Visão geral
Uma engrenagem helicoidal consiste em
um sem-fim e uma roda sem-fim, usados para transmitir movimento e potência entre eixos que se cruzam, normalmente com um ângulo de interseção de 90 graus. Em acionamentos de engrenagem helicoidal em geral, o sem-fim é o componente de acionamento.
Pela sua aparência, o sem-fim se assemelha a um parafuso, enquanto a roda sem-fim se parece com uma engrenagem cilíndrica helicoidal.
Durante a operação, os dentes da roda sem-fim deslizam e rolam ao longo da superfície helicoidal do sem-fim.
Um sem-fim é uma engrenagem com um ou mais dentes helicoidais que engrena com a roda sem-fim para formar um par de engrenagens de eixo que se cruzam. Sua superfície de passo pode ser cilíndrica, cônica ou toroidal.
Existem quatro tipos: verme de Arquimedes, verme involuto, verme normal de perfil-reto e verme cônico-cilíndrico fechado.
Assim como os threads, os worms podem ser destros-ou canhotos-, chamados de worms destros-e canhotos-, respectivamente.
Para melhorar o contato com os dentes, a roda sem-fim é feita em forma de arco ao longo da direção da largura do dente, envolvendo parte do sem-fim. Isso significa que a engrenagem helicoidal engata por meio de contato de linha, não de contato pontual.
Desvantagens das engrenagens helicoidais:
✦ Como os dois eixos são perpendiculares e as velocidades da linha de passo das duas engrenagens são perpendiculares, a velocidade de deslizamento relativa é muito alta, levando à geração de calor e ao desgaste.
✦ Baixa eficiência, normalmente entre 0,7 e 0,8; engrenagens helicoidais com mecanismos de{2}travamento automático têm eficiência ainda menor, geralmente inferior a 0,5.
04. Fórmulas de cálculo para engrenagens helicoidais e sem-fim
1. Taxa de transmissão=Número de dentes da engrenagem sem-fim ÷ Número de roscas sem-fim
2. Distância central=(diâmetro do passo da engrenagem sem-fim + diâmetro do passo do sem-fim) ÷ 2
3. Diâmetro do passo da engrenagem sem-fim=(Número de dentes + 2) × Módulo
4. Diâmetro do passo da engrenagem sem-fim=Módulo × Número de dentes
5. Diâmetro do passo do sem-fim=Diâmetro externo do sem-fim - 2 × Módulo
6. Worm Lead=π × Módulo × Número de Threads
7. Ângulo de hélice (ângulo de ataque) tanB=(Módulo × Número de roscas) ÷ Diâmetro do passo do sem-fim
8. Worm Lead=π × Módulo × Número de Threads
9. Módulo=Diâmetro do círculo primitivo / Número de dentes
Número de Roscas em um Sem-fim: Sem-fim com rosca única-(apenas uma hélice no sem-fim, ou seja, uma revolução do sem-fim corresponde a uma rotação de dente da engrenagem sem-fim); Sem-fim de rosca dupla-(duas hélices no sem-fim, ou seja, uma revolução do sem-fim corresponde a duas rotações dos dentes da engrenagem sem-fim). O módulo refere-se ao tamanho da hélice do parafuso; quanto maior o módulo, maior a hélice.
O coeficiente de diâmetro refere-se à espessura do parafuso.
Módulo: O círculo primitivo de uma engrenagem é a referência para projetar e calcular as dimensões de suas diversas partes. A circunferência do círculo primitivo=πd=zp, portanto, o diâmetro do círculo primitivo é d=zp/π. Como π é um número irracional na fórmula acima, não é conveniente posicionar o círculo primitivo como referência. Para facilitar o cálculo, a fabricação e a inspeção, a razão p/π é definida artificialmente como um valor numérico simples, e essa razão é chamada de módulo, denotado por m.
05 tipos de engrenagens helicoidais
De acordo com o formato do sem-fim, os sem-fim podem ser divididos em acionamentos de engrenagem helicoidal cilíndrica, acionamentos de engrenagem helicoidal toroidal e acionamentos de engrenagem helicoidal cônica. Entre eles, os acionamentos de engrenagem helicoidal cilíndrica são os mais utilizados.
As engrenagens helicoidais cilíndricas comuns são normalmente usinadas em um torno usando uma ferramenta de corte com aresta de corte geratriz reta. Dependendo da posição de montagem da ferramenta e do tipo de ferramenta utilizada, podem ser obtidos quatro tipos de engrenagens helicoidais com diferentes perfis de dentes na seção-perpendicular ao eixo: engrenagem helicoidal envolvente (tipo ZI), engrenagem helicoidal de Arquimedes (tipo ZA), engrenagem helicoidal de perfil reto normal (tipo ZN) e engrenagem helicoidal cônica-envolvente cilíndrica (tipo ZK).
Engrenagem sem-fim envolvente (tipo ZI) - O plano da aresta de corte é tangente ao cilindro base do sem-fim e os dentes da face final são envolventes. Adequado para velocidades mais altas e maior potência.
Engrenagem sem-fim de Arquimedes (tipo ZA) – O perfil do dente perpendicular ao plano do eixo é uma espiral de Arquimedes, enquanto o perfil do dente no plano que passa pelo eixo é uma linha reta. Simples de usinar, mas com menor precisão. (Engrenagem sem-fim de perfil reto axial-).
Engrenagem sem-fim de perfil-reto normal (tipo ZN) – Pode ser retificada com um rebolo modificado, relativamente simples de usinar, frequentemente usada para engrenagens sem-fim de-arranque múltiplo, com uma eficiência de transmissão de até 0,9.
Sem-fim cilíndrico de envelope cônico (ZK) – Este é um sem-fim helicoidal não{0}}linear. Não pode ser usinado em torno; só pode ser fresado em uma fresadora e retificado em uma retificadora. Esse tipo de minhoca é fácil de moer, tem alta precisão e é cada vez mais utilizado.
06 Processo de Usinagem de Minhocas Metálicas
1. Determinando o material da peça bruta
⑴ Excelente usinabilidade, obtendo bom acabamento superficial e baixa tensão residual interna, minimizando o desgaste da ferramenta.
⑵ A resistência à tração geralmente não é inferior a 588 MPa.
⑶ Boa processabilidade no tratamento térmico, boa temperabilidade, não quebra facilmente durante a têmpera, microestrutura uniforme, pequena deformação no tratamento térmico e alta dureza, garantindo assim a resistência ao desgaste e a estabilidade dimensional do sem-fim.
⑷ Dureza uniforme do material e estrutura metalográfica em conformidade com os padrões. Os materiais comumente usados incluem: T10A, T12A, 45, 9Mn2V, CrMn, etc.. 9Mn2V tem boa processabilidade e estabilidade, mas baixa temperabilidade. Sua vantagem é a pequena deformação após o tratamento térmico, o que o torna adequado para a fabricação de peças de alta-precisão, mas é propenso a trincas e tem baixa processabilidade de retificação. Maior dureza do sem-fim aumenta a resistência ao desgaste, mas é difícil de retificar durante a fabricação.
2. Seleção do Dado de Posicionamento de Usinagem
Dados de posicionamento do verme: Estruturalmente, os vermes vêm em duas formas: vermes ajustados e vermes integrais. As minhocas ajustadas usam o furo interno como referência de usinagem, portanto, o furo interno deve ser usinado com precisão primeiro e, em seguida, o diâmetro externo e o munhão de suporte devem ser usinados usando o furo interno como referência. A usinagem de roscas também utiliza o furo interno como referência, exigindo, portanto, um mandril. Geralmente, os requisitos de precisão do furo interno para minhocas de indexação de precisão são muito altos e alguns exigem retificação para garantir a precisão.
Geralmente, a precisão do furo interno de um sem-fim de indexação de precisão não deve ser inferior ao Grau 1, a rugosidade da superfície não inferior a 0,12 e o desvio da face final do furo interno não inferior a 0,005 mm. Ao usinar uma engrenagem helicoidal montada em um mandril, o desvio radial dos ressaltos em ambas as extremidades deve ser verificado primeiro para garantir que esteja dentro da tolerância especificada. Esta verificação deve ser realizada após cada operação subsequente. Da mesma forma, durante a montagem da engrenagem helicoidal, o desvio radial dos ressaltos em ambas as extremidades deve ser verificado. A precisão do mandril deve ser igual ou superior à precisão do acoplamento do eixo com a engrenagem helicoidal.
A engrenagem helicoidal integral utiliza o furo central como referência de usinagem. Os requisitos para o furo central são muito elevados; deve ter uma extremidade cônica para garantir o acabamento superficial e a área de contato. O furo central deve ser verificado e corrigido antes de cada operação. O munhão de suporte deve garantir coaxialidade com o furo central e sua própria precisão geométrica. Antes das operações de semi{4}acabamento e acabamento, o desvio radial, o desvio radial e o desvio axial da face final do munhão de suporte devem ser verificados para garantir que estejam dentro da tolerância.
Ao selecionar um ponto de referência aproximado, o foco deve ser garantir tolerância suficiente para cada superfície usinada, de modo que as dimensões e posições entre o ponto de referência não usinado e a superfície usinada estejam em conformidade com os requisitos do desenho.
A seleção de um dado aproximado deve atender aos seguintes requisitos:
(1) O ponto de referência aproximado deve ser baseado na superfície usinada. Isto é para garantir a precisão da relação posicional entre superfícies usinadas e não usinadas. Se a peça de trabalho tiver diversas superfícies que não necessitam de usinagem, a superfície com o maior requisito de precisão posicional em relação à superfície usinada deverá ser selecionada como referência aproximada. Isto visa alcançar espessura de parede uniforme, formato simétrico e menos operações de fixação.
⑵ Selecione uma superfície importante com tolerância de usinagem uniforme como referência aproximada.
⑶ Selecione a superfície com a menor tolerância de usinagem como referência aproximada. Isso garante que a superfície tenha margem de usinagem suficiente.
⑷ Escolha uma superfície plana e lisa com uma área suficientemente grande como referência aproximada para garantir um posicionamento preciso e uma fixação confiável. Superfícies com entradas, risers, rebarbas ou arestas não devem ser selecionadas como referências ásperas e devem ser pré-usinadas, se necessário.
⑸ Evite reutilizar o ponto de referência aproximado, pois a maioria das superfícies de referência áspera são irregulares e o uso repetido torna difícil garantir a precisão do posicionamento entre as superfícies externas.
Seguindo os princípios de seleção do ponto de referência bruto, a fixação do círculo externo e a usinagem da maior parte da superfície em uma operação de fixação garantem a coaxialidade do círculo externo e do furo interno, bem como a perpendicularidade da face final ao eixo.
Rota do processo de usinagem de engrenagem helicoidal de metal
⑴ Engrenagem sem-fim integral não endurecida
Preparação do material – Normalização – Torneamento de desbaste – (Revenimento) – Torneamento de semi-acabamento de diâmetro externo, torneamento de desbaste de superfície helicoidal – Envelhecimento artificial – Torneamento de acabamento (desbaste fino) da face final interna – Inserção de chaveta – Torneamento de semi-acabamento de superfície helicoidal – Fixação (reparação de dentes incompletos) – Desbaste de semi-acabamento de diâmetro externo – Desbaste fino de superfície helicoidal – Envelhecimento em baixa-temperatura – Retificação de centro furo – Desbaste fino do diâmetro externo – Desbaste fino da superfície helicoidal
⑵ Engrenagem sem-fim integral carburizada e temperada
Forjamento – Recozimento – Torneamento de desbaste – Normalização – Torneamento de semi{0}}acabamento do diâmetro externo e superfície helicoidal – Fixação (reparação de dentes incompletos) – Carburização – Torneamento de acabamento do diâmetro externo (removendo peças que não necessitam de cementação) – Têmpera e revenimento – Retificação do furo central – Torneamento da rosca de fixação – Fresamento de canal – Retificação de semi-acabamento do diâmetro externo – Retificação de semi-acabamento da superfície helicoidal – Envelhecimento-em baixa temperatura – Retificação do furo central – Retificação fina do anel externo e face final – Retificação fina da superfície helicoidal
Blanking do material: De acordo com os requisitos da norma, o blank deve passar por tratamento de forjamento para obter boa estrutura metálica fibrosa.
Torneamento em desbaste: Garanta a coaxialidade e permita uma margem de acabamento adequada.
Tratamento térmico (HRC28-32), torneamento de semi{3}}acabamento: permita uma margem de acabamento de 0,5 mm para cada peça durante o torneamento de semiacabamento. Gire a seção sem-fim e as ranhuras de alívio em ambas as extremidades de acordo com as especificações exigidas. O torneamento grosseiro da minhoca, usando métodos de estratificação ou corte inferior, é aceitável.
Meça a margem no diâmetro-médio. A margem de torneamento de semi{2}}acabamento fornece uma boa base para um bom acabamento.
Torneamento de acabamento em baixa-velocidade em três lados de acordo com as especificações exigidas: a ferramenta deve ser afiada e a rugosidade da aresta de corte deve ser boa, garantindo um acabamento liso em cada lado. Termine de girar todas as peças de acordo com as especificações exigidas para garantir a coaxialidade.
Se um sem-fim cilíndrico comum for usinado em um torno usando uma aresta de corte reta, dependendo da posição de instalação da ferramenta, o sem-fim resultante pode ser classificado como um sem-fim de Arquimedes (ZA), um sem-fim evolvente (ZI) ou um sem-fim de perfil reto normal (ZN), etc. ZA Sem-fim de Arquimedes: O plano da aresta de corte da ferramenta do torno passa pelo eixo do sem-fim e o sem-fim é cortado com um ângulo de aresta de 2 =40 grau. O verme resultante tem um perfil de dente reto no plano axial, e a seção normal do perfil de dente é uma curva externamente convexa. A curva do perfil do dente na face final é uma espiral de Arquimedes, daí o nome verme de Arquimedes. Este tipo de sem-fim é relativamente fácil de usinar e medir e, portanto, amplamente utilizado.
No entanto, a usinagem torna-se difícil quando o ângulo de ataque é muito grande. É difícil retificar perfis de dentes precisos com um rebolo, resultando em menor precisão e eficiência de transmissão.
Sem-fim ZI Involute: O plano da aresta de corte da ferramenta de torno é tangente ao cilindro base do sem-fim. O verme resultante tem uma curva de perfil convexo no plano axial, e o perfil do dente na face final perpendicular ao eixo é uma involuta, daí o nome verme involuto. Esse tipo de worm pode ser triturado, resultando em maior precisão e eficiência de transmissão, adequado para produção em massa e transmissão de precisão de alta-potência e alta{3}}velocidade.
Sem-fim de perfil reto normal ZN: Quando o ângulo de ataque do sem-fim é grande, para obter ângulos de inclinação e folga razoáveis para a ferramenta de corte, o plano da aresta de corte da ferramenta de corte é colocado no plano normal da hélice do sem-fim durante o torneamento. A minhoca cortada desta forma tem um perfil de dente reto na seção normal, daí o nome minhoca de perfil reto normal. A curva do perfil do dente na face final perpendicular ao eixo é uma evolvente estendida, por isso também é chamada de verme evolvente estendido. Esse tipo de rosca sem-fim tem bom desempenho de corte, é benéfico para usinagem de rosca sem-fim de-inicialização múltipla e pode ser retificada com rebolos, comumente usados em unidades de rosca sem-fim de precisão de-partida múltipla em máquinas-ferramentas. Com os avanços na tecnologia e nos requisitos do produto, são necessários aumentos adicionais na velocidade de corte, criando um gargalo nos métodos de torneamento, levando ao desenvolvimento do fresamento giratório. Isso envolve o uso de uma ferramenta de corte rotativa para aumentar a velocidade de corte (até 400 metros por minuto), enquanto a peça não precisa girar em alta velocidade.
Os métodos de turbilhonamento para sem-fins são divididos em dois tipos: turbilhonamento interno e fresamento externo.
Ciclone interno: A circunferência da peça é tangente internamente à circunferência do dente da fresa (engrenagem sem-fim dentro da cabeça da fresa). Precisão até DIN7 Ra0.8. Ciclone externo: A circunferência da peça é tangente externamente à circunferência do dente da fresa (engrenagem sem-fim fora da cabeça da fresa). Precisão até DIN6 Ra0.4.
