novos investimentos.

para engrenagens pelo preço do aço lá fora, acrescenta o

“Com tudo isso, o clima de otimismo inicial na

custo de importação e ainda mais um pouco, porque sabe

retomada da economia brasileira, trazido pela entrada do

que depender de aço importado é bastante complicado”,

novo governo Bolsonaro se desfez. E, embora a Engrecon

explica o diretor comercial da empresa.

estivesse totalmente preparada em termos de estrutura

Outra grande dificuldade que a Engrecon enfrenta,

para realizar esse agora frustrado salto de produtividade

notadamente ao longo dos últimos cinco anos, vem sendo

em função do aquecimento da economia – o que iria,

a abrupta diminuição do número de forjarias no Brasil –

inclusive, reduzir o atual nível de 30% de ociosidade da

responsáveis pelo fornecimento das peças brutas para a

empresa –, isso, infelizmente, não vai acontecer. Temos fé

produção de engrenagens –, em função da crise. “Algumas

de que tudo isso vai se resolver. na prática vamos até que

fecharam, outras foram vendidas para grandes grupos,

isso aconteça, vamos perder pelo menos três meses

passando a atender exclusivamente às necessidades destes”, lamenta Maurício.

de 2019 no processo, o que nos fez rever e reduzir as

A escassez de fornecedores nacionais de produtos Revista Engrenagens

JULHO/2019 27

PERFIL DE EMPRESA forjados funciona como uma espécie de “porta aberta”

PORTAL AQUECIMENTO INDUSTRIAL

para o consumo de matéria-prima importada, mas

Confira as mais recentes notícias do Portal Aquecimento Industrial e tenha informações sobre a indústria metalmecânica no brasil e do mundo.

função do fato de o valor agregado desses itens ser

mesmo isso é complicado, porque embora na Europa existam boas forjarias capazes de suprir a demanda brasileira, a equação também é complicada, em relativamente baixo, o que transforma o transporte muito caro. Outro problema é o tamanho dos lotes a serem importados, que, invariavelmente, têm como base um número mínimo (porém, enorme) de peças: algo com 70 toneladas. E isso, é claro, acaba gerando problemas de superestocagem em empresas do porte da Engrecon. “Daí, para tornar a operação viável é preciso fazer uma programação de entregas prevendo o que vai acontecer em termos de pedidos de clientes de pelo menos seis meses. E, como todo mundo sabe, planejar no Brasil continua a ser algo bastante difícil, isso acaba complicando muito a nossa vida. O corte de 40% dos pedidos de nossos clientes do começo do ano para cá, em

%5$6,/

The International Journal Of Thermal Processing

função das decepções com o andamento da economia,

Jan a Mar 2019

por si só, explica bem a dimensão desse problema”,

Benefícios da Sinterização a Vácuo

exemplifica Maurício.

ESTAMPAGEM &

42

CONFORMAÇÃO

BRASIL

Stamping & Forming Magazine Brazil

Como Cortar Custos com Datalogger 34 Tratamento Criogênico Profundo 38 Oxidação Intergranular: Castigo ou Vantagem?

Revista de Corte, Estampagem e Conformação de Chapas, Arames e Tubos

46

Maio 2019

Estudo Virtual de Processos de Conformação

Vendido o Maior Forno a Vácuo da América do Sul Seminário de Processos de TT em Abril na Delphi, em Piracicaba (SP) 16 Seminário de Manutenção e Segurança de Fornos em Junho na Combustol Fornos, em Jundiaí (SP) REVISTAS TÉCNICAS

atenção máxima dos produtores nacionais, a questão do advento da Indústria 4.0. Isso porque, apesar de ser bastante evidente que, no futuro, a chamada “Quarta

17

16

Some-se a esse painel de fatores que exigem

Embalagens Metálicas: Estampabilidade Aço x Alumínio Influência do Prensa-Chapas no Springback Otimização de Processo de Clinching em Chapas

A maior e mais conceituada revista da indústria térmica • www.sfeditora.com.br

EXPOMAFE 2019 - Destaque Expositores Estampagem & Conformação

Revolução Industrial” irá gerar reflexos bastante positivos em termos de agregação de produtividade e competitividade para todos aqueles que a ela aderirem com propriedade, muitos de seus aspectos e mecanismos ainda permanecem uma incógnita para a maioria dos operadores, muito além do âmbito daqueles que produzem engrenagens e conjuntos de transmissão.

“Sim, todo mundo anda dizendo que a Indústria

LEIA ONLINE

4.0 é o caminho, mas nem todos sabem exatamente

Notícias | Revistas técnicas Atigos Técnicos | Colunas

com alguns consultores que contratamos e até mesmo

o que ela é, e como ela vai afetar os seus negócios. O corpo técnico e gerencial da Engrecon, juntamente alguns concorrentes nossos estamos fazendo um trabalho ao lado do Sindicato Nacional da Indústria de

Site: aquecimentoindustrial.com.br E-mail: contato@aquecimentoindustrial.com.br Fone: +55 (19) 3288-0677 ou 3288-0437

Componentes para Veículos Automotores (Sindipeças) para discutir e entender melhor esse tema. E temos certeza de que esse estudo, associado a outras ações proativas, seguramente nos ajudará a vencer mais esse desafio”, finaliza Maurício Nadalini.

28 JULHO/2019

Revista Engrenagens

ARTIGOS

FALANDO EM CÔNICAS...

V

Por Antonio Gallinucci

amos nos aprofundar

engrenagem plana teórica, os dentes

é o uso de uma ferramenta onde as

um pouco mais nos

delas serão conjugados entre si,

lâminas internas cortam os flancos

conceitos das engrenagens

independentemente da curva que

convexos, e as outras lâminas

cônicas ESPIRAIS e HIPOIDAIS. É

se coloque sobre esta engrenagem

externas, intercaladas com as

interessante iniciar pelo projeto

“geradora” do par. Há de se observar

internas, cortam os flancos côncavos

dos blanks, uma vez que já sabemos

a necessária relação de transmissão

da coroa (ou pinhão). O crowning

como traçá-los. Como existem

entre elas, além da simetria dos

do perfil é obtido através de uma

várias tecnologias, existem também

dentes. Várias literaturas trazem

lâmina de seção toroidal modificada

diversas formas de projeto, cada

uma figura com esta engrenagem

na afiação, enquanto o crowning

uma associada diretamente ao

geradora infinitesimalmente

longitudinal é obtido por uma

seu processo de fabricação. Os

fina e materializada como se

diferença de raio entre as lâminas

blanks mudam para um mesmo

trabalhasse entre os dentes da coroa

internas e externas. Desta maneira,

par, dependendo da tecnologia

e do pinhão (Fig. 10). Na sequência,

os dois flancos são progressivamente

empregada. Basicamente, as

podemos relacionar os processos

cortados simultaneamente. Como

alterações são feitas nos ângulos de

mais importantes de fabricação de

as máquinas são CNC e permitem

addendum e nos dedendum, o que

engrenagens espirais ou hipoidais

o controle de várias características

alterará o ângulo de face e de raiz

atualmente em uso relacionado por

para posicionar ou modificar a forma

dos dentes. Caso a altura do dente

(Klingelnberg, 2016):

do contato, é possível realizar ajustes

seja constante no seu comprimento,

Zyklo-Palloid®: ®: Este é um

para a obtenção de um contato

a engrenagem terá tanto o ângulo de

método de corte por indexação

otimizado. Este processo permite

face quanto o ângulo de raiz iguais

contínua (face hobbing) no qual

acabamento em peças duras a seco,

ao ângulo primitivo. Durante os

o par de engrenagens cônicas

substituindo a retífica de dentes. É

últimos 100 anos, muitos processos

é sempre gerado. A altura do

importante salientar que qualquer

de fabricação de engrenagens

dente é constante e o modelo da

processo de acabamento simultâneo

cônicas foram desenvolvidos, com

engrenagem geradora é formado

dos dois flancos de uma engrenagem

dentes espirais ou retos, sendo que

por uma epiciclóide alongada. A

gera a complicação do controle das

alguns perduram e outros, nem

característica especial deste método

distorções de tratamento térmico,

tanto. A maioria dos processos é baseada no método das rolagens, no qual as engrenagens de um par são geradas a partir de uma mesma engrenagem “geradora” imaginária (também chamada por crown rack, ou cremalheira de referência), sobre a qual ambas as

pois após o choque térmico os flancos Generating gear

Epicycloids

ϖP

Palloid®: Este processo difere

ϖ’o

ϖP

jc Oc

fundamentalmente dos outros ic

engrenagens rolam sem escorregar de maneira sincronizada. De uma forma bem simplista, pelo

sem escorregar sobre uma mesma

processos, uma vez que a ferramenta empregada é um caracol cônico semelhante a uma “árvore de

Cutter Roll circle

princípio da geração, desde que seja possível rolar engrenagens

escala milesimal (valores pequenos, mas importantes!).

Base line j i O

comportam-se diferentemente na

Fig. 1. Caracterização da engrenagem geradora epicicloide (Zhang, Cheng, Guo, Zhang, & Xing, 2015)

Natal”. O método é usado para gerar engrenagens cônicas em espiral com altura do dente constante, em um processo de fresagem cuja engrenagem geradora tem os dentes Revista Engrenagens

JULHO/2019 29

ARTIGOS Crow gear center

perfil são conseguidas reafiando AmG ψ

λ rc

Center of curvature

Modificações adicionais no flanco são feitas por meio da alteração da cinemática do equipamento.

ν η1

Extended epicycloids

convenientemente a ferramenta.

ψ

S1

Work - piece rotation

Tooth surface

Cutter center

está na ferramenta especial que

Outside blade

precisa ser adaptada para diferentes tipos de flanco. Por exemplo, uma mudança na espessura do dente

Fig. 2. Cinemática do movimento (Association, 2003) de geração da epiciclóide

Inside blade

Uma desvantagem deste processo

Base Roll circle circle Cutter rotation

requer uma ferramenta diferente.

O maior módulo de corte disponível

Fig. 4. Face hobbing

curvos evolventes no sentido da

atualmente é limitado a 8 mm.

elemento mecânico de movimento de

hélice. Interessante observar que

Outra desvantagem é sua menor

geração dos perfis, e gira no centro do

os dentes gerados possuem uma

produtividade quando comparado

equipamento.

evolvente gerada (esférica) nos

aos processos de usinagem

flancos e outra evolvente gerada

modernos. O método também é

de fresagem com indexação

na hélice (importante observar

limitado por causa do deslocamento

contínua (face hobbing) trabalhando

que as evolventes sobre um mesmo

hipoidal (offset) máximo possível e a

com cortes de dois flancos

círculo são curvas paralelas!!). Disto

escolha do ângulo da espiral. O único

simultaneamente. A hélice na

resulta que na seção normal, tanto a

processo usado para acabamento

engrenagem “mãe” é uma epiciclóide

espessura do dente quanto a largura

duro é a lapidação. Devido à diferença

alongada e a altura do dente é

do vão são constantes ao longo dos

de velocidade tangencial entre a

constante. O pinhão e a coroa são

dentes. Este processo resume uma

parte da ferramenta com diâmetro

gerados. A característica especial

sensibilidade significativa do contato

maior e a com diâmetro menor, o

do método N é que a curvatura

aos deslocamentos relativos das

acabamento dos flancos na região toe

longitudinal da epiciclóide no

engrenagens conjugadas, dando

(dedão, parte interna) é bem inferior

ponto médio corresponde à de

aos dentes de engrenagem palóide

da região heel (calcanhar, parte

uma evolvente. Isto torna possível

méritos especiais sobre outros

externa).

produzir crowning longitudinal

N-method: Este é um método

Zyklomet®: Esta é uma forma

usando uma combinação de fresas

espirais: Crowning longitudinal

especial do método Zyklo-Palloid, no

de face com diferentes ângulos de

e algumas modificações de

qual os dentes da coroa são cortados

pressão, onde as lâminas internas e

tipos de engrenagens cônicas

Work rotation Inside blase S1

Outside blase

com uma fresa de face, e somente o Work blank Circular arcs

pinhão é gerado usando um cortador inclinado em relação ao plano de geração (tilt angle). O crowning longitudinal é fornecido somente pela coroa, enquanto o crowning do

Cutter rotation

perfil é produzido usando perfis de

Inside blade

lâmina toroidais. Para este propósito, Cutter center

Outside blade

foram desenvolvidas máquinas especiais de corte de engrenagens

Fixed

cônicas com dois cortadores em seus Fig. 3. Materialização da ferramenta cortando os vão dos dentes (Vimercati, 2005) 30 JULHO/2019

Revista Engrenagens

Cutter rotation

berços. Este método é aplicado muito raramente hoje em dia. O berço é o

Fig. 5. Face milling

ARTIGOS βη

desbaste e duas de acabamento)

βη

ou duas lâminas alternadas. O método é amplamente utilizado na produção em massa de engrenagens Fig. 6. Geometria 5 cut: curvatura longitudinal do dente é um arco de circunferência; no corte longitudinal a altura dos dentes diminui em direção ao centro; ângulo de hélice pode variar de 0° a 45°, mas normalmente é 35°

cônicas espirais para a automotiva.

A lapidação é empregada para acabamento duro.

Spirac®: É o nome da variante

Fig. 7. Geometria Örlikon: curvatura longitudinal do dente é uma epicicloide estendida; no corte longitudinal a altura dos dentes é constante ao longo do comprimento; ângulo de hélice pode variar de 30°a 50°

externas seguem intercaladamente.

do método Spiroflex, em que a

sobre essa coroa. Ora, algumas

Uma desvantagem, no entanto, é

engrenagem é usinada em mergulho

equações a mais e transformamos

que o ângulo espiral da engrenagem

(flancos formados, não gerados).

a engrenagem mãe na própria

depende da distância média

A engrenagem cônica tem altura

coroa – este é o fundamento do

do cone e do diâmetro da fresa

constante do dente e a hélice na

processo formate. Vou dar-me ao

selecionada, e não pode ser escolhido

engrenagem “mãe” é uma epiciclóide

luxo de fazer uma analogia que os

arbitrariamente. Portanto, não é

alongada. As ferramentas utilizadas

livros não trazem: pensando em

possível produzir todos os ângulos

são as mesmas do método Spiroflex;

engrenagens cilíndricas de dentes

de espiral em um conjunto de

o crowning longitudinal e de

retos, se fizermos a engrenagem de

engrenagens com os cortadores

perfil são produzidos da mesma

maior número de dentes com perfil

disponíveis, que possuem três

maneira. Uma limitação é imposta

dos dentes em linha reta, poderíamos

lâminas por grupo de lâminas

pela relação de transmissão, que

usiná-las com uma fresa de forma

(interno, médio e externo). O

necessariamente precisa ser maior

com flancos retos, enquanto os

crowning do perfil é obtido com

que 2.5:1. Fora destes limites,

pinhões poderiam ser usinados

perfis de lâmina toroidais. Este

cada caso deve ser analisado

com caracol cujo perfil gerado fosse

método é usado apenas de forma

individualmente. Entretanto, devido

conjugado com essa engrenagem (isto

muito limitada atualmente.

à alta produtividade, este método é

dá uma discussão e tanto...).

Spiroflex: Este é outro método

amplamente utilizado na indústria

TRI-AC®/PENTAC®-FH: Este

de fresagem contínua de face

automotiva. Há aqui uma explicação

método de fresagem de face indexada

(face hobbing) no qual o pinhão

importante: as coroas possuem

(face hobbing) é equivalente ao

e a roda são gerados. A altura do

muito mais dentes que os pinhões,

Spiroflex e Spirac. Ele difere apenas

dente é constante e a hélice da

e consequentemente as torna mais

no design das lâminas, que têm

engrenagem mãe é um epiciclóide

lentas no processo de fabricação.

uma lâmina interna e outra externa

alongada. O pinhão e a coroa são

Face a isto, a possibilidade de

por grupo de lâminas. A indexação

fabricados cortando dois flancos

apenas formar os dentes ao invés

contínua é usada para produzir

simultaneamente. O crowning do

de gerá-los, traz uma produtividade

engrenagens cônicas em espiral com

perfil é dependente da ferramenta

incomparável. Então, atenção:

altura constante do dente e a hélice

cujas lâminas têm perfil toroidal. O

devemos lembrar do conceito de

da engrenagem mãe é um epiciclóide

crowning longitudinal é produzido

engrenagem mãe!! Se, ao invés de

alongada. O crowning longitudinal

pela inclinação da ferramenta

criarmos uma engrenagem geradora

é obtido inclinando o cortador e o

em relação ao plano de geração

plana (plana!!) que seja comum

crowning do perfil utiliza lâminas

(tilt). Os ângulos de pressão das

à geração do pinhão e da coroa,

toroidais. Esse método também é

lâminas são ajustados para gerar

solidificarmos esta engrenagem

largamente aplicado na indústria

os ângulos de pressão calculados.

com sendo a própria engrenagem

automotiva.

O processo é realizado tanto a seco

(cônica!!) formada, isto é, sem

como a úmido, onde cortadores

geração, podemos fazer com que

são usinadas pelo processo face

possuem três lâminas (uma de

o pinhão role sem escorregar

milling e possuem um traçado de

Kurvex: As engrenagens Kurvex

Revista Engrenagens

JULHO/2019 31

ARTIGOS dente de arco circular com uma

relacionado ao cone da raiz e não ao

usado em grande escala na indústria

profundidade constante do dente. O

cone do passo, como seria uma opção

aeronáutica ou de menor volume,

cortador assemelha-se ao do método

cinemática. Uma característica deste

e foi parcialmente substituído

Zyklo-Palloid, sendo dividido em duas

método, a coroa é terminada em

pelo método completing em outros

partes, mas apenas com lâminas

um corte de dois flancos e o pinhão

setores. Pessoalmente, vejo vantagens

internas e externas; não há lâminas

em 2 cortes de flanco individuais.

neste método 5 cut. Vale comentar

centrais. Ambos, pinhão e coroa são

As configurações de máquina e

que a engrenagem geradora neste

gerados. O crowning longitudinal

ferramenta para um flanco do

caso é uma coroa plana cujos dentes

é criado por uma diferença fixa

pinhão são independentes das do

são arcos de círculos inclinados em

especificada nos raios da fresa. O

outro. Uma vantagem resultante

relação à radial do corpo. Os dentes

método é caracterizado pelo alto grau

reside nas geometrias independentes

são cônicos e convergem para a

de padronização, permitindo que um

dos flancos dentados do pinhão

região central do disco, o que faz

pequeno número de ferramentas

côncavo e convexo, uma vez que

com que as peças geradas a partir

abranja uma grande variedade de

qualquer alteração nos settings

dela também tenham as mesmas

produção de engrenagens. No entanto,

da máquina para modificações de

características.

a padronização também significa

flanco de um lado não tem efeito

que o crowning longitudinal resulte

sobre o outro lado. Isto resolve muitos

milling é aplicado para produção

da escolha do tamanho do cortador e

problemas de distorções causadas

em massa. O pinhão e a coroa são

não pode ser modificado livremente.

pelo tratamento térmico, quando o

produzidos por cortes de dois flancos

Máquinas não são mais produzidas

lado de tração se comporta diferente

simultaneamente, e que deram esse

para este método.

do lado de retração. O crowning

nome a esse método. A altura do

5-cut: O termo “5-cut” deriva

Completing: Este método de face

longitudinal é geralmente obtido

dente é variável e o traçado da hélice

do número de etapas em que as

por diferenças nos raios de corte,

da engrenagem mãe é um arco de

engrenagens são fabricadas. A coroa

enquanto o crowning do perfil é

círculo. O crowning longitudinal

é usinada em dois cortes (desbaste

obtido pela modificação dos settings

é obtido inclinando o cortador ou

e acabamento), isto é, ambos os

da máquina (cradle, eccentric,

alterando o ângulo de pressão das

flancos dos dentes são cortados

swivel, cutter spindle rotation,

lâminas, enquanto o crowning do

simultaneamente; o pinhão é usinado

workhead, sliding base, ratio of roll,

perfil pode ser modificado de acordo

em três cortes, isto é, desbaste dos

root angle, etc). O método é usado

com alterações convenientes dos

dois flancos dos dentes, acabamento

para engrenagens cônicas geradas

parâmetros de cálculo dos settings

do flanco do dente convexo e

ou não geradas (formate). Ele ainda é

das máquinas de corte. Como as

acabamento do flanco do dente côncavo. É um método indexação

8

dente a dente ou fresamento facial cuja engrenagem mãe é formada por dentes em arco circular e cônicos. O

5 6 4

movimento de geração é geralmente

1

10 9 7

βη

Fig. 8. Geometria Palloid: curvatura longitudinal do dente é uma evolvente do círculo de raio ρ; no corte longitudinal a altura dos dentes é constante ao longo do comprimento; ângulo de hélice pode variar de 35° a 38° 32 JULHO/2019

3 2

Revista Engrenagens

1. Cutter spindle 2. Tilt drum 3. Swivel drum 4. Eccentrin drum 5. Cradle

6. Slinding base 7. Machine root angle 8. Blanck offset 9. Machine center to back 10. Work spindle

Fig. 9. Máquina básica de corte de engrenagens cônicas espirais ou hipoidais

Fig. 10. Materialização da engrenagem geradora através do cortador. Para o movimento de geração, o pinhão rola sem escorregar sobre o plano do cortador seguindo a trajetória da engrenagem geradora

ARTIGOS larguras das raízes resultantes do pinhão e da coroa são

ferramentas e settings da máquina. Portanto, para

constantes, os ângulos da raiz e da cabeça dos dentes

realizar a operação da forma mais produtiva possível, as

dependem do diâmetro da fresa e não são livremente

retificadoras destinadas a este método são fornecidas com

selecionáveis. Esse método é caracterizado como

um fuso duplo que contém dois rebolos independentes.

necessariamente duplex. O método completing pode ser

O pinhão e a coroa são produzidos por um processo de

usinado com óleo ou a seco. A operação de acabamento

geração, o crowning longitudinal resulta de diferenças

duro geralmente é retífica dos flancos. Este método é

apropriadamente escolhidas no raio da ferramenta e

aplicado com sucesso para conjuntos de engrenagens na

o crowning do perfil a partir de perfis de ferramentas

indústria automotiva.

afiadas com perfil toroidal. O método também é usado

Arcoid: Esse método de face milling é comparável aos

para retificar engrenagens que foram desbastadas com

processos de 5 cortes e completing. Produz um par cônicos

o método Zyklo-Palloid. O arco circular do rebolo é então

cujo dente da engrenagem mãe também tem a hélice

ajustado de forma suficientemente próxima à forma

descrita por um arco de círculo inclinados em relação à

epiciclóide alongada para os diferentes traços de dente

linha radial. As diferenças afetam o tipo de cortadores,

para produzir a menor variação possível na tolerância

as tecnologias de retificação e os movimentos adicionais

final dos dentes.

originalmente usados para modificar os flancos dos

Wiener 1-trace: Este é também um método único

dentes. O movimento helicoidal (helical motion) foi

de corte por indexação para engrenagens cônicas com

empregado para controlar o bias (inclinação) do contato

altura constante do dente. Ao contrário do método Wiener

na geração. Este fenômeno decorre da diferença de ângulo

2-trace, ele produz a coroa com corte simultâneo de dois

de geração da raiz do dente da coroa e o ângulo de geração

flancos, e a geometria dos flancos de dente do pinhão

da raiz do dente do pinhão.

é adaptada à coroa. Em outras palavras, o entalhe do

Wiener 2-trace: Engrenagens cônicas produzidas de

dente é mais cônico do que no processo Wiener 2-trace.

acordo com este método de 2 traços têm altura constante

Este método é usado tanto para gerar como para formar

do dente e traços de dente da engrenagem mãe com arco

processos nos quais a coroa é usinada em mergulho.

circulares. Este método indexado é usado principalmente

Semi-completing: Trata-se de um método de

como uma operação de retificação em pequenas séries

acabamento usado para retificação de flancos individuais

de produção. O termo “traço 2” deriva do fato de que os

de engrenagens cônicas desbastadas pelo método Zyklo-

flancos dentados convexos e côncavos do pinhão e da

Palloid. Engrenagens cônicas espirais acabadas desta forma

coroa são fabricados individualmente, usando diferentes

têm uma profundidade constante do dente e um traçado de

IV Seminário

ENGRENAGENS USINAGEM E TRATAMENTO TÉRMICO Realização:

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Revista Engrenagens

JULHO/2019 33

ARTIGOS dente da engrenagem mãe em arco circular. Tanto o pinhão

de epiciclóide estendida, contínua, e são materializados

quanto a roda são gerados. Uma característica deste método

pelas lâminas do cortador. Estes dentes vão gerar os vãos

é que os dois flancos da engrenagem cônica são usinados

nas peças que a máquina usinar.

com diferentes settings de máquina, mas usando a mesma

A cinemática é apresentada nas Figs. contidas

ferramenta. Isso significa que, ao contrário do método

no texto. O leitor poderá obter detalhes em sites

Wiener 2-trace, ele permite que o raio da ferramenta real

especializados neste campo de conhecimento. Por

necessário para a usinagem do flanco côncavo e convexo

exemplo, na sequência algumas figuras extraídas de

seja acomodado em um único rebolo. Isto é conseguido

(Tsiafis, Mamouri, & Kompogiannis, 2018).

modificando a cinemática da máquina por inclinação,

Dentre tantas opções, então, qual escolher para

movimento helicoidal ou por modified roll (quando a

o projeto inicial? As diferenças entre os processos

rotação do berço obedece uma certa proporcionalidade

podem apresentar vantagens, tais como nível de ruído,

com o avanço da base), sendo este último o método mais

resistência dos dentes à flexão, resistência à fadiga

comum. Como apenas uma ferramenta, o primeiro flanco é

superficial, condições geométricas e limitações do

terminado por um movimento de geração em uma direção

projeto, dentre tantas outras características. Entretanto,

na máquina, e o segundo flanco gerando na outra direção.

deve-se ressaltar que um projeto mal calculado pode

As configurações da máquina são modificadas no ponto de

ser feito com a melhor das tecnologias, mas terá sua

reversão. Assim, este método se beneficia do movimento

performance afetada negativamente. Acredito então,

inverso, o qual, de qualquer modo, é necessário para gerar

que um bom caminho seja seguir a cadeia do custo:

o flanco do dente oposto, com vantagens na produtividade quando comparado com o método Wiener 2-trace. O crowning longitudinal é geralmente gerado por meio de

• Disponibilidade do equipamento, seja na própria empresa ou nos fornecedores; • Existência de ferramentas e dispositivos que possam

diferentes raios de ferramenta, enquanto o crowning do

ser usados com pequena ou nenhuma adaptação;

perfil é realizado através da afiação de ferramentas com

• Possibilidade de utilização de matéria prima

perfil de corte toroidal.

existente e, se possível, com geometria compatível com o produto final (ex: forjados semelhantes);

Diferenças Básicas: Face Milling e Face Hobbing

• Tecnologia presente na empresa ou fornecedor, que

As literaturas são abundantes em relação à descrição

possa assegurar tanto a manufatura quanto os controles

de cada método (Coy, Townsend, & Zaretsky, 1985;

de processo, garantindo assim a qualidade final do

Ghosh, n.d.; Gleason Works, n.d.; Simon, 2002). Algumas

produto.

evidenciam as qualidades de um em relação ao outro, mas o que determina a escolha na hora de projetar é

Características Interessantes Associadas às

a aplicação e o custo de fabricação. Os equipamentos

Engrenagens Cônicas Espirais ou Hipoidais

para a fabricação de engrenagens têm custo elevado

Desenho DUPLEX

quando comparados com máquinas que realizam outros

Nesta condição geométrica, a raiz dos dentes tem a

processos. Pode-se fabricar um par cônico em máquinas

largura constante durante todo a extensão longitudinal.

CNC convencionais sem dúvida, mas a produtividade

Esta é uma grande vantagem em relação às demais

não é comparável com uma máquina dedicada.

geometrias, pois a ferramenta não precisa “forçar” o corte

Atualmente, entretanto, parece-me que as tecnologias

do vão com o lado da lâmina oposto à aresta de corte. Nos

estão convergindo para a flexibilidade total, e dentro de

projetos convencionais, a largura do vão na raiz dos dentes

alguns anos talvez esta diferença de produtividade não

na porção externa da engrenagem (heel) é mais aberta do

seja mais uma limitante.

que na região interna (toe), o que exige uma alteração de

A diferença entre um método e outro refere-se à

setting da máquina, mesmo que automaticamente

forma da engrenagem geradora sobre a qual o par irá

realizado. Para projetar uma engrenagem com DUPLEX

rolar sem escorregar. No caso de face hobbing, esta

basta considerar convenientemente a inclinação do

engrenagem plana tem os dentes em forma de um trecho

ângulo de raiz para que satisfaça a condição:

34 JULHO/2019

Revista Engrenagens

ARTIGOS a geratriz do cone primitivo. Quando nos aproximamos da condição de altura constante, este fenômeno torna-se mais pronunciado. Não é algo que vá melhorar ou piorar Onde:

a performance do par, mas pode tornar a montagem

ΣδD=soma dos ângulos de dedendum

muito sensível a variações dos componentes em relação

Pd= diametral pitch (25.4/módulo)

às distâncias de montagem e offset. Há uma preocupação

Ao= outer cone distance (vide edição anterior)

adicional em reduzir esta inclinação devido ao ruído e

AmG= mean cone distance

à fragilidade das extremidades dos dentes. No processo

rc= diâmetro do cortador

5cut é possível corrigir totalmente esta inclinação, ou

φ=ângulo de pressão

até invertê-la para compensar possíveis distorções

ψ=ângulo de hélice

decorrentes do tratamento térmico. Através de correções

Na geometria DUPLEX o topo dos dentes fica com a

proporcionais de segunda ordem, os ajustes podem ser

largura aparentemente bem paralela, assim como a raiz.

realizados nas máquinas convencionais alterando-se de

Também possui a característica de ter o topo paralelo à

forma conveniente a relação de geração e as posições do

raiz da engrenagem par.

tilt e do swivel.

Controle da conicidade dos dentes: aqui nos referimos à variação da altura dos dentes ao longo do

Sobre o autor: Antonio Gallinucci é engenheiro mecânico

comprimento. As engrenagens cônicas espirais ou

pela Escola de Engenharia Mauá, pós-graduado pela USP

hipoidais possuem uma correlação forte entre o diâmetro

São Carlos e mestrando pela Faculdade de Engenharia

do cortador e a conicidade dos dentes: quanto maior o

Agrícola da Unicamp - FEAGRI.

diâmetro da ferramenta, mais cônico o dente e, portanto, maior a variação da altura. O oposto é verdadeiro. No caso

Referências

em que a altura é constante ao longo do comprimento do dente, a soma dos ângulos de dedendum é zero (ΣδD=0).

Association, A. G. M. (2003). ANSI/AGMA 2005-D03: Design Manual for Bevel Gears, 102.

A relação geométrica abaixo satisfaz a condição para que

Coy, J. J., Townsend, D. P., & Zaretsky, E. V. (1985). Nasa-1152.

o dente tenha altura constante no caso DUPLEX, mesmo

Ghosh, X. C. W. S. K. (n.d.). Advanced theory of Hypoid Gears.

quando feito em face milling:

Gleason Works. (n.d.). Bending Stresses in Bevel Gear Teeth.pdf.

(Gleason Works, Ed.). Rochester, NY: Gleason Works.

rc= AmG.sin ψ Caso ultrapassemos este valor para menor, o dente inverte a conicidade, ficando mais alto na porção toe do que na porção heel. Não há vantagens sobre esta condição, e deve ser evitada.

Bias in e bias out: a inclinação da linha representativa dos centros das elipses de contato em relação ao fundo do dente é conhecida por bias (a analogia com engrenagens cilíndricas chama-se twisting). A condição de bias zero acontece quando esta linha é perpendicular à raiz do dente, e significa que o contato progride uniformemente em suas elipses do topo do dente em direção à raiz. No caso desta linha de contato estar inclinada (in ou out) o contato inicia em uma região menos centralizada, ou seja, deslocada para a extremidade do dente. Se iniciar no topo do dente próximo ao toe, irá terminar no fundo do dente próximo ao heel. Bias in ocorre naturalmente devido à diferença entre o ângulo do plano de geração e

Klingelnberg, J. (2016). Bevel Gear: Fundamentals and Applications. https://doi.org/10.1007/978-3-662-43893-0 Simon, V. (2002). Load Distribution in Hypoid Gears.

Journal of Mechanical Design, 122(4), 529. https://doi. org/10.1115/1.1289390 Tsiafis, I., Mamouri, P., & Kompogiannis, S. (2018). Design and manufacturing of spiral bevel gears using CNC milling machines. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 393(1). https://doi.org/10.1088/1757899X/393/1/012066 Vimercati, M. (2005). Computerized Design of Face Hobbed Hypoid Gears : Tooth Surfaces Generation , Contact Analysis and Stress Calculation Computerized Design of Face Hobbed Hypoid Gears : Stress Calculation. Agma 05Ftm05.

Zhang, W., Cheng, B., Guo, X., Zhang, M., & Xing, Y. (2015). A motion control method for face hobbing on CNC hypoid generator. Mechanism and Machine Theory, 92(69), 127–143. https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2015.05.008.

Revista Engrenagens

JULHO/2019 35

ARTIGOS

AÇOS PARA ENGRENAGENS CEMENTADAS Por Antonio Carlos Zambon

E

ngrenagens podem ser

usados na fabricação de engrenagens

aplicações em diferentes ramos

fabricadas com uma grande

com tratamento de cementação para

industriais [1].

variedade de materiais como

a indústria automobilística.

não metálicos, ligas não ferrosas,

Aços ligados com as mais diversas

Também são discutidos alguns

variações de teores de Mn, Cr, Ni e

materiais sinterizados, ferros

aspectos entre os diferentes

Mo são utilizados para a fabricação

fundidos, e uma gama de diferentes

tipos de aços como composição

de engrenagens para a indústria

graus de aços.

química, temperabilidade, grau de

automobilística. A escolha do aço

limpeza interna, tamanho de grão

não depende somente de suas

engrenagens de alto desempenho

austenítico, oxidação intergranular,

propriedades finais, mas também

utilizadas na indústria

teor de austenita retida na camada

os fatores custo e disponibilidade

automobilística, são utilizados

cementada, e nível de tensões

devem ser analisados [2]. Esses

basicamente aços. Engrenagens

residuais compressivas.

materiais aliados a um tratamento

Especificamente para

fabricadas de aços recebem um

Outro fator importante analisado

de cementação adequado fornece as

tratamento termoquímico final

é o processo de cementação da

propriedades finais de resistência

geralmente de cementação seguido

engrenagem. São analisados alguns

mecânica, fadiga e desgaste

por têmpera e revenimento.

aspectos da cementação gasosa

necessários para o desempenho

tradicional com relação ao processo

projetado do componente. A adição

de cementação a baixa pressão.

de carbono na superfície da peça cria

O tratamento de cementação, têmpera e revenimento em

um material compósito consistindo

engrenagens, é justamente para aumentar e otimizar suas

Engrenagens de Alto Desempenho

de uma camada superficial de

propriedades mecânicas e cíclicas

Engrenagens fabricadas de aços

alto carbono e com o núcleo com

(fadiga de flexão e de contato).

com tratamento termoquímico de

baixo carbono (carbono original

cementação, seguido de têmpera e

do aço utilizado). Após têmpera e

revenimento são utilizadas em várias

revenimento, esse aço compósito

Este artigo discute algumas famílias de aços tradicionalmente

terá uma dureza e resistência

Tabela 1. Exemplos de Aços das 3 Famílias Consideradas Família

Aço

Norma

1

2

3

Composição Química Nominal (% em peso) C

Mn

Cr

Ni

Temperabilidade Jominy Jmm (HRC)

superficial elevadas (microestrutura consistindo de martensita revenida

Mo

J5

J7

J13

e austenida retida) combinado com

4120RH

SAE J1868

0,20

1,05

0,50

-

0,16

34 - 41

28 - 36

21 - 28

um núcleo dúctil (basicamente

8620RH

SAE J1868

0,20

0,80

0,50

0,55

0,20

34 - 41

28 - 36

21 - 28

uma microestrutura martensítica

16MnCr5+H

EN 10084

0,16

1,15

0,95

-

-

31 - 44

28 - 41

35 máx

20MnCr5+H

EN 10084

0,19

1,25

1,15

-

-

36 - 48

33 - 46

26 - 41

de baixo carbono) produzindo uma

4320RH

SAE J1868

0,19

0,55

0,50

1,82

0,25

37 - 44

33 - 40

25 - 31

18CrNiMo7-6

EN 10084

0,18

0,70

1,65

1,55

0,30

39 - 48

38 - 48

35 - 46

17CrNiMo6-4

EN 10084

0,17

0,75

0,95

1,35

0,20

37 - 47

34 - 46

27 - 42

caso de engrenagens, propriedades

4817H

SAE J1268

0,17

0,50

-

3,50

0,25

35 - 45

31 - 44

23 - 37

de fadiga de flexão na raiz dos dentes

4820RH

SAE J1868

0,20

0,60

-

3,50

0,25

41 - 46

38 - 44

30 - 38

e fadiga de contato no flanco dos

9310RH

SAE J1868

0,10

0,55

1,20

3,20

0,11

36 - 42

35 - 41

31 - 39

dentes são fundamentais [4].

14NiCrMo13-4

EN 10084

0,14

0,45

0,95

3,25

0,17

37 - 46

36 - 46

35 - 46

Para o caso específico de

36 JULHO/2019

Revista Engrenagens

peça com ótimas propriedades de resistência à fadiga e impacto [3]. No

Dureza Rockwell C [HRC]

ARTIGOS 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0

• Família 1: Aços Mn-Cr (inclui também aços com baixos teores de Ni e Mo); • Família 2: Aços Mn-Cr-Ni (Ni acima de 1,20% e SAE 8620 RH SAE 4320 RH

também aços com algum teor de Mo); • Família 3: Aços Mn-Ni (Ni acima de 3,00% e também aços com Cr e Mo).

A Tabela 1 apresenta exemplos de aços de cada família tradicionalmente utilizados na fabricação de engrenagens

1,5 3 5 7 9 11 13 15 20 25 30 35 40 45 50 Jominy [mm]

de alto desempenho.

Fig. 1. Curvas de temperabilidade (Jominy) para o aços SAE 8620RH (0,18 – 0,23% C; 0,70 – 0,90 % Mn, 0,40 – 0,70% Ni, e 0,15 – 0,25% Mo) e SAE 4320RH (0,17 – 0,22% C; 0,45 – 0,65 % Mn. 1,65 – 2,00 % Ni, e 0,20 – 0,30% Mo)

De uma maneira meramente genérica, podemos indicar que aços da Família 1 são normalmente utilizados em projetos de engrenagens com baixo carregamento

engrenagens utilizadas em transmissões automotivas em

(limite de fadiga da ordem de 500 MPa). Aços da Família

geral são necessários vários requisitos de desempenho :

2 para tensões moderadas (limite de fadiga da ordem

[5]

• Resistência à fadiga de flexão na raiz dos dentes e à fadiga de contato (“pitting”) no flanco dos dentes ; [7]

• Superfície com dureza elevada para resistência ao desgaste ,

[5] [6], [7]

;

de 560 MPa). Já, aços da Família 3 são utilizados para engrenagens de carregamento elevado com limite de fadiga da ordem de 635 MPa. Esses valores de fadiga são somente ilustrativos.

• Núcleo tenaz para resistência ao impacto [5]; • Precisão dimensional

[7]

para redução de ruído,

Normas internacionais apresentam métodos de cálculos e classificações de tensões de flexão em dentes de

vibração e aspereza (NVH – “Noise-Vibration-

engrenagens bem como os limites de fadiga de forma mais

Harshness”);

específica e detalhada do que citado acima. Exemplos são

• Capacidade de transmitir cargas mais elevadas

as normas ANSI/AGMA 2104 [8] e ISO 6336 [9].

sem aumento de tamanho e peso da peça.

Outros Fatores Metalúrgicos Famílias de Aços para Engrenagens

Composição Química

Há uma grande variedade de classes de aços conforme

A composição química é fundamental na escolha do aço

sua composição química e temperabilidade utilizados no

que permitirá atingir as propriedades mecânicas e cíclicas

projeto de engrenagens, dependendo do grau de exigência

necessárias para o uso especificado da engrenagem.

com relação às tensões de trabalho e vida esperada do

Assim, a composição química do aço deve ser

componente. Assim, o aço mais adequado para uma

detalhadamente definida para se conseguir propriedades

determinada aplicação deve ter um balanço ótimo de

ótimas de desempenho da engrenagem projetada. Abaixo

propriedades e do custo envolvido em todos os processos

um guia simplificado para uma correta definição de

de fabricação da peça .

parâmetros de composição química de um aço para

[6]

Temperabilidade, tenacidade e custo do aço geralmente aumentam com os tipos e quantidades de

engrenagem de alto desempenho [7]: • Minimizar o efeito de oxidação intergranular em

elementos de liga utilizados [6]. Lembrando que aços com

processos de cementação gasosa convencionais reduzindo

temperabilidade controlada (além da composição química

elementos com afinidade ao oxigênio como Cr, Mn e Si;

também há especificação das curvas Jominy de máximo

• Trabalhar com aços mais limpos (macro e micro

e mínimo que definem a propriedade de endurecimento

inclusões), como exemplo reduzindo inclusões de sulfeto

do aço na têmpera), melhoram a repetibilidade das

de manganês (MnS) pela redução dos limites de S e Mn;

propriedades mecânicas e o comportamento das peças com relação a distorção no tratamento de cementação [6].

Podemos genericamente classificar aços para engrenagens em três grandes famílias:

• Prevenir a presença de intermetálicos como nitretos de titânio (TiN) pelo controle da razão Ti/N; • Aumento da temperabilidade pela otimização dos teores de Mn, Cr, Ni e Mo; Revista Engrenagens

JULHO/2019 37

ARTIGOS aços típicos de cementação (SAE 8620RH e SAE 4320RH) com teores similares de carbono e cromo, mas com diferenças nos teores de Mn, Ni e Mo.Como pode ser observado 200 µm*

EHT = 20.00 kV WD = 32 mm

Signal A = SE1 Photo No. = 2856

Date: 20 Sep 2011 Time: 9: 38:01

nesta Fig., o aço SAE 4320RH possui (a)

uma maior temperarabilidade que o aço SAE 8620RH (curvas Jominy máximo e mínimo com durezas mais elevadas). Isso significa que uma mesma peça fabricada com

Pa 1

esses 2 aços e temperadas em um sistema de mesma severidade de têmpera (mesma condição de resfriamento) terão durezas de núcleo diferentes.

Pa 1 = 114.2 µm Pb 1 = 268.2°

Grau de Limpeza Interna Aços limpos, ou seja, aços com níveis mais baixos de macro e micro inclusões não metálicas em relação

Pa R1 20 µm*

EHT = 20.00 kV WD = 15 mm

Signal A = SE1 Photo No. = 2860

Date: 20 Sep 2011 Time: 9: 42:06

(b)

Fig. 2. Imagens microscópio eletrônico de varredura (MEV). (a) início de uma trinca de fadiga em um dente de engrenagem em um ensaio de teste de fadiga em laboratório. (b) Origem da trinca foi em uma inclusão não metálica de sulfeto de manganês localizada a 114 µm abaixo da superfície da peça

• Aumento da tenacidade quando

a aços de limpeza padrão, possuem melhor resistência a fadiga [3],[5],[10].

Teores elevados de enxofre produzem níveis de inclusões elevadas de MnS

distância da superfície ao núcleo

que atuam como concentradores

necessário pelo aumento dos teores

da peça em um processo de

de tensões, facilitando o início de

de Ni e Mo;

resfriamento conhecido como

trincas de fadiga [3]. A Fig. 2 mostra

têmpera.

uma trinca de fadiga na raiz de um

• Refinamento e homogeneidade do tamanho de grão austenítico pelo balanço dos teores de Nb, Ti, Al e N;

Essa propriedade é que define

dente de engrenagem iniciada em

as especificações de dureza de

uma inclusão de sulfeto de manganês

núcleo dos dentes das engrenagens,

localizada logo abaixo da superfície

contornos de grãos pela redução

logicamente aliada à severidade

da peça. Também, o fósforo é um

dos teores de P e S, e adicionando

do meio de têmpera. Portanto, aços

elemento que promove o início de

pequenas quantidades de Mo e Nb.

com temperabilidade adequada

trincas intergranulares pelo efeito

• Aumento de resistência nos

devem ser selecionados para cada

da estabilização da cementita, e

mais as questões de temperabilidade,

tipo de engrenagem e aplicação.

portanto deve ser controlado em

limpeza interna dos aços, tamanho

Além do carbono, vários elementos

níveis baixos [3].

de grão austenitico e oxidação

de liga como Mn, Cr, Ni e Mo

intergranular.

contribuem para o aumento da

resistência à fadiga pelo efeito da

temperabilidade. Também, o

redução da quantidade e do tamanho

Temperabilidade

boro como um micro ligante atua

das inclusões não metálicas nos aços,

A temperabilidade de um aço, pode

positivamente na temperabilidade.

torna-se possível melhorar a vida do

Nas sessões abaixo abordaremos

ser definida como a capacidade de endurecimento ao longo da 38 JULHO/2019

Revista Engrenagens

Como exemplo, a Fig. 1 mostra as curvas de temperabilidade para dois

Assim, com o aumento da

projeto de engrenagens, bem como aumentar o torque de aplicação final

ARTIGOS

Fig. 3. Oxidação intergranular com profundidade de 19,31 µm em um processo de cementação gasosa.

Aço SAE 4118RH com composição nominal de 0,21% C; 0,80% Mn; 0,50% Cr; e, 0,10% Mo

para uma mesma vida [10].

Fig. 4. Oxidação intergranular com profundidade de 9,66 µm em um processo de cementação gasosa.

Aço SAE 4320RH com composição nominal de 0,20% C; 0,55% Mn; 0,50% Cr; 1,80% Ni; e, 0,25% Mo

A ocorrência de oxidação

Fig. 5. Aço sem Ni isento de oxidação intergranular em um processo de cementação a baixa pressão.

Aço SAE 4118RH com composição nominal de 0,21% C; 0,80% Mn; 0,50% Cr; e, 0,10% Mo

mesmo processo de cementação

intergranular é inerente aos

gasosa (as amostras foram tratadas

Tamanho de Grão Austenítico

processos de cementação gasosa

juntas). Aço sem a presença de Ni e

Tamanho de grão austenítico fino

convencionais (atmosferas

com um baixo teor de Mo apresentou

aumenta a resistência a fadiga

endotérmicas a partir de

uma oxidação intergranular de

de aços [3]. Carbonetos, nitretos e

hidrocarbonetos ou de álcool).

aproximadamente 20 µm (Fig. 3),

carbonitretos de Al, V, Nb e Ti atuam

Quanto maior a profundidade

enquanto que para um aço com Ni

para segurar o crescimento dos

da camada cementada, ou seja,

e um teor mais elevado de Mo, a

grãos austeníticos em processos de

maiores tempos de tratamento,

oxidação não atingiu 10 µm (Fig. 4).

alta temperatura [3]. Esse conceito

mais acentuada é a profundidade

tem sido usado para refinar e

da oxidação. Normalmente nesses

não produzem oxigênio livre na

homogeneizar o tamanho de grão em

processos a profundidade da

atmosfera de tratamento, são

processos de cementação .

oxidação intergranular é tolerada

isentos na formação de oxidação

até um máximo de 20 µm. Normas

intergranular nos componentes

[7]

Assim, com grãos austeníticos

e de alguns

Processos de cementação que

mais estabilizados, é possível

internacionais

trabalhar com temperaturas mais

fabricantes de engrenagens

livre de oxigênio na atmosfera

elevadas de cementação com o

cementadas limitam a profundidade

e, portanto, isento de oxidação

objetivo de redução do tempo de

da oxidação intergranular de acordo

é a cementação a baixa pressão.

tratamento para uma determinada

com a especificação da faixa da

Esse processo será abordado na

profundidade de camada

profundidade da camada cementada.

próxima sessão. A Fig. 5 mostra

cementada desejada.

[9,11]

O fenômeno da oxidação

tratados. Atualmente um processo

uma estrutura totalmente isenta

intergranular é fortemente

de oxidação intergranular para um

Oxidação Intergranular

influenciado por elementos de liga

aço comum sem Ni após tratamento

A oxidação intergranular é a

do aço, como Si, Cr e Mn que tem alta

de cementação em um processo a

formação de óxidos de elementos

afinidade com o oxigênio . Por outro

baixa pressão.

de liga nos contornos dos grãos

lado, o uso de aços com elementos de

austeníticos que empobrecem

liga com baixa afinidade ao oxigênio

Processo de Cementação –

a matriz do aço reduzindo sua

como o Ni e em menor escala o Mo,

Convencional x Baixa Pressão

temperabilidade local. Essa redução

inibem acentuadamente a formação

A cementação gasosa convencional

localizada da temperabilidade

de oxidação intergranular na

ainda é o processo mais utilizado

leva a formação de produtos não

cementação gasosa

martensíticos na superfície da peça

[2]

.

[10]

As Figs. 3 e 4 mostram o efeito

mundialmente para tratamento de engrenagens e outros componentes.

no processo de têmpera que segue a

dos elementos de liga na formação

Já a utilização de cementação a baixa

cementação.

da oxidação intergranular para um

pressão vem crescendo devido a Revista Engrenagens

JULHO/2019 39

ARTIGOS vários benefícios como qualidade metalúrgica, melhores

constituída basicamente de martensita revenida de alto

condições ambientais e mesmo custos operacionais

carbono e alguma austenita retida [3].

mais baixos. No processo de cementação a baixa pressão,

Porém, há muita controvérsia em relação ao

o potencial de carbono é função naturalmente da

teor ideal de austenita retida em engrenagens

temperatura e da vazão do gás de processo (normalmente

cementadas. Informações da literatura técnica bem

propano ou etileno). Programas de simulação a partir

como especificações da indústria automobilística são

de dados empíricos definem e controlam os ciclos de

muito variadas com relação a esta especificação. As

cementação desejados.

especificações variam entre limites do teor máximo da

Abaixo, vantagens da cementação a baixa pressão em relação aos processos gasosos convencionais : [6]

• Ausência de oxidação intergranular, mesmo em aços

austenita retida de 2%, 5% ou 10%, e faixas que podem variar de 10 – 20% ou 10 – 30%.

A polêmica existe, pois, a presença e a quantidade de

com somente elementos de liga com afinidade ao oxigênio

austenita retida pode trazer vantagens como também

(Exemplo ilustrado na Fig. 5);

desvantagens dependo da peça e seus requisitos finais.

• Permite trabalhar em temperaturas mais elevadas devido à natureza do equipamento (fornos tipo vácuo), o

Abaixo indicamos algumas vantagens e desvantagens consideradas para a austenita retida:

que reduz tempos de tratamento da peça; • Flexibilidade para diversos ciclos de cementação.

Automação completa utilizando receitas para cada peça e tratamento térmico; • Profundidade de camada mais uniforme nas peças.

Em dentes de engrenagens a camada cementada medida

Vantagens • A austenita por ser uma fase dúctil pode ajudar nas tensões internas que ocorrem durante a têmpera, potencialmente reduzindo distorção e trincas; • Presença de austenita em porcentagens mais

no flanco e na raiz dos dentes atingem valores mais

elevadas até em torno de 30% podem gerar um leve

próximos;

aumento da dureza e consequentemente da resistência

• Possibilidade de integração do sistema dentro das

mecânica devido a transformação de parte dessa

áreas de manufatura, pois o processo é limpo, fácil de

austenita em martensita durante processos de jateamento

operação e manutenção, sem chamas, sem calor ambiente

com granalhas ou mesmo sob carga durante o uso;

e poluição;

• Também a vida de fadiga de contato pode ser

• Menor consumo de energia e de gases de processo. No geral, o custo operacional é menor; • Tempos curtos de iniciação e encerramento de

melhorada pela redução da tensão superficial resultante, pois a austenita devido a sua baixa dureza pode aumentar a área de contato das superfícies de trabalho.

operação; • Melhor controle dimensional (menores distorções) principalmente quando se utiliza têmpera a gás.

Desvantagens • A austenita sendo um microconstituinte mole, quando presente em alta quantidade pode reduzir a

Algumas desvantagens do processo a baixa pressão em relação ao convencional: • Maior investimento inicial e, portanto, maior custo de depreciação; • Formação de fuligem devido à geração da

dureza de engrenagens cementadas; • Como já mencionado, a austenita retida pode se transformar em martensita durante o uso da peça.

Essa transformação é acompanhada por uma variação dimensional. Assim, componentes que requerem alta

atmosfera diretamente dentro do forno (introdução do

precisão dimensional podem apresentar problemas

hidrocarboneto de processo), principalmente nas bombas

durante sua utilização.

de vácuo.

Tensões Residuais Compressivas Austenita Retida

O limite de fadiga de uma engrenagem é melhorado com

Uma camada cementada de boa qualidade deve ser

o aumento de tensões residuais [2]. Jateamento simples ou

40 JULHO/2019

Revista Engrenagens

ARTIGOS duplo com granalhas (“single shot peening” ou “double

suas características acabam não dependendo somente

shot peening”) são utilizados para aumentar a resistência

do conhecimento teórico. Ou seja, além de sistemas de

a fadiga por flexão na raiz dos dentes de engrenagens [10].

modelamento para projeto e manufatura, a experiência

O jateamento com granalhas é um processo de trabalho

adquirida em cada empresa ao longo do desenvolvimento

a frio, onde a superfície da peça é bombardeada com

de uma peça deve ser fortemente considerada para seu

pequenas esferas de aço de formato arredondado . O

desempenho desejado.

[6]

processo deve ser rigorosamente controlado e monitorado, onde os principais parâmetros são tamanhos, forma e

Sobre o autor: Antonio Carlos Zambon, Eng.

velocidade da granalha.

Especialista Senior, Centro de Excelência América

Outros parâmetros de controle são a intensidade Almen, o grau de recobrimento e principalmente o nível

do Sul - Engenharia de Materiais, Eaton - Grupo Veículos, Valinhos, SP, Brasil.

obtido de tensões residuais. O tratamento de jateamento com granalhas não deve ser confundido com limpeza por

Referências

jateamento (“shot blasting” ou “shot cleaning”).

[1] Wright, J.A., Sebastian, J.T., Kern, C.P., Kooy, R.J.: Design, Development and Application of New High-Performance Gear Steels. AGMA Technical Paper, September 2009.

Jateamento com granalhas fornecem um expressivo aumento no desempenho de fadiga em engrenagens, devido à geração de tensões residuais compressivas na superfície das peças . Há considerações de um aumento [8]

de até 10% no limite de fadiga da peça [11]. Pode ser entendido de uma forma simplificada, que o aumento nas propriedades de fadiga da peça ocorre devido à tensão residual compressiva gerada compensar a tensão de tração aplicada no uso do componente.

Comentários Discutimos ao longo do artigo vários fatores metalúrgicos que afetam o projeto, fabricação e aplicação de engrenagens cementadas. Além do tipo do aço em si definido pela sua composição química, discorremos sobre outros fatores muito importantes que impactam a vida de uma engrenagem em serviço.

Fatores como temperabilidade, nível de inclusões não metálicas, tamanho de grão austenítico dos aços; nível de oxidação intergranular e porcentagem de austenita retida na camada cementada das peças; processos de cementação, e, processos de jateamento com granalhas são fatores fundamentais para um ótimo desempenho de uma engrenagem cementada. Também ficou claro que há alguma controvérsia com relação a determinadas especificações, como é o caso da austenita retida.

As informações da literatura e de normas de fabricantes de engrenagens mostram que há vários conceitos diferentes de projeto e fabricação. Portanto, afirmações convictas de alguns fatores metalúrgicos devem ser evitadas, pois as definições de materiais e

[2] Raja, B.V.R., Pal, N., Talwar, P.L., Jayaswal, N.P.: Engineering Steels for Automotive Applications, Steelworld, March 2005.

[3] Wise, J.P., Matlock, D.K., Krauss, G.: Bending Fatigue of Carburized Steels, Heat Treating Progress, August/ September 2001, p. 33-41.

[4] Kanisawa, H., Ochi, T., Koyasu, Y.: Development of HighStrength Carburized Steel for Automobile Gears, Nippon Steel Technical Report No. 64, January 1995, p. 50.

[5] Drive Line & Transmissions – Gears, Corus Engineering Steels, www.corusengineeringsteels.com.

[6] Herring, D., Lindell, G.: Heat Treating Heavy-Duty Gears, Heat Treating Progress, July/August 2008, p. 49-57.

[7] Tobie, T., Hippenstiel, F., Mohrbacher, H.: Optimizing Gear Performance by Alloy Modification of Carburizing Steel, Metal, July 2017.

[8] ANSI/AGMA 2104-D04: Fundamental Rating Factors and Calculation Methods for Involute Spur and Helical Gear Teeth, American National Standards Insitute, 2010.

[9] ISO 6336-1:2006: Calculation of Load Capacity of Spur and Helical Gears – Part 1: Basic Principles, Introduction and General Influence Factors, International Organization for Standardization, 2006.

[10] Kamjou, L., Ölund, P., Claesson, E,. Fagerlung, J., Wicks, G., Wennmo, M., Hansson, H.: Innovative Steel Design and Gear Machining of Advanced Engineering Steel, Gear Technology, August 2016, p. 82-87.

[11] ISO 6336-5:2016: Calculation of Load Capacity of Spur and Helical Gears – Part 5: Strength and Quality of Materials, Introduction and General Influence Factors, International Organization for Standardization, 2016.

Revista Engrenagens

JULHO/2019 41

ARTIGOS

ENGRENAGENS CILÍNDRICAS DIMENSIONAMENTOS AUTOMÁTICOS: INICIAL, FINO E DE MODIFICAÇÕES DE MICRO - GEOMETRIA

Por MSc. ETH Ilja Tsikur, KISSsoft AG Suiça.

Dipl. Ing. Jose Luis Piña- Lic. Valeria Busacca, ESTUDIO PIÑA S.R.L. -KISSsoft Latin American Partner Neste artigo, apresentaremos um procedimento para dimensionamento automático de engrenagens cilíndricas baseado em padrões internacionais de geometria, cálculo de resistência e restrições de fabricação. As seguintes etapas de dimensionamento são cobertas: modificações iniciais, finas e micro-geométricas. O objetivo é reduzir os custos nas etapas posteriores de fabricação ou, alternativamente, prever a necessidade de ferramentas adicionais no processo inicial de projeto.

Dimensionamento Inicial de Engrenagens

e a qualidade da engrenagem, o

um cálculo de variantes pode ser

tratamento térmico e a vida útil

executado para extrair diferentes

a primeira etapa, o dimensionamento

solicitada (consulte a Fig. 1). De acordo

soluções geométricas. A ideia é

aproximado da engrenagem é

com a norma ISO 6336 , os limites de

procurar por todas as soluções

executado. O objetivo desta etapa é

resistência dos materiais dependem

possíveis em termos de distância

encontrar a distância entre centros

da dureza da superfície, da qualidade

entre centros e largura do dentado

ótima e a largura do dentado. Esses

do material e do tratamento térmico.

enquanto os fatores de segurança

dois parâmetros basicamente

Consequentemente, se os requisitos

são atendidos e um quociente

definem as dimensões gerais da

de dimensão da caixa de engrenagens

razoável entre largura do dentado

caixa de engrenagens, seja para uma

N

[1]

não forem atendidos, um material

e módulo normal b/mn é mantido

caixa de engrenagens

diferente, tratamento térmico ou

(para aplicações automotivas

de um estágio ou de

uma qualidade da engrenagem mais

normalmente b/mn ≈ 6, para

múltiplos estágios e estão

alta deve ser aplicada.

caixas de engrenagens industriais

diretamente ligadas às dimensões

Depois que os dados de entrada,

b/mn ≈ 20). A Fig. 2 mostra um

da caixa. A estimativa é baseada

os fatores de segurança necessários

exemplo desse cálculo de variantes,

no método de cálculo selecionado

e o método de cálculo são fixados,

classificado em termos de distância

para a geometria e resistência da

Torque

Velocidade

engrenagem. O método de cálculo é definido pelos padrões escolhidos (DIN, ISO, AGMA, VDI, GOST etc.) e os fatores de segurança requeridos: tipicamente para raiz e flanco, mas em alguns casos também para raspagem, micropites, desgaste, etc.

Relação de transmissão

Dimensionamento Inicial Largura do dente Estratégia

Material Qualidade

Método de cálculo

Os principais parâmetros de entrada para o dimensionamento potência), a velocidade, a relação de

Fatores de segurança requeridos

engrenagem necessária, o material

Fig. 1. Procedimento de dimensionamento inicial

aproximado são o torque (ou

42 JULHO/2019

Revista Engrenagens

Vida de serviço exigida

Distância entre centros

ARTIGOS a [mm]

b1 [mm] b2 [mm] m0 [mm]

9.7660 100.000 106.000 106.000 106.000 106.000 106.000 106.000 106.000 106.000 106.000 106.000 111.292 112.000 112.000 112.000 112.000 112.000 112.000 112.000 112.000 112.000 112.000 112.000 112.000 112.000 118.000 118.000 118.000 118.000 118.000 141.955 161.648

60.930 61.232 49.540 50.457 50.408 51.000 52.974 52.951 54.602 55.972 55.997 61.196 43.990 42.797 43.813 44.781 45.190 45.307 46.554 46.485 47.845 48.688 48.116 48.239 49.552 52.968 41.232 41.764 41.782 44.976 45.662 20.000 20.260

59.440 59.482 48.040 48.997 48.908 49.500 51.474 51.451 53.102 54.472 54.497 59.606 42.920 41.484 42.500 43.464 43.817 43.994 45.241 45.172 46.532 47.375 46.803 46.926 48.239 51.665 39.919 40.451 40.469 43.663 44.340 25.920 18.700

2.972 3.000 2.500 2.750 2.500 2.750 3.000 3.000 3.000 2.750 2.750 3.000 2.146 2.250 3.000 2.750 2.250 2.250 3.000 2.750 3.000 2.500 2.500 2.500 2.750 3.000 2.250 2.250 2.250 2.250 2.250 4.320 3.117

z1

z2

i

16 16 21 19 21 19 17 17 17 18 19 16 25 25 19 20 24 24 18 20 18 23 21 21 19 17 25 25 25 24 25 16 25

49 50 62 56 64 58 52 53 54 57 59 52 78 74 56 61 74 75 55 62 57 68 67 68 60 55 79 78 80 78 81 49 78

3.063 3.125 2.952 2.947 3.048 3.053 3.059 3.118 3.176 3.167 3.105 3.250 3.120 2.960 2.947 3.050 3.083 3.125 3.056 3.100 3.167 2.957 3.190 3.238 3.158 3.235 3.160 3.120 3.200 3.250 3.240 3.063 3.120

SFsmallest SH smallest 2.330 2.322 1.692 1.871 1.801 1.958 2.135 2.174 2.242 1.954 2.282 2.309 1.492 1.471 2.057 1.832 1.456 1.509 2.012 1.916 2.129 2.025 1.663 1.713 1.846 2.150 1.423 1.383 1.474 1.443 1.744 2.266 1.447

1.000 1.000 1.002 1.001 1.001 1.001 0.998 0.998 1.000 0.999 0.994 0.999 1.000 0.999 0.999 1.000 0.998 0.998 1.000 0.998 1.000 0.999 0.999 0.999 0.999 0.999 0.999 0.999 0.999 0.999 1.001 1.000 1.000

P max

W [kg]

49.952 49.970 50.176 50.059 50.069 50.107 49.786 49.790 49.962 49.944 49.445 49.894 49.987 49.925 49.945 49.998 49.827 49.885 49.969 49.794 49.955 49.903 49.946 49.946 49.032 49.899 49.928 49.400 49.330 49.881 50.105 50.009 50.014

8.547 9.026 8.139 8.828 8.334 8.417 8.763 8.785 9.090 9.394 9.367 10.359 8.162 7.868 7.975 8.270 8.416 8.472 8.610 8.617 8.904 9.027 9.056 9.104 9.298 10.008 8.575 8.666 8.715 9.472 9.632 7.923 7.545

T max/ W [Nm/ kg] 37.205 35.246 39.247 38.477 38.246 37.897 36.167 36.083 34.992 33.846 33.605 30.662 38.987 40.396 39.869 38.488 37.693 37.424 36.949 36.787 35.716 35.193 35.113 34.927 34.186 31.741 37.065 36.288 36.033 33.524 33.115 40.184 42.201

dB(A) 77.413 77.997 78.171 78.182 77.533 77.659 78.341 77.960 77.691 78.568 72.251 79.068 77.012 77.661 77.469 77.761 78.094 77.783 78.304 77.521 77.668 76.962 78.253 77.924 78.712 78.996 77.918 78.256 77.669 78.792 77.328 77.413 77.012

a = 97.7 mm a = 161.6 mm a = 112.0 mm b = 60.9 mm b = 20.3 mm b = 42.8 mm

Fig. 3. Solução com pequena distância entre o centro e a distância central alta

A Fig. 3 ilustra duas soluções com distância entre centros mínima e máxima. Ambas as soluções são viáveis, desde que os fatores de segurança solicitados sejam atendidos. Neste ponto, o engenheiro deve fazer uma escolha, qual solução é ideal para a aplicação dada.

Diferentes estratégias podem ser aplicadas durante a procura por uma solução ótima.

Uma abordagem usada com frequência é minimizar o peso das engrenagens devido à sua

Fig. 2. Dimensionamento inicial a - distância entre centros, b - largura do dentado, mn - módulo, z - numero de dentes, i - relaçao de transmissao, SF - segurança a flexao, SH - segurança a pressao, P - máxima potência transmissível, W - peso, Tmax / W - densidade da potência

ligação direta aos custos de

entre centros. Neste estágio inicial,

entre centros tem, neste exemplo, o

otimização para uma caixa de

é possível estimar o tamanho, peso e

menor peso e a maior densidade de

engrenagens de 50 kW: a escolha

densidade de potência das variantes

potência, mas é devido aos limites

da distância entre centros pode

da caixa de engrenagens.

superiores para o tamanho da caixa

economizar até 25% do peso da

A solução com a menor distância

fabricação (preço do material por kg). A Fig. 2 ilustra o potencial de

de engrenagens não aplicável. A

engrenagem (soluções entre 5,4

entre centros resulta em dimensões

solução intermediária (a = 112)

kg e 7,1 kg). Uma outra abordagem

pequenas da caixa de engrenagens,

fornece um bom equilíbrio entre

seria maximizar a densidade de

mas é menos atraente em termos

o tamanho pequeno do redutor,

potência da engrenagem (máx.

de peso ou densidade de potência.

o baixo peso e a segunda maior

Torque transmissível / por kg) - um

A solução com a maior distância

densidade de potência.

bom equilíbrio entre baixo peso

Lista de ferramentas geradoras

Relações de transmissao objetivos

e alta potência transmissível. Em algumas aplicações, por exemplo Geometria do cortador

Dimensionamento fino Largura do dentado

Macro geometria ótima de engrenagem

Estratégia Faixa de distância entre centros

Método de cálculo

engrenagens plásticas, as soluções com distância mínima entre centros (menores dimensões da caixa de engrenagens) são preferidas, devido ao espaço limitado no produto final, ou com o módulo mais alto para reduzir a influência das tolerâncias

Faixa do módulo

Fig. 4. Dimensionamento fino

Faixa de ângulo de pressão

Faixa de ângulo de hélice

de fabricação.

Assim, o dimensionamento inicial de engrenagens é um passo Revista Engrenagens

JULHO/2019 43

ARTIGOS importante no processo de projeto de

minimum root safety 2.050

engrenagens. Ele fornece uma faixa

Efficiency

1.950

de possíveis dimensões da caixa de engrenagens e permite otimizar

0.992

307 308

244

1.850

0.989

o peso, o tamanho e os custos de fabricação das engrenagens. Na

0.990

1.750

próxima etapa, a macro-geometria

1.650

de engrenagem precisa ser otimizada.

176 177 178

0

1.550 0.908

1.000

1.020 1.040 1.060 1.080 minimum flank safety

1.100

1.120

Macrogeometria e Otimização de Engrenagens

Fig. 5. Dimensionamento fino, análise em termos de segurança

Uma vez que a distância entre

de pressão e perfil de referência

referência da engrenagem para obter

centros e a largura do dentado são

da engrenagem está diretamente

soluções com alto contato e menor

fixas, a geometria da engrenagem

ligada à geometria da ferramenta.

variação da rigidez de contato.

pode ser otimizada com a estratégia

Assim, as restrições de fabricação

de dimensionamento fino. A ideia

podem limitar o número de soluções

centros e a largura do dentado

principal é realizar um cálculo

viáveis. A Fig. 4 mostra duas

fixas, agora é possível percorrer

variacional de parâmetros principais

abordagens possíveis: uma lista de

sobre uma faixa de módulo normal,

de engrenagem, como módulo

fresas disponíveis pode ser usada

ângulo de pressão e ângulo de hélice,

normal, ângulo de pressão, ângulo

como entrada para o procedimento

em diferentes combinações de

de hélice, número de dentes,

de dimensionamento preciso para

número de dentes e coeficientes de

deslocamento do perfil e perfil de

economizar custos que possam

deslocamento do perfil, eliminando

referência (ver Fig. 4). Com modernas

surgir devido à necessidade de

as soluções

ferramentas de software, esse

um cortador especial no processo

cálculo pode facilmente produzir

de fabricação posterior. Por outro

mais de 1000 soluções geométricas

lado, se o projeto de engrenagem

diferentes. O principal desafio é

otimizada for exclusivo, a geometria

eliminar todas as variantes não

da fresa se torna um resultado do

viáveis e aplicar uma estratégia

cálculo e abre um novo potencial de

inteligente para encontrar um ótimo.

otimização. Por exemplo, pode-se

Para a fresagem (hobbing)

Mantendo a distância entre

• onde os requisitos mínimos do fator de segurança não são atendidos • com uma penetração do perfil conjugado no pé do dente • onde a espessura na cabeça do dente é muito pequena • onde o desvio da relação de

definir um grau de recobrimento de

transmissão solicitada é muito

convencional ou cortador shaping, a

perfil desejado (εα ≥ 2) e usar essa

grande

escolha do módulo normal, ângulo

restrição para iterar sobre o perfil de

Mass [kg] 5.580

5.540

Efficiency 0.992

176 177 307 178 244 308

0.990 0.989

• onde o deslizamento específico (desgaste, atrito) é muito alto Um algoritmo simples pode classificar e extrair as melhores soluções em termos de relação de transmissão, resistência, peso, rigidez de contato, deslizamento

5.500

específico, etc. e fornecer uma lista 0

5.460 73.50

74.50

1.020

75.50

76.50 77.50

sound pressure level according to Masuda Fig. 6. Dimensionamento fino, análise em termos de nível de pressão sonora, massa e eficiência 44 JULHO/2019

Revista Engrenagens

das melhores soluções gerais, com base em uma combinação ponderada dos critérios acima. A Fig. 5 e a Fig. 6 ilustram o estágio final de tal

ARTIGOS centros, largura do dentado, ângulo

de carga ao longo do flanco é

de pressão, ângulo de hélice e relação

ideal, modificações de perfil são

de transmissão permanecem os

aplicadas para reduzir o ruído da

mesmos.

marcha. Outros efeitos, como menor temperatura de contato e maior

Fig. 7. Exemplo de duas soluções geométricas ótimas com perfil de referência padrão (à esquerda) e perfil de dente profundo (à direita)

Microgeometria e Otimização de Engrenagens

eficiência, distribuição suave de

otimização, onde apenas alguns

Na terceira e última etapa, a

a micropites podem ser alcançados.

dos melhores candidatos a melhor

micro-geometria de engrenagem é

No entanto, neste artigo vamos

solução permanecem. Solução

definida. Primeiro, as modificações

nos concentrar na otimização

Nr. 0 foi o ponto de partida após o

longitudinais do flanco são aplicadas

de parâmetros relacionados ao

procedimento de dimensionamento

para compensar a flexão e torção

ruído, tais como a linha de contato

aproximado. Todas as outras soluções

do eixo, desalinhamentos devido

sob carga, erro de transmissão

são o resultado da otimização,

a erros de fabricação, folga do

pico a pico, excitação de força e

mantendo a distância entre centros

mancal, deformação e influência do

harmônicos.

e a largura do dentado (mesmas

mancal. Modificações longitudinais

dimensões da caixa de engrenagens).

ideais normalmente aumentarão

força normal ou maior resistência

a capacidade de torque da caixa

Modificações longitudinais na linha dos flancos (hélice)

mostram um aumento significativo

de transmissão devido a uma

O fator de distribuição longitudinal

nos fatores de segurança, eficiência

distribuição de carga mais uniforme

de carga (contato) KHβ é definido

e um nível de pressão sonora mais

ao longo do flanco, reduzindo assim o

como a razão entre a maior carga

Todas as soluções otimizadas

baixo, de acordo com Masuda . A

fator de distribuição longitudinal de

por unidade de comprimento

solução número 244 mostra um

carga (contato) KHβ. Normalmente,

(carga linear) dividida pela carga

bom equilíbrio entre alta resistência

uma modificação do ângulo da

média sobre a largura do dentado

e eficiência com baixo nível de

hélice é aplicada para compensar os

[1]

massa e ruído. Assim, introduzimos

desalinhamentos do eixo sob carga

fator de distribuição longitudinal

um método eficaz para otimizar a

e uma coroação para compensar os

de carga (contato) seria igual a um.

macro-geometria de engrenagem

erros de fabricação aleatórios e os

O Anexo E da ISO 6336 descreve

sob determinadas restrições de

efeitos de torção.

uma abordagem possível para

[5]

fabricação. Na próxima etapa, a

calcular o fator KHβ, considerando

Uma vez que a distribuição

micro-geometria de engrenagem

. Assim, sob condições ótimas, o

Cálculo do eixo

é definida. Para uma análise mais aprofundada, usaremos duas variantes de engrenagem

Desalinhamento do eixo

diferentes (conforme ilustrado na Fig. 7) a partir do procedimento de dimensionamento fino. A engrenagem à esquerda tem um padrão ISO 53: perfil de referência C [2]

. A engrenagem à direita tem um

perfil de dente profundo, otimizado

Macro-geometria ótima de engrenagem

Fator de distribuiçao longitudinal de carga khβ

Modificações ótimas de hélice

Estratégia Iso 6336 anexo E

para um grau de recobrimento de perfil de 2 e tem um módulo normal levemente mais baixo. Outros parâmetros como distância entre

Erros de fabricação

Lista de rebolos Lista de dispositivos de dressagem

Fig. 8. Otimização do fator de distribuição longitudinal de carga (contato) com modificações de hélice Revista Engrenagens

JULHO/2019 45

ARTIGOS 0.030

without bearing stiffness with bearing stifness

Displacement [mm]

0.020

de fabricação podem ter um sinal positivo ou negativo, vários cenários

0.010

devem ser analisados. A Fig. 10

0

ilustra a distribuição de carga para 5

-0.010

casos diferentes:

-0.020

• fma = 0 e fHβ = 0

-0.030

• fma (+) e fHβ (+)

-0.040 -0.050 0

• fma (+) e fHβ (-) 40 80 120 160 Axial direction y [mm]

200

• fma (-) e fHβ (+) • fma (-) e fHβ (-)

Fig. 9. Linha de flexão do eixo 60 120 Line load wb [N/mm]

De acordo com a ISO 6336, Anexo

Line load fma = 0µm/ ΣfHβ = 0µm Right Tooth Flank Line load fma = 13.8µm/ ΣfHβ = 12µm Right Tooth Flank Line load fma = 13.8µm/ ΣfHβ = -12µm Right Tooth Flank Line load fma = -13.8µm/ ΣfHβ = 12µm Right Tooth Flank Line load fma = 13.8µm/ ΣfHβ = -12µm Right Tooth Flank

180 240 300

E, o cálculo da resistência deve ser realizado com o fator de carga máxima mais alto (neste exemplo, KHβ = 2,2) que resulta dos 5 casos

KHb_max = 2.2

360

acima. Para otimizar a distribuição

No flankline modifications applied

420

de carga e o fator de distribuição

480 540

longitudinal de carga (contato) com erros de fabricação, um

-120

-6.0 0 6.0 12.0 Width [mm] Fig. 10. Carga linear resultante sem modificações na linha de flanco

abaulamento de largura adicional é normalmente aplicado. A ideia é

o desalinhamento do eixo devido

considerada, o dimensionamento de

reduzir a carga linear máxima e,

a deformação de flexão, torção

uma modificação do ângulo da hélice

para todos os cenários de erros de

e erros de fabricação (ver Fig. 8).

pode estar errado e, em alguns casos,

fabricação, deslocar a carga da linha

Modificações longitudinais (hélice)

até mesmo fornecer uma distribuição

de pico para longe das bordas da

são aplicadas para compensar a

de carga pior do que se nenhuma

engrenagem. A Fig. 11 ilustra a carga

distribuição de carga desigual.

modificação fosse aplicada.

da linha com um abaulamento de

Para engrenagens com alto

Além disso, as tolerâncias de

qualidade, o fator de distribuição

fabricação, como o não-paralelismo

Neste exemplo, o maior KHβ aparece

longitudinal de carga (contato)

do eixo (fma) e o desvio angular

para fma (+) e fHβ (+) e é igual a

depende principalmente da

na linha dos flancos (fHβ) devem

1,4. A aplicação do KHβ resultante

deformação do eixo devido à flexão.

ser consideradas. Como os erros

no cálculo de resistência resultou

largura adicional de 10 mícrones.

0 I 30 90

cálculo analítico da deformação

120

rolamento não linear resultante da geometria interna do rolamento, conforme descrito na ISO/TS 16281 [3] (consulte a curva vermelha). A curva azul ilustra a linha de flexão com rigidez de rolamento infinita. Assim, se a rigidez do rolamento não for 46 JULHO/2019

Revista Engrenagens

Line load wb [N/mm]

Fig. 9 ilustra os resultados de um

Line load fma = 0µm/ ΣfHβ = 0µm Right Tooth Flank Line load fma = 13.8µm/ ΣfHβ = 12µm Right Tooth Flank Line load fma = 13.8µm/ ΣfHβ = -12µm Right Tooth Flank Line load fma = -13.8µm/ ΣfHβ = 12µm Right Tooth Flank Line load fma = 13.8µm/ ΣfHβ = -12µm Right Tooth Flank KHb_max = 1.4

150 180 210 240 270 300 -120 330

-6.0

0

Width [mm]

6.0

12.0

-3 -6 -9 -12 -15 -18 -21 -24 -27 -30 -33

I = 17.249

otimizar a distribuição da carga. A

do eixo considerando a rigidez do

II

Fun [µm]

cálculo de deformação do eixo para

Resulting flankline with modifications II = 17.249

Portanto, é importante realizar um

0 0 0 10 [µm] 0 0 21.0 [µm] 0 22.5 [µm] 0 33.5 0 0 -15.0 -12.0 -9.0 -6.0 -3.0 0 3.0 6.0 9.0 12.0 15.0 0 Face width, left tooth flank [mm] 0

Fig. 11. Carga linear resultante com modificações longitudinais

ARTIGOS Modifications C [mym] 0.000

em segurança de raiz 45% maior e

-2.500

-5.000

-7.5000

-10.000

segurança de flanco, 20% maior.

Uma importante restrição de fabricação a considerar aqui é a torção de fabricação. Ao usar a retificação por geração continua para produzir abaulamento de largura em engrenagens helicoidais, uma torção Theoretical crowing

pode aparecer devido ao movimento

Resulting crowning with manufacturing twist

de retificação do rebolo. Se não for

Fig. 12. Influência da torção de fabricação no abaulamento de largura

compensado, isso pode levar a uma

a deformação das engrenagens

carga linear efetiva mais alta. A Fig.

é dividida em três componentes

12 ilustra a forma do abaulamento de

principais: engrenagem

devido à fabricação. A compensação

de transmissão • Força de excitação

• Deformação do corpo da

largura com a influência da torção

• Amplitude do espectro do erro

• Linha de contato sob carga O erro de transmissão (TE -

da torção não é uma tarefa simples,

• Deformação por flexão de dente

Transmission Error) descreve o

especialmente devido à falta de

• Aplainamento Hertziano

desvio do ponto de contato teórico

Com base nessa teoria, um

do ponto de contato considerando a

literatura disponível, e requer o uso de máquinas modernas de retificação.

modelo analítico de rigidez pode

deformação do dente. Especialmente

ser criado. Uma análise de contato

o erro de transmissão pico-a-pico

Análise de contato de dentes sob carga

de dente sob carga pode então ser

(PPTE - Peak-to-Peak Transmission

realizada com base na deformação

Error) é um parâmetro valioso

O objetivo da análise do contato

do dente, desalinhamentos do eixo,

para a otimização de ruído. A

do dente sob carga (LTCA - Loaded

erros de fabricação (por exemplo,

transformação de Fourier fornece

Tooth Contact Analysis) é avaliar

erro de passo) e uma carga parcial

as ordens de harmônicos e permite

o engrenamento sob carga. Para o

definida para o cálculo (ver Fig. 13).

avaliar as frequências de excitação.

cálculo da deformação do dente, é

Os resultados do LTCA fornecem

A partir do erro de transmissão e da

necessário um modelo de rigidez do

parâmetros importantes para a

rigidez de contato, é possível derivar

dente. Um modelo analítico para a

caracterização de ruído e otimização

a força de excitação (EF - Excitation

deformação do dente foi apresentado

de:

Force) [7] que permite comparar

por Weber & Banaschek , onde

• Erro de transmissão

[6]

diferentes soluções geométricas em termos de excitação por vibração e ao

Cálculo do eixo

erro de transmissão, para encontrar a melhor variante com redução do barulho. Além disso, a linha de

Desalinhamento do eixo

Geometria e engrenagem e modificações de hélice

Análise de contato Carga parcial Modelo de rigidez do dente

contato sob carga mostra a mudança Resposta do sistema sob carga Ppte, rigidez de contato, relação de contato, linha de contato

do ângulo de pressão no início e no final da engrenagem. Este fenômeno será mais tarde referido como “choque de contato” (veja a Fig. 14).

Duas soluções de exemplo do procedimento de dimensionamento

Erros de fabricação

Fig. 13. Análise do contato

fino foram apresentadas. A Fig. 17 ilustra os resultados de uma análise de contato de dente sob carga. Ambas Revista Engrenagens

JULHO/2019 47

ARTIGOS A Fig. 19 ilustra a linha de

não tenha mudado para ambas as

contato sob carga com choques

variantes, os níveis de amplitude

de contato eliminados quando se

são reduzidos. A Fig. 22 ilustra outra

aplica um alívio de cabeça de Cαa

vantagem quando se aplica um

Fig. 14. Choque de contato

= 22µm no exemplo com um perfil

alívio da cabeça: a segunda e mais

as soluções mostram um choque

de referência padrão e Cαa = 15 µm

altas ordens de harmônicas foram

de contato no começo e no final da

para o exemplo de dente profundo.

reduzidas, especialmente para o

malha. Devido a um maior grau

O erro de transmissão pico a pico

exemplo com dente profundo. A

de recobrimento de perfil e maior

(veja a Fig. 20) foi reduzido em ambos

forma de um sinal com apenas uma

rigidez, as amplitudes de erro de

os casos. Os níveis mais baixos de

harmônica dominante é semelhante

transmissão e excitação de força são

ruído podem ser esperados para

a uma onda seno / cosseno. Ao

menores para a solução com dente

o exemplo com dente profundo:

contrário, se muitas ordens de

profundo. Por outro lado, o espectro

a curva de erro de transmissão é

harmônicas são dominantes, o

de amplitude mostra ordens de

mais suave e tem uma amplitude

sinal tem a forma de uma função

harmônicas menos significativas

menor. Isso pode ser explicado com

quadrada, o que é desfavorável. A

para o perfil de referência padrão.

o maior grau de recobrimento de

Fig. 23 ilustra os diagramas de perfil

perfil e a rigidez quase constante

de ambas as variantes. Se fabricado

Modificações de perfil

do dente profundo. Mesmos efeitos

com rebolo de geração, uma roda de

O passo final é o dimensionamento

podem ser observados para a força

dressagem é normalmente usada

das modificações do perfil.

de excitação (veja a Fig. 21). Embora

para moldar o perfil do rebolo que

Diferentes características como

o valor médio da força de excitação

mais tarde produz as modificações.

modificações de perfil bem dimensionadas. Neste artigo vamos nos concentrar na redução do ruído seguindo uma estratégia simples: 1. Elimine os choques de contato no início e no final do engrenamento.

2. Reduza a amplitude do erro de transmissão (PPTE).

3. Reduza o segunda e mais altas

-8.0 -6.0 -4.0 -2.0 0 2.0 4.0 6.0 8.0 Angle of rotation (Gear A) [°] TE (exemplo Perfil C) Fig. 15. Erro de transmissão

ordens de harmônicas para se tornar Na ISO 21771, diferentes tipos de modificação são definidos.

Normalmente, um alívio de cabeça (consulte a Fig. 18) nas duas engrenagens é aplicado para reduzir o ruído da marcha. A quantidade de alívio de cabeça Cαa é ajustada para eliminar os choques de contato e o comprimento do alívio de cabeça Lca é escolhido para minimizar o PPTE. 48 JULHO/2019

Revista Engrenagens

Exicitation force [N]

o mais próximo possível de zero.

13400 13200 13000 12800 12600 12400 12200 12000 18000 11600 11000

12.0

16.0 20.0 24.0 Angle of rotation (Gear A) [°] Força de excitação (exemplo Perfil C) Fig. 16. Força de Excitação

28.0

-13.00 -13.50 -14.00 -14.50 -15.00 -15.50 -16.00 -16.50 -17.00 -17.50 -18.00

C

-5.0 -4.0 -3.0 -2.0 -1,0 0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0

Angle of rotation (Gear A) [°] TE (exemplo de dente profundo)

Transmission error µm

podem ser melhoradas com

Transmission error µm

eficiência, micropites ou raspagem

Transmission error µm

ruído, temperatura de contato,

C

-13.00 -13.50 -14.00 -14.50 -15.00 -15.50 -16.00 -16.50 -17.00 -17.50 -18.00

13400 13200 13000 12800 12600 12400 12200 12000 18000 11600 11000

6.0

8.0

10.0

12.0

14.0 16.0

Angle of rotation (Gear A) [°] Excitação de força (exemplo de dente profundo)

0.80

0.72

0.72

0.64

0.64

0.56

0.56

0.48 0.40 0.32 0.24

0

definida. Parâmetros como módulo Order of harmonics 0 4.0 8.0 12.0 16.0 20.0

0

otimizados para atender a diferentes critérios de projeto. Uma lista de 0

4.0

8.0 12.0 16.0 20.0 Order of harmonics TE Harmônicas (exemplos de dente profundo)

Fig. 17. Amplitude do espectro do erro de transmissão

Alternativamente, um perfil de

tooth space

Lca

propriedades como, por exemplo,

dNf

Cαf

E

uma maior rigidez de engrenamento ou um maior grau de recobrimento de perfil.

Na etapa final, a micro-

Lcf

Cαf

dCf

a otimizar os custos de fabricação.

ser usado para atingir certas

A

LAE

tooth

dCa

cortadores disponíveis pode ajudar

referência não padronizado pode Cαa

Cαa

dNa

normal, ângulo de pressão, ângulo de hélice e perfil de referência são

0.24

0.08

20.0

0.005

0.32

0.08

8.0 12.0 16.0 Order of harmonics TE (exemplo Perfil C)

geometria de engrenagem é

0.010

0.40

0.16

4.0

Na próxima etapa, a macro-

0.015

0.48

0.16 0 0

tratamento térmico pode ajudar.

Amplitude [µm]

0.80

Amplitude [µm]

Amplitude [µm]

ARTIGOS

rooth

geometria de engrenagem é definida. É demonstrado que

Fig. 18. Alívio de cabeça e de raiz

A avaliação, se uma modificação

térmico / acabamento e deve ser

a aplicação de modificações

específica puder ser realizada com

considerada no processo de projeto.

longitudinais bem projetadas pode

rebolos/dispositivos de dressagem

aumentar significativamente a

disponíveis, pode economizar

Resumo

capacidade de torque de uma caixa

custos e tempo. Em alguns casos,

O procedimento de

de engrenagens. Uma torção de

as modificações são diretamente

dimensionamento das engrenagens

fabricação resultante do processo de

integradas na forma da fresa caracol.

cilíndricas pode ser dividido em três

fabricação pode limitar o potencial

etapas principais: inicial, fino e de

de otimização. Uma análise de

fabricadas com um sobremetal para

modificaçãoes de micro-geometria.

contato de dente sob carga permite

retificação que será removido no

Na etapa de dimensionamento

quantificar parâmetros de ruído,

processo de rasqueteamento para

inicial, definem-se as dimensões

como linha de contato sob carga,

atender aos requisitos dimensionais.

da caixa de engrenagens, como a

incluindo choques de contato,

A escolha do método de tratamento

distância entre centros e a largura

erro de transmissão pico a pico,

térmico de engrenagens define

do dentado. Se as dimensões

força de excitação e harmônicas.

basicamente a quantidade de

resultantes da caixa de engrenagens

Modificações de perfil são então

sobremetal para o processo de

forem muito grandes, a escolha de

aplicadas para melhorar os

acabamento [8]. Ao selecionar um

um melhor material ou processo de

parâmetros acima e diminuir a

As engrenagens são geralmente

processo de tratamento térmico com menor distorção, a quantidade de sobremetal pode ser reduzida para minimizar a usinagem de superfícies endurecidas e reduzir os custos gerais de fabricação. Por isso, a fabricação de modificações está vinculada ao processo de tratamento

Linha de contato com alívio de cabeça

Linha de contato com alívio de cabeça, dente profundo

Fig. 19. Linha de contato otimizada Revista Engrenagens

JULHO/2019 49

C

-17.00 -18.00 -19.00 -20.00 -21.00 -22.00 -23.00 -24.00 -25.00 -26.00

Transmission error µm

Transmission error µm

ARTIGOS -17.00 -18.00 -19.00 -20.00 -21.00 -22.00 -23.00 -24.00 -25.00 -26.00

C

fonte de vibrações.

Agradecimentos - Sr. Udo Fiorini - Publisher e Diretor S+F Editora - Revista ENGRENAGENS – Gears Magazine, pela sua colaboração nesta publicação.

-5.0 -4.0 -3.0 -2.0 -1,0 0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 -8.0 -6.0 -4.0 -2.0 0 2.0 4.0 6.0 8.0 Angle of rotation (Gear A) [°] Angle of rotation (Gear A) [°] TE (exemplo Perfil C com alívio de cabeça) TE (exemplo de dente profundo com alívio de cabeça)

Exicitation force [N]

Exicitation force [N]

13400 13200 13000 12800 12600 12400 12200 12000 18000 11600 11000

Busacca pelo ESTUDIO PIÑA-

13400 13200 13000 12800 12600 12400 12200 12000 18000 11600 11000

KISSsoft Latin American Partner.

Referências [1] ISO 6336, Calculation of load capacity of spur and helical gears, Part 1,2,3 and 6, 2006.

[2] ISO 53, Cylindrical gears for general and heavy engineering — Standard

12.0 16.0 20.0 24.0 28.0 6.0 8.0 10.0 12.0 14.0 16.0 Angle of rotation (Gear A) [°] Angle of rotation (Gear A) [°] TE (exemplo Perfil C com alívio de cabeça) TE (exemplo de dente profundo com alívio de cabeça)

20.0

Harmônicas (exemplo Perfil C com alívio de cabeça) -22.0

-33.0

Fig. 22. Espectro do erro de transmissão otimizado d [mm]

0

Geometry, Gearsolutions, 2008.

[5] Masuda, T.: Prediction Method of Gear Noise Considering the Influence of the Tooth Flank Finishing Method, Japan, 1986.

4.0

8.0

12.0 16.0 20.0 Order of harmonics

Harmônicas (exemplos de dente profundo com alívio de cabeça)

Fig. 23. Diagramas de perfil, perfil C (esquerda), dente profundo (direita) Revista Engrenagens

Methods for calculating the modified

[4] Kissling, U.: Layout of the Gear Micro

d [mm]

16.0 14.0 dSa = da = 58.385 dSa = da = 60.478 15.0 dNa.i = dFa.i = 58.375 13.0 dNa.i = dFa.i = 60.478 14.0 12.0 13.0 dCa = 56.089 dCa = 56.388 11.0 12.0 dm = 54.942 dm = 55.703 11.0 10.0 10.0 dSm = 53.986 dSm = 54.197 9.0 9.0 8.0 8.0 7.0 7.0 6.0 6.0 5.0 dNf.i = 51.604 dNf.i = 51.222 5.0 -8.5 4.0 dSf = dFf.e 51.499 dSf = dFf.e 50.928 4.0 -24.0 -12.0 0 3.0 -32.0 -16.0 0 Fa, right tooth flank [µm] Fa, right tooth flank [µm] Alívio de cabeça Caα = 22 µm Alívio de cabeça Caα = 15 µm

50 JULHO/2019

[3] ISO/TS 16281, Rolling bearings -

loaded bearings, 2008.

-15.0

8.0 12.0 16.0 Order of harmonics

basic rack tooth profile, 1998.

reference rating life for universally

0.80 0.72 0.64 0.56 0.48 0.40 0.32 0.24 0.16 0.08 0

-23.5

0.80 0.72 0.64 0.56 0.48 0.40 0.32 0.24 0.16 0.08 0

Amplitude [µm]

Amplitude [µm]

Fig. 21. Força de excitação otimizada

4.0

Ilja Tsikur pela KISSsoft AG; e Ing. Jose Luis Piña e Lic. Valeria

Fig. 20. Erro de transmissão otimizado

0

Sobre o autor: KISSsoft M.Sc.

[6] Weber C., Banaschek K.: FVABericht 129 und 134, Elastische Formänderung der Zähne und der anschliessenden Teile der Radkörper von Zahnradgetrieben, FVA 1955.

[7] FVA-Bericht Nr. 487, 2011.

[8] Nicholas Bugliarello, Biji George, Don Giessel, Dan McCurdy, Ron Perkins, Steve Richardson & Craig Zimmerman: Heat Treat Processes for Gears, Gear Solutions, July 2010.

[9] ISO 21771 Gears - Cylindrical involute gears and gear pairs - Concepts and geometry

CONTEÚDO TÉCNICO

ANÁLISE GEOMÉTRICA POR MEIO DAS DIMENSÕES M

Por Norberto Mazzo

A

análise geométrica do dentado de uma

rebaixados e estriados ou, ainda, nos dentados helicoidais

engrenagem física desconhecida, consiste

onde o ângulo de hélice é muito grande e a largura muito

em determinar os seus dados construtivos,

pequena. Para engrenagens com dentados internos

como módulo normal, ângulo de perfil, ângulo de hélice

também há essa impossibilidade. Para esses casos,

sobre o diâmetro de referência, etc., ou seja, todas as

desenvolvi um método onde é possível determinar o passo

características necessárias para um desenho completo do

base por meio de duas dimensões sobre pinos. Uma com

dentado.

pinos maiores (dMg), que tocam os perfis evolventes anti-

Inicialmente, precisamos determinar o passo base normal. A maneira mais simples de determiná-lo é por meio das dimensões W, uma sobre k e outra sobre k-1

homólogos mais próximos à cabeça do dente e outra com pinos menores (dMp) que tocam os perfis evolventes antihomólogos mais próximos ao pé do dente.

dentes consecutivos, como por exemplo, sobre 3 e 2 dentes (W3 e W2), ou sobre 4 e 3 dentes (W4 e W3) e assim por

Dentados Retos

diante. Esse método é bastante simples e de conhecimento

Para facilitar a compreensão, inicialmente vamos deduzir

da grande maioria dos profissionais que trabalham com

as fórmulas para um dentado reto (β=0). Considere a Fig.

engrenagens.

1 e acompanhe o desenvolvimento das equações de [1] até

Um problema que encontramos frequentemente

[13]

e da expressão [14]. Observe o setor circular em destaque

é a impossibilidade de se tomar a dimensão W sobre

(pintado em cinza) na Fig.. Os dois raios que o formam,

dois números de dentes consecutivos. Por exemplo, é

são os raios base da roda (rb) e o arco é a diferença entre

possível medir sobre dois dentes (W2), mas não sobre três

os raios dos pinos utilizados para a medição. Pela Fig.,

(W3) nas rodas com número reduzido de dentes. Essa

podemos definir o ângulo central (θ) desse setor circular

impossibilidade é comum, também, nas rodas com dentes

de duas maneiras:

dMg

[1]

(dMg - dMp)/2 inv αMg

αM g αM p

inv αMp

[2]

Mg

Mp

dMp

Isolando rb na equação [1]: Dimensões sobre 2 pinos

rb

Cp

[3]

Cg [4]

Fig. 1. Dentado Externo Reto Revista Engrenagens

JULHO/2019 51

CONTEÚDO TÉCNICO numéricos conhecidos como zero de uma função, podem [5]

Igualando [1] e [2]:

ser encontrados em livros de matemática ou mesmo em sites da internet. Com o raio base (rb) podemos determinar o passo base: [15]

[6]

αMg e αMp, quando independentes (fora de uma função),

Sabemos que:

devem ser aplicados em radianos.

[16] [7] [17] [8]

Pelo triângulo retângulo azul da Fig., temos:

Igualando [15] e [16]: [18] [9]

Pelo triângulo retângulo vermelho da Fig., temos:

[19]

[20]

[10]

Substituindo

[7]

e

[8]

em

[2]

: [11] [12]

Substituindo [12] em [3]:

Note que, o que importa realmente é o produto (mn•cos α) e não as duas grandezas individuais. Os ângulos de perfil mais empregados são: 14º30’

15º00’

16º00’

17º00’

17º30’

18º00’

20º00’

22º30’

25º00’

27º30’

30º00’

37º30’

18º30’ 45º00’

Os ângulos de 30º e superiores são empregados, com [13]

frequência, nos estriados e não nas engrenagens. Com o passo base ou com o raio de base calculado e adotando-se o ângulo de perfil, podemos calcular o módulo normal

[14]

Na expressão [14], temos uma única incógnita que é rb.

Note que rb, além de aparecer de forma independente, aparece também como argumento de funções trigonométricas. Trata-se, portanto, de uma expressão

(mn) com as equações [17] e [20], respectivamente.

Incorreta Correta

w3= 38,88 5 24,2 w2=

rb

transcendente, cuja solução não pode ser resolvida por meio da álgebra. Precisamos, portanto, recorrer a um cálculo numérico. Vamos variar rb até que a condição imposta pela expressão [14] seja satisfeita. Quando isto

,225 = 63 804 p , M = 72 Mg

acontecer teremos o raio base (rb) da roda. Para esse procedimento, o melhor caminho é utilizar um método de cálculo numérico como, por exemplo, o método da bissecção ou outro de sua preferência. Cálculos 52 JULHO/2019

Revista Engrenagens

Fig. 2. Dentado Externo Reto

dMg = 16,000 dMp = 12,000

CONTEÚDO TÉCNICO dMpt dMp

dMg dMgt

ref [4]

(dMg - dMp)/2 inv αMg inv αMp

ref [5]

Mg

Mp

St

αMg αMp

ref [9]

Dimensões sobre 2 pinos rb

r Cp

ref [10]

Cg

Fig. 3. Dentado Externo Helicoidal – Vista Transversal

Agora podemos aplicar a expressão [14], pois temos uma única incógnita que é o rb.

Para cada ângulo de perfil adotado, teremos um módulo normal distinto, de modo que o passo base

ref [14]

será sempre o mesmo. Sendo assim, o perfil evolvente também o será. Se compararmos o perfil do dente da

Como não podemos resolvê-la por meio da álgebra,

peça física que estamos analisando com o perfil obtido

vamos utilizar o método numérico da bissecção (ou

por meio de nossos cálculos, onde o ângulo de perfil

dicotomia). Embora W3 seja uma dimensão incorreta,

diverge, um do outro, veremos que a diferença entre

como vimos acima, podemos utilizá-la para calcular o

eles é o perfil trocoidal, aquele que liga o perfil evolvente

raio de base aproximado e com ele, adotar o intervalo a

com o pé do dente. Se a diferença entre os ângulos de

ser considerado para o cálculo de rb.

perfil for pequena, a diferença entre os perfis trocoidais

→

será desprezível. Se for muito grande, poderemos ter problemas de interferência.

Vamos adotar o intervalo entre 18,30 e 18,90. Na 16º Exemplo de uma Análise Geométrica Utilizando o

iteração encontramos a raiz, ou seja, rb = 18,793652 com

Método das Dimensões M para Dentado Reto

erro = 0.000073.

Vamos considerar a roda dentada da Fig. 2. Com

Adotamos um ângulo de perfil de 20°.

oito dentes apenas, é possível tomar a dimensão W2 (dimensão sobre dois dentes consecutivos). Note,

ref [20]

porém, que não é possível tomar a dimensão W3, pois o instrumento tocará nos vértices entre a cabeça e os

Dentados Helicoidais

perfis evolventes e não nos flancos, onde deveria tocar.

Para os dentados helicoidais vamos considerar a Fig.

Portanto, vamos aplicar o método das dimensões M:

3. Primeiramente precisamos determinar o ângulo de

Selecionamos dois pares de pinos, cujos diâmetros distintos podem ser utilizados para as duas medições que precisamos para determinar o raio base. São eles: dMp = 12,000 e dMg = 16,000.

hélice sobre o diâmetro de referência (β), a partir de um ângulo de hélice (βy) medido sobre um diâmetro qualquer dMp = 8,000

dMg = 11,000

85 Mp = 53,0

Com a utilização dos pinos diâmetro 16,000 Mg = 72,804 Com a utilização dos pinos diâmetro 12,000

60 Mg = 64,1

Tomamos, então, as duas dimensões sobre pinos:

Mp = 63,225 Primeiro, vamos calcular a distância entre o centro da roda até o centro do pino para as duas dimensões M, ou seja, Cg para os pinos maiores e Cp para os pinos menores:

Fig. 4. Dentado Externo Helicoidal Revista Engrenagens

JULHO/2019 53

CONTEÚDO TÉCNICO

NANO: ÚLTIMO LANÇAMENTO!

54 JULHO/2019

Revista Engrenagens

CONTEÚDO TÉCNICO dMg

(dy). Afinal, quando medimos o ângulo, não sabemos

dMp Dimensões sobre 2 pinos

ainda, qual é o diâmetro de referência (d).

A melhor maneira de se medir o ângulo de hélice, é (dMg - dMp)/2

inv αMp inv αMg

sugestão: 1. Utilizar um “disco” cujo diâmetro (dy) esteja entre os círculos de pé e de cabeça.

αMg

αMp

Mg Mp

Abaixo, está um procedimento de como fazer isso, como

rb Cg Cp

utilizando uma máquina medidora de engrenagens.

2. Arbitrar um ângulo para o platô da máquina, próximo ao ângulo de hélice estimado da engrenagem.

Fig. 5. Dentado Interno Reto

3. Movimentar o apalpador da máquina sobre a hélice [26]

sem que a pena do registrador toque no papel, no caso de um registrador mecânico.

4. Girar o platô da máquina para corrigir o traçado do registrador.

5. Repetir os procedimentos acima em 2, 3 e 4 até que o registrador trace as melhores linhas verticais.

[27]

6. Efetuar os procedimentos acima em 3 ou 4 dentes

Cálculo de Cg e Cp:

equidistantes.

7. Registrar os gráficos no papel para documentar o [28]

trabalho.

8. Anotar no papel, o ângulo obtido (βy) e o diâmetro do

“disco” (dy) utilizado na medição.

9. O ângulo de hélice sobre o círculo de referência poderá ser calculado com a equação

[21]

[29]

, após

determinarmos o mn:

Pelo triângulo retângulo azul da Fig. 2, temos: [21]

Cálculo do ângulo de hélice sobre o diâmetro base (βb) em

[30]

Pelo triângulo retângulo vermelho da Fig. 2, temos:

função do ângulo (βy) medido sobre o diâmetro dy:

[22]

[31]

[23] [32]

[24]

[33]

Cálculo dos diâmetros virtuais (dMgt e dMpt) dos pinos de

Aqui temos, também, uma expressão transcendente.

dMp):

seja satisfeita. Quando isto acontecer teremos o raio base

medição em função dos diâmetros reais dos pinos (dMg e [25]

Variar rb até que a condição imposta pela expressão [33] da roda. Com o raio base (rb), podemos determinar o passo base normal: Revista Engrenagens

JULHO/2019 55

CONTEÚDO TÉCNICO dMp

dMpt dMgt

dMg

Dimensões sobre 2 pinos ref [33]

, pois temos

apenas uma incógnita que é o rb. Como no exemplo

inv αMgt

αMpt αMgt

anterior, podemos calcular o raio de base aproximado

Mg Mp

Cg Cp

(dMg - dMp)/2 inv αMpt

rb

Agora podemos resolver a expressão

[33]

por meio das dimensões W2 e W3, que será útil para adotarmos o intervalo. Nesse caso, entre 17,00 e 19,00 mm. Na 18º iteração encontramos a raiz, ou seja, rb = 18,563751 com erro = 0.000061.

Fig. 6. Dentado Interno Helicoidal [34]

ref [24]

Passo base: Exemplo de uma Análise Geométrica Utilizando o Método das Dimensões M para Dentado Helicoidal Para esse exemplo, vamos considerar a roda mostrada na

Adotei um ângulo de perfil de 20°.

ref [34]

Fig. 4, também com reduzido número de dentes, ou seja, z = 9. Aqui, também, selecionamos dois pares de pinos,

ref [17]

cujos diâmetros distintos vão ser utilizados para as duas medições. São eles: dMp = 8,000 e dMg = 11,000.Tomamos, então, as duas dimensões sobre pinos:

Cálculo do ângulo de hélice sobre o diâmetro de referência (d):

Com a utilização dos pinos diâmetro 11,000 Mg = 61,160

ref [21]

Com a utilização dos pinos diâmetro 8,000 Mp = 53,085

Método das Dimensões M para Dentado Interno Reto e

Tomamos o ângulo de hélice βy = 30°02’43” (que

Helicoidal

corresponde a 30,04536° no modo decimal) sobre o

Para a determinação do passo base em rodas com dentado

diâmetro de 47,50, utilizando uma máquina própria

interno, o caminho é o mesmo, exatamente como no

para medição de engrenagens. O diâmetro de 47,50 foi

dentado externo. Veja as condições geométricas para

escolhido arbitrariamente.

dentado reto na Fig. 5 e para dentado helicoidal na Fig. 6.

Cálculo de Cg e Cp: Fórmula geral: ref [28]

[35]

ref [29]

ref [30]

Sendo frac z/2 = parte fracionária de z/2 que pode resultar zero ou 0,5. Simplificando: Para número par de dentes:

ref [31]

[36]

[37]

ref [27]

56 JULHO/2019

Revista Engrenagens

Para número ímpar de dentes:

CONTEÚDO TÉCNICO

Tomamos, então, as duas dimensões entre pinos: Com a utilização dos pinos diâmetro 6,000 → Mg = 41,316

44,699

41,316

g dM

Ø5 ,00 0=

dMp = 5,000 e dMg = 6,000.

0= ,00 Ø6

dM p

como nos exemplos acima:

Com a utilização dos pinos diâmetro 5,000 → Mp = 44,699

ref [36] ref [37]

Fig. 7. Dentado Interno Reto ref [9]

[38]

ref [10]

Resolvendo a expressão

[43]

, aplicando o método numérico

da bissecção considerando o intervalo [21,00, 23,00], [39]

Pelo triângulo retângulo azul das Figs. 5 e 6, temos:

encontramos a raiz, ou seja, o rb = 21,997833, com erro igual a 0,000061 na 18ª iteração. Adotando um ângulo de perfil de 30°, comumente utilizado em estriados, encontramos o módulo:

[40]

= diametral pitch

Pelo triângulo retângulo vermelho das Figs. 5 e 6, temos:

ref [20]

Exemplo para Análise Geométrica de uma Roda [41]

Logo, para o dentado helicoidal, temos:

Dentada Interna Helicoidal Temos uma roda dentada anelar com 45 dentes helicoidais internos. Selecionamos dois pares de pinos dMp = 16,000 e dMg = 20,000.

Tomamos, então, as duas dimensões entre pinos:

[42]

E para o dentado reto, a expressão simplificada:

Com a utilização dos pinos diâmetro 20,000 Mg = 458,340 Com a utilização dos pinos diâmetro 16,000 Mp = 476,200

[43]

Tomamos o ângulo de hélice βy = 24°40’00” (que

Variar rb até que as condições impostas pelas expressões

corresponde a 24,66667° no modo decimal) sobre o

acima sejam satisfeitas. Quando isto acontecer teremos

diâmetro de 489,00, utilizando uma máquina própria

o raio base. Com o raio base (rb), podemos determinar o

para medição de engrenagens. O diâmetro de 489,00 foi

passo base normal aplicando a equação

:

[34]

escolhido arbitrariamente.

Exemplo para Análise Geométrica de uma Roda Dentada Interna Reta

ref [38]

Temos uma peça física com estriado interno, 16 dentes.

Veja a Fig. 7. Selecionamos dois pares de pinos, cujos diâmetros distintos podem ser utilizados para as duas

ref [39]

medições que precisamos para determinar o passo base, Revista Engrenagens

JULHO/2019 57

CONTEÚDO TÉCNICO ref [30]

ref [31]

Notação utilizada d

Diâmetro de referência

dy

Diâmetro qualquer adotado

dMg

Diâmetro real do pino maior

dMp

Diâmetro real do pino menor

dMgt

Diâmetro virtual do pino maior

da bissecção considerando o intervalo [228,0, 232,0],

dMpt

Diâmetro virtual do pino menor

encontramos a raiz, ou seja, o rb = 230,386383, com erro

mn

MĂłdulo normal

igual a 0,000061 na 19ª iteração. Passo base normal (Pbn):

Mg

DimensĂŁo sobre (ou entre) pinos maiores

Mp

DimensĂŁo sobre (ou entre) pinos menores

Pb

Passo base

Resolvendo a expressĂŁo

[41]

, aplicando o mĂŠtodo numĂŠrico

ref [24]

ref [34]

Adotando um ângulo de perfil de 20°, encontramos o módulo normal (mn):

Pbn

Passo base normal

rb

Raio de base

z

NĂşmero de dentes

Îą

Ă‚ngulo de perfil

β

Ă‚ngulo de hĂŠlice sobre d

βy

Ă‚ngulo de hĂŠlice sobre dy

ref [17]

Os resultados obtidos nos exemplos apresentados aqui são extremamente precisos, em função dos

Sobre o autor: Norberto Mazzo ĂŠ consultor em Engrenagens, Diretor na Norberto Mazzo Consultoria.

dados teĂłricos que foram, didaticamente, aplicados.

Na pråtica, devido às imprecisþes das mediçþes, da

ReferĂŞncias

qualidade dos pinos e dos instrumentos utilizados

MAZZO, N. Engrenagens Cilíndricas - da Concepção à Fabricação.

SĂŁo Paulo: Edgard BlĂźcher Ltda. 2013.

e, tambÊm, dos erros da própria peça, os resultados poderão divergir um pouco. Ao invÊs de mn = 5,000, poderíamos encontrar mn = 5,008, por exemplo. A divergência dependerå, obviamente, da magnitude das imprecisþes.

ALL IndĂşstria de Lubrificantes Ltda.

Fone: +55 (31) 3911.3630 Rodovia JosÊ Benedito de Paiva, 4185 Bairro Maçaranduba - São Gonçalo do Sapucaí / MG

58 JULHO/2019

Revista Engrenagens

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METALURGIA EVENTOS 2020

VII Seminário de Processos de Tratamentos Térmicos 01 e 02 de Abril 7th Heat Treatment Processes Seminar, Apr 01 and 02

VII Seminário de Manutenção e Segurança de Fornos Industriais 13 e 14 de Maio 7th Furnace Maintenance and Safety Seminar, May 13 and 14

VI Seminário de Introdução ao Tratamento Térmico e Metalografia 24 e 25 de Junho 6th Introduction to Heat Treatment and Metallography Seminar, Jun 24 and 25

Metalurgia - Feira de Fundição e Metalurgia

15 a 18 de Setembro - Pavilhões Expoville - Joinville (SC) Foundry and Metallurgy Fair, Sep 15 to 18

IV Engrenagens - Usinagem e Tratamento Térmico

23 e 24 de Setembro 4th Gears Seminar - Machining and Heat Treatment, Sep 23 and 24

II Seminário de Conformação e Aplicação de Aços de Alto Desempenho 20 e 21 de Outubro - SP 2nd PHS - Press Hardening Steels - Forming and Application, Oct 20 and 21

VIII Seminário de Tecnologia do Forjamento 04 e 05 de Novembro 8th Forging Technology Seminar, Nov 04 and 05

II Seminário de Tecnologia de Estampagem 25 e 26 de Novembro 2nd Stamping Technology Seminar, Nov 25 and 26

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