6a - Variadores de Velocidade PMF

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VARIADORES DE VELOCIDADE PROJETOS DE MÁQUINAS FERRAMENTA Curso Projetos Mecânicos Fatec - Sorocaba

VARIADORES COM ENGRENAGENS

VARIADORES DE VELOCIDADE 

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Os variadores de velocidade são sistemas de transmissão de potência que são utilizados em diversas máquinas. O uso deles se dá pela necessidade de adequação do torque e velocidade fornecidos por um motor em relação ao demandado para a realização do trabalho.

VARIADORES DE VELOCIDADE

VARIADORES DE VELOCIDADE 

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Há dois tipos principais de variadores, os escalonados, e os contínuos. Os variadores escalonados de velocidades apresentam uma quantidade discreta de velocidades.

Na área industrial é muito comum a utilização desses variadores, que podem transmitir a potência através de engrenagens ou através de polias.

VARIADORES COM POLIAS 

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Nos variadores de polias a transmissão é feita através de correias planas ou em V, onde a velocidade pode ser trocada alterando-se a polia em que a correia está acoplada, trocando os pares de polias. A vantagem desse tipo de aplicação é que a correia pode atuar como fusível mecânico, deslizando ou arrebentando antes de qualquer problema maior que não possa ser identificado. A grande desvantagem é que, como a transmissão é feita pelo atrito da correia com a polia, não é possível a transmissão de torques elevados, sendo para isso, a transmissão por engrenagens mais aplicáveis.

VARIADORES COM ENGRENAGENS 

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As transmissões por engrenagens apresentam grande confiabilidade e capacidade de transmissão de torque, o que permite seu uso nas mais variadas aplicações. A potência é transmitida através dos acoplamentos das engrenagens que podem estar fixas, loucas ou móveis.

As engrenagens loucas podem girar independentemente do eixo, sendo o mecanismo de acoplamento utilizado o de chaveta móvel, onde ela desloca-se sobre o eixo para acoplar no rasgo da engrenagem, fazendo com que o eixo gire junto. As engrenagens móveis são livres para se deslocar axialmente. A utilização de blocos (duplos ou triplos) deslizantes é muito comum, já que é possível deslocá-las e realizar o acoplamento necessário para a velocidade final pretendida.

CÂMBIO AUTOMOTIVO

CÂMBIO AUTOMOTIVO

CÂMBIO AUTOMOTIVO

CÂMBIO AUTOMOTIVO

CÂMBIO AUTOMOTIVO

VARIADORES CONTÍNUOS 

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Nos variadores contínuos de velocidades a transmissão é feita por um sistema que pode variar a velocidade infinitamente dentro de uma faixa. Existem vários tipos de sistemas contínuos, sendo o mais comum o por polias variadoras. Nos variadores de polias, o sistema é baseado no uso de uma correia e duas polias cônicas bipartidas. O deslocamento axial relativo das semi-peças de cada polia faz com que o raio de contato com a correia seja alterado. Quando as semi-peças de uma polia se afastam, as da polia oposta se aproximam.

VARIADORES CONTÍNUOS 

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A figura abaixo mostra o sistema em duas condições de operação.

Considerando-se a polia da esquerda como a de entrada, há uma redução de velocidade, enquanto que na figura da direita, há uma ampliação.

VARIADORES CONTÍNUOS

VARIADORES CONTÍNUOS

VARIADORES CONTÍNUOS 

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Seu uso comercial em automóveis é relativamente recente, pois, nesse caso, os requisitos de vida útil dos componentes e torque transmitido são elevados. Como a capacidade de transmitir potência está relacionada ao coeficiente de atrito entre os componentes, ocorrem problemas de deslizamento, aquecimento e degradação das propriedades do material da correia.

CÂMBIO AUTOMOTIVO

CÂMBIO AUTOMOTIVO

CÂMBIO AUTOMOTIVO SEMI AUTOMÁTICO

CÂMBIO AUTOMOTIVO SEMI AUTOMÁTICO

CÂMBIO AUTOMOTIVO SEMI AUTOMÁTICO

VARIADOR DE VELOCIDADE 

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A velocidade de rotação de uma máquina-ferramenta está diretamente relacionada ao tipo de operação que se deseja realizar, determinando tanto a velocidade de corte, quanto a velocidade de avanço. A partir disso, uma máquina-ferramenta deve atender as diversas solicitações de velocidade para cada tipo de operação, como efeito, surge a necessidade da existência de um variador de velocidade. Quanto melhor for a precisão com que a velocidade ótima é alcançada para uma determinada situação, melhor será a eficiência do processo. Para se transmitir a rotação do motor para a máquina há a necessidade do emprego de elementos de máquinas intermediários como acoplamentos, polias e correias, rodas dentadas e correntes de rolos, rodas de atrito, engrenagem etc, todos sempre interligados em eixos, chavetas, rolamentos, entre outros. Para um variador de velocidade é usual emprego de pares de engrenagens.

VARIADOR DE VELOCIDADES DO TORNO UNIVERSAL ROMI

CAMPO DE ROTAÇÕES A rotação de uma máquina é dada pela velocidade de corte para um determinado diâmetro do elemento em rotação.

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V: velocidade [m/min] D: diâmetro [mm] n: rotação [rpm]

CAMPO DE ROTAÇÕES PARA AS POSSÍVEIS COMBINAÇÕES ENTRE VELOCIDADE E DIÂMETRO.

ESCALONAMENTO DAS ROTAÇÕES A variação de rotações da árvore e do mecanismo de avanço de máquina-ferramenta pode ser executada por sistemas mecânicos, dentre outros, e o escalonamento das rotações podem ser em progressão aritmética ou geométrica.

PROGRESSÃO ARITMÉTICA Dados os números a e r, define-se (a1, a2, ..., a n) como uma Progressão Aritmética. a1 = a n a n+1 = a n + r Termo geral: a n = a1 + (n – 1) x r r é a razão da Progressão Aritmética a1 é a primeira rotação e n é o número de rotações Classificação: Se (a n) é uma Progressão Aritmética, então: a)

b) c)

(a n) é estritamente crescente r > 0 (a n) é estritamente decrescente r < 0 (a n) é constante r = 0

PROGRESSÃO GEOMÉTRICA Dados os números a e q, define-se (a1, a2, ..., a n) como uma Progressão Geométrica. a1 = a n a n+1 = a n x q Termo geral: a n = a1 x q n-1 onde q é a razão da Progressão Geométrica Classificação: Se (a n) é uma Progressão Geométrica, então: a) b) c)

(a n) é estritamente crescente a1 > 0 se q > 1 a1 < 0 se 0 1 (a n) é constante r = 0

EXEMPLO: Um torno mecânico com 6 rotações variando de 8 a 256 rpm a1 = 8 rpm a6 = 256 rpm n = 6 rotações Calcular as rotações usando a Progressão Aritmética e Geométrica.

PROGRESSÃO ARITMÉTICA 256 = 8 + (6 – 1) . r r = (256 – 8) / (6 – 1) r = 49,6 a1 = 8 rpm; a2 = 57,6 rpm; a3 = 107,2 rpm; a4 = 156,8 rpm; a5 = 206,4 rpm; a6 = 256 rpm Dividindo em série de rotações inferior e superior

PROGRESSÃO GEOMÉTRICA 256 = 8 . q (6 – 1) q 5 = 256 / 8 q = 5√ 32 q=2 a1 = 8 rpm; a2 = 16 rpm; a3 = 32 rpm; a4 = 64 rpm; a5 = 128 rpm; a6 = 256 rpm

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Observando o escalonamento construído a partir das progressões aritmética e geométrica, nota-se que, no primeiro caso os valores são inconstantes, já no segundo caso a série superior é exatamente igual a série inferior multiplicado por 8. Isso resulta em um projeto de caixa de transmissão mais simples, compacta e com rotações previstas.

DIAGRAMA DE SERRA DE UMA PROGRESSÃO ARITMÉTICA Tomando as rotações encontradas por Progressão Aritmética do exercício anterior e a adotando a velocidade de corte de 25 m/min para o aço rápido (HSS), tem-se a seguinte tabela:

QUEDA DE VELOCIDADE (A) 

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Como visto anteriormente, a velocidade está diretamente ligada à rotação e ao diâmetro da peça a ser usinada. Conseqüentemente, essas são variantes que levam a uma queda de velocidade, que pode ser medida em porcentagem através de:

ELEMENTOS PARA ESQUEMAS DAS CAIXAS Dentes Retos

Dentes Inclinados

Parafuso e Coroa

Espinha de Peixe

Engrenagens Cônicas

A MONTAGEM PODERÁ SER:

ACOPLAMENTOS

CAIXAS COM 2 EIXOS

REPRESENTAÇÃO DAS RELAÇÕES POR GRÁFICO RETICULADO São gráficos que relacionam através das rotações das caixas de transmissão, as relações de transmissão r ao escalonamento das rotações de saída .

EXEMPLO: Um variador com 4 pares de engrenagens.

GRÁFICO RETICULADO DO VARIADOR COM 4 ROTAÇÕES NO EIXO DE SAÍDA

ESQUEMA CINEMÁTICO 

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O esquema cinemático do variador foi escolhido tendo em vista os requisitos iniciais de projeto e o número de rotações de saída. A partir desses dados, é possível realizar uma projeção em duas dimensões de como será a disposição geométrica dos eixos, engrenagens e rolamentos de uma forma simplificada, assim como a quantidade necessária dos mesmos.

ESQUEMA CINEMÁTICO 

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É possível verificar que teremos seis eixos, sendo o primeiro o eixo de entrada e o quinto, o eixo de saída. Além disso, observa-se que o variador será composto de três blocos duplos deslizantes, gerando oito rotações de saída e um bloco duplo deslizante, responsável por inverter o sentido de rotação da máquina. Desta forma, teremos um total de oito rotações no sentido horário e as mesmas oito rotações no sentido anti-horário, feitas através de uma engrenagem intermediária no eixo seis. Há também engrenagens fixadas por meio de chavetas. A transmissão do movimento rotativo do motor elétrico é feita deslizando-se os blocos duplos por meio de um sistema de alavancas e acoplando-os com as engrenagens fixas, dependendo da rotação de saída necessária.

NÚMEROS NORMALIZADOS 

A Norma Brasileira NB - 71 fixou as séries dos números normalizados para fins industriais. São chamados séries de base e são quatro séries geométricas que contém as potências inteiras de dez, cujas razões são:

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São representadas respectivamente denominada por R5, R1O, R2O e R4O.

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A preferência na escolha das séries deve obedecer à ordem: R5, R1O, R20 e R40.

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São considerados números normalizados os valores aproximados dos números calculados.

CONSTRUÇÃO DOS NÚMEROS NORMALIZADOS

TABELA 4 - DIVISÃO DO NÚMERO DE DENTES COM Z TOTAL DE 37 À 104

DETERMINAÇÃO DO NÚMERO DE DENTES DAS ENGRENAGENS (Z) 

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Tomando como exemplo o variador com 4 pares de engrenagens e adotando uma rotação mínima de 300 rpm e uma rotação máxima de 800 rpm. A partir disso, para determinação do número de dentes que cada engrenagem deve conter é necessário determinar o valor de φ, que é a razão da sequência numérica, ou seja, o escalonamento das rotações.

Obs: Esse valor φ deve ser aproximado de acordo com os valores padronizados conforme mostrado na Tabela

DETERMINAÇÃO DO NÚMERO DE DENTES DAS ENGRENAGENS (Z) Redução: Rotação Inicial = Rotação Final x φ Ampliação: Rotação Inicial = Rotação Final / φ

De acordo com a tabela de divisão de dentes o φ que mais se aproxima do valor encontrado de 1,386 é o φ = 1,41.

EXERCÍCIO PROPOSTO 

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Elaborar um variador de velocidades caixa de engrenagens com 8 rotações de saída, sendo n1 = 80 rpm, ϕ = 1,41, menor engrenagem Z1 = 21 dentes, modulo das engrenagens 3,5. Utilizar 4 eixos. Construir o gráfico reticulado e o Esquema Cinemático do variador. Calcular as dimensões mínimas interna da caixa do variador, considerando engrenagens de largura 25 mm, folga entre caixa e engrenagens igual a 0,5 x largura das engrenagens e folga para engrenamento = 5 mm. Elaborar a montagem do variador para menor tamanho possível.

EXERCÍCIO PROPOSTO Construa a série inferior e superior em Progressão Aritmética e em Progressão Geométrica para um variador de velocidade para um torno com 12 rotações, onde: a menor rotação = 40 rpm

a maior rotação = 2500 rpm

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Para o exercício proposto, projetar o variador de velocidades com as seguintes características: Motor 3500 rpm – 75 CV  Menor dente engrenagem – 18 dentes  Modulo 3,5 

Roteiro para exercício 1. Calcular o q – razão da progressão geométrica. 2. Calcular as 12 rotações de saída 3. Fazer a aproximação da razão aos números da tabela do slide 53 (q = j). 4. Refazer o calculo com a nova razão. 5. Fazer o gráfico reticulado. 6. Calcular o número de dentes dos pares de engrenagem. 7. Calcular os diâmetros das engrenagens. 8. Desenhar o variador com 4 e 5 eixos no CAD. 9. Comparar os projetos e escolher o que ocupa menor espaço. 10. Calcular o diâmetro dos eixos pelo mais exigido. 11. Calcular a chaveta. 12. Compactar dividindo os eixos e trabalhando em 3D com inventor. 