Design da Máquina 101: Relações de transmissão

Rácios de transmissão são uma ciência central por detrás de quase todas as máquinas da era moderna. Elas podem maximizar a potência e a eficiência e são baseadas em matemática simples. Então, como elas funcionam?

Se você trabalha com relações de transmissão todos os dias, este posto provavelmente não é para você. Mas, se você quer melhorar sua compreensão deste elemento essencial do design da máquina, continue lendo.

Rácios de aprendizagem são simples desde que compreenda algumas das matemáticas por detrás dos círculos. Vou poupar-lhe a matemática da escola primária, mas é importante saber que a circunferência de um círculo está relacionada com o diâmetro de um círculo. Esta matemática é importante no desenho de relações de transmissão.

O básico de relações de transmissão e desenho de relações de transmissão

Para começar a compreender as relações de transmissão, é mais fácil se começarmos por remover os dentes das engrenagens. Imagine dois círculos rolando um contra o outro, e assumindo que não há deslizamento, assim como na Física Universitária 1. Dê um círculo de 2,54 polegadas de diâmetro. Multiplicando isto por pi deixa-nos com uma circunferência de 8 polegadas ou, em outras palavras, uma rotação completa do círculo um resultará em 8 polegadas de deslocamento.

Dê uma circunferência de 2,3175 polegadas de diâmetro, dando-nos uma circunferência de 1 polegada. Se estes dois círculos rolarem juntos, eles terão uma relação de engrenagem de 8:1, já que o círculo um tem uma circunferência 8 vezes maior do que o círculo dois. Uma relação de engrenagem de 8:1 significa que o círculo dois gira 8 vezes para cada vez que o círculo um gira uma vez. Não adormeça ainda; vamos ficar cada vez mais complexos.

Atras não são círculos porque, como você sabe, eles têm dentes. As engrenagens têm que ter dentes porque, no mundo real, não há fricção infinita entre dois círculos rolantes. Os dentes também tornam as relações de engrenagens exatas muito fáceis de se conseguir.

Rede do que ter que lidar com os diâmetros das engrenagens, você pode usar o número de dentes em uma engrenagem para alcançar proporções altamente precisas. As relações de transmissão nunca são apenas valores arbitrários, elas são altamente dependentes do torque e potência necessários, bem como da resistência das engrenagens e do material. Por exemplo, se você precisar de uma relação de transmissão de 3,57:1, seria possível projetar duas engrenagens compatíveis, uma com 75 dentes e outra com 21,

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Um outro grande aspecto que joga no uso de dentes em engrenagens é a tolerância de fabricação. A maioria das engrenagens pode ser construída com tolerâncias bastante amplas, e sabemos que quanto mais apertada for a tolerância, mais cara é a fabricação. Os dentes permitem que a fabricação de engrenagens com diâmetros definidos seja um pouco variante, o que significa que a fabricação é mais barata. Essencialmente, os dentes tornam-se um amortecedor que permite imperfeições na fabricação de engrenagens.

Calculando as relações de engrenagens no projeto da máquina

Embora a relação básica de engrenagens seja bastante simples de entender, ela também pode ficar muito mais complicada. Grandes vãos de engrenagens, chamados trens de engrenagem, são muitas vezes necessários no projeto da máquina. Estes consistem em muitas engrenagens, que são frequentemente empilhadas ou colocadas em sucessão. Os trens de engrenagem são necessários para obter relações de engrenagem mais robustas, além de afetar a direção de rotação. Como duas engrenagens conectadas irão girar em sentidos opostos, os trens de engrenagem são frequentemente necessários para traduzir a potência através de relações específicas, sem afetar a rotação.

Por exemplo, usando um trem de engrenagens de três velocidades, com uma relação de engrenagens de 1:5, produziria um aumento de 2500% na velocidade de rotação, mantendo a saída na mesma direção que a entrada. Para dar um exemplo mais concreto, um motor que aplicasse 100 RPM na extremidade inicial deste trem de engrenagem produziria 2500 RPM na outra extremidade na mesma direção. Você também poderia inverter onde a potência é aplicada e descer um motor de 2500 RPM para uma saída de 100 RPM. Estas mudanças permitem ajustar tanto o torque quanto a velocidade.

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Combinações mais complexas de engrenagens e relações de engrenagens permitem alguns desenhos interessantes de máquinas. Teoricamente, as relações de transmissão são simples, mas como engenheiro, você pode se ver envolvido em projetos complexos de engrenagens que parecem apenas um pouco avassaladores. Como com outras habilidades de engenharia, leva tempo para desenvolver completamente as habilidades no projeto de relações de transmissão.

Transmissões – aplicações práticas de relações de transmissão

Transmissões são alguns dos melhores exemplos das aplicações práticas de relações de transmissão. Qualquer pessoa que tenha andado de carro ou outro veículo motorizado beneficiou das transmissões de alguma forma. E cada transmissão é essencialmente apenas um conjunto de engrenagens e relações de transmissão agrupadas. Dê uma olhada no vídeo incrivelmente útil da Learn Engineering abaixo para saber mais sobre como as transmissões manuais funcionam.

É importante notar que enquanto as transmissões manuais estão caindo em desuso com os fabricantes de automóveis, já que não são fáceis de incorporar em veículos híbridos ou elétricos, elas funcionam de forma quase idêntica a como as transmissões automáticas funcionam, no que diz respeito às engrenagens. A principal diferença está na forma como as engrenagens são deslocadas.

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As transmissões manuais envolverão a acção do utilizador (mudança de velocidades e embraiagem) para a mudança, enquanto as transmissões automáticas utilizarão a entrada do computador de bordo do automóvel ou, em modelos muito antigos, a entrada mecânica quer da velocidade do automóvel quer do motor do automóvel.