Como é que os rolamentos afectam a eficiência e a durabilidade dos motores de engrenagens helicoidais? Este artigo aprofunda o papel crítico dos rolamentos, discutindo a sua seleção e disposição, e a forma como lidam com as cargas complexas nos sistemas de engrenagens helicoidais. Os leitores obterão informações sobre como otimizar os designs dos motores de engrenagens, garantir a fiabilidade e reduzir os desafios de manutenção. Saiba como a colocação precisa dos rolamentos pode afetar a precisão da engrenagem e o desempenho geral do motor.
Atualmente, muitos dispositivos procuram a miniaturização e a leveza, pelo que é frequente a procura de uma maior integração entre motores e caixas de velocidades. Por vezes, o motor é concebido para ser integrado num veio da caixa de velocidades.
Por exemplo, o veio do motor serve diretamente como veio de alta velocidade da caixa de velocidades, ligando-se diretamente à engrenagem.
Esta conceção reduz certamente o tamanho do equipamento e simplifica as ligações. Se for bem concebida, pode também aumentar a fiabilidade e reduzir os custos globais.
No entanto, esta conceção integrada apresenta novos desafios aos fabricantes de motores em termos de conceção, fabrico e instalação. Este artigo aborda os problemas trazidos pelos motores de engrenagens à seleção e disposição dos rolamentos.
Para facilitar a discussão, optámos por falar sobre o motor de engrenagens helicoidais com uma situação de carga relativamente complexa.
Segue-se um diagrama de forças de um sistema de eixo de engrenagem helicoidal (a discussão abaixo assume que ambos os lados são rolamentos rígidos de esferas; situações com outros tipos de rolamentos requerem uma análise específica seguindo este processo de pensamento):
Ao projetar motores, a força tangencial da parte do rotor não é geralmente incluída no cálculo da carga da chumaceira. A principal razão para tal é que a força tangencial do rotor do motor é sempre contrabalançada por uma força igual, mas de direção oposta, pelo que esta carga não é transmitida à chumaceira.
No entanto, a situação é diferente para as transmissões por caixa de velocidades. Por exemplo, na figura acima, o motor está diretamente ligado a uma engrenagem helicoidal. A engrenagem transfere o binário e suporta a força tangencial unidirecional.
Sem uma força oposta para a equilibrar, esta força tangencial deve ser incluída no cálculo da carga de suporte.
Portanto, na figura acima, as forças radiais suportadas por todo o sistema do eixo do motor incluem:
Entretanto, uma vez que a engrenagem é uma engrenagem helicoidal, o motor irá suportar a força axial, Fa, da engrenagem helicoidal. Portanto, ao verificar a vida útil dos rolamentos do sistema de eixo, todas as cargas acima devem ser levadas em consideração.
Vamos utilizar a ilustração acima como exemplo. A imagem não representa os marcadores para a extremidade de posicionamento e a extremidade de não posicionamento do sistema de veios.
Em artigos anteriores, abordámos o facto de um sistema de veio de motor necessitar de ter uma extremidade de posicionamento e uma extremidade de não posicionamento. Assim, vamos tentar analisar a disposição dos rolamentos deste sistema de veios de engrenagens helicoidais.
Uma vez que o eixo do motor está diretamente ligado à engrenagem, o engenheiro do motor deve ter em conta a precisão da malha da engrenagem. Se houver um problema com a malha da engrenagem, as consequências podem ser graves.
No exemplo acima, o fator mais direto que afecta a precisão da engrenagem é a excentricidade axial e radial do eixo.
A excentricidade radial da chumaceira pode ser garantida de forma aproximada através da folga radial da chumaceira.
No entanto, a excentricidade axial do veio exige que se considere a relação de posicionamento do sistema de rolamentos.
Por exemplo, se a extremidade de posicionamento for colocada no rolamento traseiro, como no diagrama, quando o motor passar de um estado frio para uma temperatura de funcionamento estável, a temperatura do rotor aumentará.
A expansão térmica resultante será transmitida da extremidade flutuante do eixo para fora. Esta transmissão atinge diretamente a engrenagem na extremidade do veio do motor. O movimento axial da engrenagem afectará inevitavelmente a engrenagem.
Por conseguinte, do ponto de vista do engrenamento das engrenagens, a extremidade de posicionamento deve ser colocada o mais próximo possível do lado da engrenagem.
Do ponto de vista da manutenção, se a chumaceira da extremidade traseira for a extremidade flutuante, então a manutenção da chumaceira da extremidade traseira e da mola de pré-carga pode ser efectuada independentemente, sem afetar a chumaceira da extremidade dianteira. Pelo contrário, se a disposição for diferente, a mesma manutenção exigiria a desmontagem de todo o motor.
No entanto, a colocação da extremidade de posicionamento mais próxima do lado da engrenagem também acarreta impactos adicionais.
Em primeiro lugar, o tamanho do rolamento. Nesta estrutura, existe uma diferença aparente na distribuição da força radial entre os dois rolamentos. A carga radial suportada pela chumaceira esquerda é maior do que a da chumaceira direita, pelo que a seleção do tamanho da chumaceira esquerda será maior.
Em segundo lugar, sabemos que a extremidade de posicionamento num rolamento de motor suporta a força axial. Se definirmos o lado esquerdo como o rolamento da extremidade de posicionamento, o tamanho deste rolamento aumentará ainda mais sob a condição de força axial do rolamento.
Na realidade, a conceção do sistema de veios de um motor simples requer uma consideração para distribuir uniformemente a carga suportada pelos dois rolamentos, tanto quanto possível.
No entanto, nesta aplicação, devido aos requisitos especiais da engrenagem frontal, o engenheiro de motores tem de fazer um compromisso.
O que foi dito acima apenas aborda um aspeto do arranjo de rolamentos do motor de engrenagem. Na prática, um projeto deste tipo trará outros desafios, tais como:
Na utilização de rolamentos de rolos cónicos, são necessários conhecimentos adicionais no domínio da transmissão aplicação de rolamentos é necessária tecnologia, como o ajuste da pré-carga do rolamento.
Este facto representa mais um desafio significativo para os engenheiros de motores. Os engenheiros de motores são aconselhados a não "copiar" cegamente estruturas de motores anteriores quando projectam estes sistemas de veios de motores para evitar perdas desnecessárias.
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
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