Como fazer engrenagens e redução

Como fazer engrenagens - pinhão

Nesse artigo vou mostrar como fazer engrenagens e explicar um pouco sobre torque, velocidade e redução.

Estou fazendo diversos projetos DIY, projetei alguns em CAD e solicitei o corte a laser. Enquanto não chegar o material, vou continuar descansando, mas quando chegar, preparem-se pra por a mão na massa! Vamos começar.

Em meados dos anos 90 eu fiz curso de desenho mecânico no SENAI e na Protec, mas confesso que tenho poucas lembranças pois não atuei na área. Por conta disso, passei alguns dias estudando formas de fazer engrenagens. A mais simples dos métodos que estudei é a que vou demonstrar nesse primeiro artigo, mas de qualquer modo, alguns conceitos e contas serão necessários.

Engrenagens ou polias?

As polias são ótimas e simples de fazer, mas tem suas aplicações específicas. Em muitos casos, podem ser substituidas por engrenagens, mas a grande vantagem do uso de engrenagens é o esforço mecânico suportado. De qualquer modo, redução também pode ser feita por polias e a lógica é a mesma.

Conceitos de redução

Antes de falarmos em velocidade e torque, vamos pensar na redução. Veja a imagem de exemplo:

Rodas - Como fazer engrenagensCálculo de RPM

Como citado anteriormente, uma polia menor gira mais que uma polia maior para uma volta completa. A polia menor nesse caso é mais veloz, enquanto a polia maior é mais forte. Pensando na transmissão de um carro, as marchas mais baixas tem menor velocidade, mas tem a força necessária para tirar o carro da inércia. Não é possível (em uma área plana) sair engatado na quarta marcha, porque ela não tem força.

A relação matemática que expressa esse fenômeno é:

n1/n2 = D2/D1

Onde, n1, n2 representa RPM das polias motoramovida. A motora é a que está ligado ao motor, seja ele qual for. D2, D1 são os diâmetros das polias movidamotora.

Quando usamos engrenagens, pensamos no número de dentes. Engrenagens que trabalham juntas tem a mesma distância entre os dentes, ou, elas tem o mesmo módulo. Isso significa que para as rodas 2/1, teriamos o dobro de dentes na engrenagem maior, mas os dentes tem o mesmo passo. Pra finalizar; engrenagens do mesmo tamanho tem a mesma força e velocidade.

O que é passo de uma engrenagem

O passo é a soma de 1 dente + 1 espaço. Ao contrário do que muitos pensam, não é a lateral toda de um dente que toca na outra. O ponto de contato acontece apenas no ponto primitivo, como nas rodas de exemplo da imagem acima. Conforme a engrenagem vai se deslocando angularmente, o ponto de contato vai tocando outro ponto do dente. Ficará mais claro.

Vamos calcular o RPM de uma polia, cujo motor seja de 600RPM, uma polia seja de 200mm e a outra de 60mm.

Como fazer engrenagens - cálculo de RPMcomo fazer engrenagens - cálculo de rpmDeterminando a relação de transmissão de engrenagens

A relação é simples, bastando dividir o número de dentes da engrenagem motora pelo número de dentes da engrenagem movida. Supondo que a engrenagem menor tenha 20 dentes e a maior tenha 30.

30/20 = 1,5

Colocando no formato de relação, teremos 1.5:1. Isso significa que a segunda engrenagem gira 1,5 vezes para que a primeira complete uma volta. Como citado mais acima, a engrenagem maior é mais lenta.

Se for necessário ajustar a velocidade partindo de um motor cujo controle não seja possível, podemos fazer um trem de engrenagens. Nesse caso, podemos calcular a relação de eixo por eixo e definir o número de dentes que cada engrenagem precisará ter para atingirmos a velocidade desejada.

Como fazer engrenagens

Agora vamos começar a fazer as engrenagens utilizando um programa de CAD. No meu caso, utilizo o QCad. Eu uso a versão pro, mas tem versão gratuita que disponível para Linux e Windows. Nesse momento, não vamos nos ater a velocidade, apenas vamos desenhar um par de engrenagens 2:1.

Mais conceitos

No desenho lá em cima mostrei o contato em duas rodas. Essa linha é chamada de Diâmetro Primitivo ou Pitch Diameter.

Rodas - Como fazer engrenagensComo fazer engrenagens = addendum dedendum e toleranciacomo fazer engrenagens - desenhando o primeiro dentecomo fazer engrenagens - primeiro dentecomo fazer engrenagens - engrenagem finalTem como testar antes de mandar cortar?

Bom, como eu fiz a redução 2:1, ficou fácil. Peguei a região de 3 dentes de um lado e 2 dentes do outro, então rotacionei a 2 graus a engrenagem maior para cada 1 grau da engrenagem menor, assim pude ver a saída completa de um dente e a entrada de outro. É uma forma braçal de testar. Outra forma seria imprimir em folha sulfite e grudar sobre papel paraná, depois cortar com estilete e testar.

Como fazer um pinhão

Eu fiz um relógio de madeira. A redução das engrenagens é feita a partir de pinhões, que é muito mais fácil de fazer do que engrenagens tradicionais. O pinhão interage com a engrenagem, é bem interessante porque o formato é bem diferente do formato do dente. Vejamos.

Primeiramente, o PD. Vou seguir as mesmas medidas da engrenagem menor. O PD da engrenagem menor é a metade da engrenagem maior. Veja os passos e leia o processo em seguida:

Como fazer engrenagens - pinhãoCremalheira

Para fazer a cremalheira, os dentes devem ter perfil reto. Aí que “o bicho pega”, porque tem que calcular o ângulo de pressão. Tem montanhas de cálculos para engrenagens, mas para projetos DIY não precisamos nos preocupar em demasia, considerando que não vamos fazer engrenagens muito pequenas e quanto maior for, menos significativo será um décimo de milímetro. Só pra ter uma ideia, vou colocar uma imagem de alguns cálculos:

como fazer engrenagens - calculosClique no video tutorial para assistir.

 

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