1. INTRODUORedutor de velocidade um dispositivo mecnico que reduz a velocidade (rotao) de um acionador. Seus principais componentes so basicamente: Eixos de entrada e sada, rolamentos, engrenagens e carcaa. O redutor de velocidade utilizado quando necessria a adequao da rotao do acionador para a rotao requerida no dispositivo a ser acionado. Devido s leis da fsica, quando h reduo da rotao, aumenta-se o torque disponvel. Existem diversos tipos e configuraes de redutores de velocidade, sendo os mais comuns os redutores de velocidade por engrenagens. Essas engrenagens, por sua vez, podem ser cilndricas ou cnicas. Pode-se ainda utilizar o sistema coroa e rosca sem fim. J os dentes das engrenagens podem ser retos ou helicoidais. Quando h inteno de se reduzir a vibrao e rudo utiliza-se, nos redutores, engrenagens de dentes helicoidais, j que a trasmisso de potncia, nesse caso, feita de maneira mais homognea. Por outro lado, as engrenagens de dentes retos so mais simples de serem fabricadas e por isso apresentam menor custo. Existe ainda o redutor do tipo epicicloidal. Este tipo de redutor utiliza em sua configurao, engrenagens comuns de dentes retos e uma ou mais engrenagens de dentes internos. Os redutores epicicloidais so normalmente indicados quando se procura um sistema mais compacto e com capacidade para trabalhar com altas taxas de reduo. Os redutores de velocidade trabalham normalmente com apenas uma taxa de reduo. No caso de existir a possibilidade de atuar no dispositivo e alterar a taxa de reduo, este passa a ser chamado de cmbio ou caixa de marchas. Existem tambm equipamentos que permitem a alterao gradual da taxa de reduo, sendo estes chamados variadores de velocidade. Um exemplo moderno de variador de velocidade aplicado rea automobilstica o cmbio CVT - Continuosly Variable Transmission - utilizado atualmente pela Honda. Existem tambm estudos para desenvolvimento de novos tipos de redutores de velocidade. Um deles a concepo do redutor de velocidade esfrico. Ele baseado nos mesmos princpios de funcionamento dos rolamentos de esferas e fusos de esferas recirculantes e visa apresentar como principais vantagens menor vibrao e atrito, tamanho reduzido e menores folgas.

1

2. PARMETROS DE ENTRADANm (kW) 1,5

ns(rpm) 46

it18,8

Tipo de motoredutor coaxial

Aplicao

Dimensoes mximas 230x230x245

Aplicao da carga uniforme

Bombas e compressores

Tabela 1. Parmetros de entrada do projeto.

3. PARMETROS DO PROJETO 3.1. Seleo do motorO motor foi selecionado seguindo os valores de projeto de potncia e rotao nominal. O motor foi selecionado a partir de um catlogo da fabricante WEG gerando uma folha de dados mostrada seguir:

Figura 1. Motor escolhido.

2

3.2. Material utilizado nas ECDH O material escolhido para ser utilizado na confeco das engrenagem foi o ao ABNT 4140. O ao ABNT 4140 um ao de alta liga que possui alta dureza, devido ao seu teor de carbono, e alta resistncia mecnica, podendo controlar-se estas propriedades atravs de tratamentos trmicos apropriados. utilizado em peas que exigem elevada dureza, resistncia e tenacidade. Usado em automveis, avies, virabrequins, bielas, eixos, engrenagens, armas, parafusos, equipamentos para petrleo. Suas principais caractersticas so: alta temperabilidade, m soldabilidade e usinabilidade razovel. Boa resistncia toro e fadiga. 3.3. Composio qumica Composio Nominal (%) C Mn Si Cr 0,28 ~ 0,33 0,40 ~ 0,60 0,20 ~ 0,35 0,80 ~ 1,10Tabela 2. Composio qumica do ao ABNT 4140.

Mo 0,15 ~ 0,25

3.4. Tratamentos trmicos Os tratamentos termicos escolhidos foram os de tempera e seguido de um revenimento. A tmpera tem por finalidade aumentar a dureza e resistencia mecnica do ao e o revenimento servir para ajustar os gros e dureza. A seguir mostrado algumas propriedades mecnicas tipicas do ao ABNT 4140 temperado e revenido. Temp. de Tenso de Tenso de Alongament Redu Durez reveniment resistnci escoament o o da a o a o rea C MPa MPa % % HB 205 1965 1740 11.0 42 578 315 1720 1570 11.5 46 495 425 1450 1340 15.0 50 429 540 1150 1050 17.5 55 341 650 900 790 21.0 61 277 705 810 690 23.0 656 235Tabela 3. Propriedades mecnicas aps tratamento trmico.Revenimento por no mnimo 2 horas temperaturas entre 175C e 230C para alta tenso de resistncia ou entre 385C e 705C para tenso de escoamento abaixo de 1380MPa; resfriamento em ar ou gua.

3.4.1. Mtodo utilizado no tratamento trmico Os tratamentos trmicos devero ser realizados em fornos tipo poo, utilizando controladores por rel de estado slido at 1200C, com retortas para tratamento sob vcuo (10- torr) e atmosfera controlada (N2). Na tmpera as engrenagens, aps confeccionadas, sero submetidos a um processo de austenitizao para ocorrer a posterior tmpera do material,3

obtendo assim uma estrutura martenstica. A faixa de temperatura sugerida para a austenitizao do ao ABNT 4140 de 845C 870C. As engrenagens sero temperadas em sries de 2 unidades em um forno do tipo poo uma temperatura de 8601C (temperatura aproximadamente mdia da faixa sugerida), durante 1 hora, sendo que os 20 minutos iniciais eram para o encharque da temperatura. A seguir, sero resfriados em leo.Vale ressaltar que o aquecimento das engrenagens ser realizado vcuo para evitar que os mesmos sofram oxidao e descarbonetao. No revenimento as engrenagens passaro pelo mesmo forno utilizado para o processo anterior uma temperatura de 400C durante 1 hora,para as do 1estgio e uma temperatura de 710C para as engrenagens do 2 estgio posteriormente sero resfriadas em leo. 3.5. Processo de fabricao O processo de fabricao utilizado para obteno das engrenagens ser o processo chamado Rnania. A caracterstica principal do processo Rennia o movimento sincronizado de giro entre a peae a ferramenta, a fresa caracol. A vantagem domovimento sincronizado que ele possibilita maior produo de peas bem como exatido em suas medidas.

Figura 2. Processo Rnania

Essa a base de funcionamento do processo Rennia. Nesse processo, a fresa e o disco de ao onde so usinados os dentes da engrenagem apresentam movimento de rotao. Isso significa que possvel submeter, ao mesmo tempo, vrios dentes ao processo de corte e assim reduzir o tempo, em relao aos processos convencionais, de fabricao da engrenagem . A mquina empregada nesse processo tambm chamada Rennia(Fresadora). Trata-se de uma mquina utilizada para a produo, em larga escala, de engrenagens cilndricas com dentes retos ou helicoidais e coroas para parafusos sem-fim.4

No processo Rennia, a ferramenta utilizada a fresa caracol. A fresa caracol cilndrica e dispe de uma hlice com ngulo de inclinao definido (). A hlice pode ter sentido esquerda ou direita. Na hlice encontram-se ranhuras. So as ranhuras que geram os dentes de corte que se sucedem em toda a espiral. Veja a figura.

Figura 3. Fresa caracol

Depois de confeccionada as engrenagens pelo processo rnania (fresa caracol) as engrenagens passaro por um porcesso de acabamento o que lhes garantira uma qualidade superior alm da preciso dimensional. O processo usado dever ser o de retificao que conciste em usar uma roda de retificao de contorno que passada sobre as superfcies usinadas dos dentes, tipicamente controlada por computador, para remover pequenas de material e melhorar o acabamento superficial. Pode ser usadas engrenagens que foram endurecidas de pois da gerao para corrigir distores devidas ao tratamento termico, bem como atingir as outras vantagens listadas acima.

4. DIMENSIONAMENTO PRVIO DAS ECDHOs clculos do dimensionamento prvio do mdulo foram realizados com base nos esforos e os dados do pinho, pois ele por ser menor sofre mais ciclos de trabalho assim como os esforos de flexo so maiores no p do dente. No dimensionamento prvio sero utilizados os seguintes valores: ngulo de presso normal n 20 ngulo de hlice 30 Rotao de entrada (motor) ne 860 rpm Rotao de entrada 2estagio ne2 198,6 rpm Qualidade AGMA Qv 8Tabela 4. Parmetros de projeto.

5

4.1. Relao de Transmisso Descrio Equao Relao de Transmisso 4.2. Clculos do 1estgio Descrio Equaongulo de Presso Transversal N mnimo de dentes Velocidade Periferica (estimada) Fator Dinmico Fator de sobrecarga

Resultado 4,33

Observao

Resultado 22,795 11,53 3 m/s 1,88 1

Observao

Adotado 12 dentes Valor adotado Perfil moldado Carga uniforme(valor conf. tabela ref. bibliog.)

N de dentes imaginario Torque Aplicado Fator de forma do dente Fator de hlice Tenso admissivl flexo Relao Largura/Mdulo Mdulo Prvio Mdulo Padronizado Mdulo transversal

19 16.988,37 N.mm 0,314 1,54 200 MPa 12

p/19 dentes (valor conf. tabela tabela p/ (valor conf. tabela) Ref. Mat. 4140 Escolhido 12 (varia de 8 12)

1,66 mm 2 mm 2,3 mmValor normalizado

4.3. Clculos do 2estgio Descrio Equaongulo de Presso Transversal N mnimo de dentes Velocidade Periferica (estimada) Fator Dinmico Fator de sobrecarga

Resultado 22,795 11,53 1 m/s 1,27 1

Observao

Adotado 12 dentes Valor adotado Perfil moldado Carga uniforme(valor conf. tabela ref.

6

bibliog.) N de dentes imaginario Torque Aplicado Fator de forma do dente Fator de hlice

19 73.595,65 N.mm 0,314 1,54 200 MPa 12

Tenso admissivl flexo Relao Largura/Mdulo Mdulo Prvio Mdulo Padronizado Mdulo transversal

p/19 dentes (valor conf. tabela tabela ref. bibliog.) p/ (valor conf. tabela ) Ref. Mat. 4140 Escolhido 12 (varia de 8 12)

2,37 mm 3 mm 3,46 mmValor normalizado

Num redutor coaxial o entre centros do 1 estgio devera ser o mesmo do 2 estgio ento os calculos a seguir so necessrios:

5. COMPROVAO DA CAPACIDADE DE CARGA DAS ECDHAssim como no dimensionamento prvio os calculos de capacidade de carga foram comprovados apenas para o pinho, utilizando a mesma ideia de que ele sendo menor sofreria maior carga.

7

5.1. 1 Estgio 5.1.1. Comprovao de resistencia fadiga por flexo Dureza do pinho do 1 estgio

DescrioDimetro primitivo Fora tangencial Velocidade Periferica (Real) Qualidade AGMA Indice A do fator dinamico Indice B do fator dinamico Fator dinmico Fator de distribuio de carga Fator geomtrico de resistncia a flexo

Equao

Resultado 27,6 mm 1231,04 N 1,24 m/s 8 70,72 0,63 1,22 1,2 0,434

Observao

Fator de espessura de borda Fator de tamanho Tenso de Flexo Tenso limite fadiga Fator de confiabilidade Fator de temperatura Vida estimada

1 1 75,23 MPa 301,5 MPa 1 1 4000 horas 2,064.10^8 0,842 3,37

Motagem precisa (Tabela ref. bibliog.) J=0,46 Mf=0,945 Grficos ref. bibliog. Borda normal Recomendado

Grau 1 metalurgico p/ 99% p/ Temp