Quais são os materiais comuns para engrenagens? Em quais cenários cada um deles é aplicável?

As engrenagens são cruciais na transmissão de potência, pois transferem movimento e torque entre os componentes. O desempenho das engrenagens depende do tipo de matéria-prima utilizada para construí-las. Este artigo responderá à pergunta: “Quais são os materiais comuns para engrenagens?” Você também aprenderá as vantagens do material e os cenários aplicáveis.

Engrenagens de liga de cobre

As ligas de cobre são usadas para condições operacionais adversas. Os três mais comuns são latão, bronze fosforoso e bronze alumínio. 

• Latão: O latão é uma liga de cobre feita de cobre e zinco. A quantidade de zinco é diferente nas ligas de latão e seu conteúdo altera a ductilidade da liga. Por exemplo, um baixo teor de zinco mantém um elevado nível de ductilidade, enquanto um elevado teor de zinco reduz a ductilidade da liga. O teor de cobre resulta em fácil usinabilidade e benefícios antimicrobianos.

Engrenagens de latão , como engrenagens de dentes retos, são usadas principalmente em ambientes de baixa carga, onde o estresse é mínimo. 

• Bronze fosforoso: O bronze fosforoso é uma liga de cobre feita de cobre, estanho e fósforo. O teor de estanho aumenta a resistência da liga, enquanto o fósforo melhora a rigidez. O bronze fosforoso é mais adequado em componentes de acionamento de alto atrito. Também é utilizado para produzir rodas helicoidais, que resistem à degradação devido ao lubrificante. 

• Bronze de alumínio: O bronze de alumínio é uma liga de cobre feita de cobre, alumínio, ferro, níquel e manganês. As engrenagens feitas de ligas de alumínio e bronze incluem engrenagens helicoidais de eixo cruzado, conhecidas como engrenagens helicoidais e rodas helicoidais.

Vantagens das engrenagens de liga de cobre

• Resistência à corrosão: As ligas de cobre apresentam alta resistência à corrosão devido ao seu teor de estanho e cobre. Além disso, a adição de fósforo melhora a sua resistência ao desgaste, tornando-o capaz de suportar mais cargas do que outros tipos de materiais de engrenagem. 

• Ductilidade: Ligas de cobre com baixo teor de zinco apresentam alta ductilidade. Isso significa que as engrenagens de liga de cobre são maleáveis. A sua forma pode ser alterada sem comprometer a sua resistência. 

Cenários aplicáveis ​​de engrenagens de liga de cobre

As engrenagens de liga de cobre são usadas em aplicações que podem suportar alto torque, alta velocidade e cargas de choque sem falhas. Algumas dessas aplicações incluem:

• Máquinas pesadas

• Equipamento de mineração

• Sistemas de transmissão automotiva

• Operações industriais de alta carga

• Equipamento de construção

Engrenagens de liga de ferro

As ligas de ferro são usadas em situações onde o projeto de uma engrenagem requer uma resistência superior do material. Em sua forma bruta, o ferro cinzento pode ser usinado em engrenagens. Existem diferentes tipos de engrenagens de liga de ferro. 

• Ferro fundido: As engrenagens de ferro fundido são um material tradicional para engrenagens, disponíveis em diversos formatos. É a escolha ideal para engrenagens que exigem controle de vibração e preço acessível. 

• Engrenagens de aço: O aço é uma liga de carbono, ferro e outros elementos. Existem aço carbono e aço inoxidável. Ligas de aço carbono são usadas para a maioria dos tipos de engrenagens porque podem ser endurecidas e estão amplamente disponíveis. O aço carbono pode ser classificado em aço macio, aço de médio carbono e aço de alto carbono.

As ligas de carbono de aço macio têm menos de 0,3% de teor de carbono. O aço de alto carbono tem um teor de carbono superior a 0,6%, enquanto o aço de médio carbono tem um teor de carbono intermediário. Esses aços são usados ​​para produzir engrenagens de dentes retos, engrenagens helicoidais, cremalheiras, sem-fim e engrenagens cônicas. 

Os aços carbono podem ser endurecidos por indução, endurecidos a laser ou cementados. Os aços de liga de carbono contêm elementos adicionais como alumínio, cromo, cobre e níquel que os tornam mais fortes do que o aço carbono simples. 

Os aços inoxidáveis ​​têm um teor mínimo de cromo de 11% e contêm elementos adicionais como níquel, nitrogênio, enxofre, fósforo e silício. O aço inoxidável é ainda dividido em ferrítico, austenítico, martensítico e endurecido por precipitação.

As engrenagens de aço ferrítico são magnéticas e são designadas como aços inoxidáveis ​​da série 300, enquanto as engrenagens austeníticas não são magnéticas e são designadas como aços inoxidáveis ​​da série 400. 

Vantagens das engrenagens de liga de ferro

• Resistência ao desgaste: As engrenagens de liga de ferro apresentam excepcional resistência ao desgaste e podem suportar cargas pesadas. Eles também podem resistir ao desgaste por mais ciclos.

• Propriedades de amortecimento de ruído: As engrenagens de liga de ferro têm excelentes propriedades de amortecimento de vibração e ruído. Assim, são úteis em situações que requerem um funcionamento suave e silencioso.

• Resistência à corrosão: As engrenagens em liga de ferro melhoraram a resistência à corrosão, tornando-as ideais para ambientes úmidos ou aplicações higiênicas. 

• Fácil usinabilidade: As engrenagens de liga de ferro são fáceis de usinar e podem ser fundidas em formatos complexos. Eles também são baratos, pois você pode encontrá-los perto de você.

Cenários aplicáveis ​​de engrenagens de liga de ferro

As engrenagens de liga de ferro são usadas em aplicações grandes e pesadas que exigem operação silenciosa. Exemplos disso incluem:

• Bases de máquinas pesadas

• Grandes caixas de engrenagens industriais

• Sistemas de baixa a média velocidade

Engrenagens de liga de aço ferramenta

As ligas de aço para ferramentas contêm vestígios de cobalto, molibdênio, tungstênio e vanádio. Esses elementos adicionais 

Vantagens das engrenagens de liga de aço para ferramentas

• Resistência ao calor: As ligas de aço para ferramentas mantêm sua dureza mesmo em altas temperaturas, tornando-as ideais para aplicações de fundição sob pressão. 

• Durabilidade e estabilidade: Essas engrenagens são estáveis ​​e resistem à deformação sob alto estresse mecânico, garantindo alta precisão e tolerâncias restritas.

• Dureza e resistência ao desgaste: As ligas de aço ferramenta apresentam alta resistência ao desgaste, mantendo suas arestas vivas ao longo do tempo. 

Cenários aplicáveis ​​de engrenagens de liga de aço ferramenta

• Transmissão automotiva de alta velocidade

• Formação de metais

• Aplicação aeroespacial

• Mineração e máquinas pesadas

• Ambientes operacionais de alta temperatura 

Engrenagens de liga de alumínio

As ligas de alumínio são uma boa alternativa às engrenagens de liga de ferro em aplicações que exigem uma alta relação resistência-peso. Essas ligas têm um terço do peso das ligas de aço do mesmo tamanho. Geralmente passam por um acabamento superficial, conhecido como passivação, para protegê-los da oxidação e corrosão. A passivação reveste a superfície, protegendo as engrenagens de maiores danos. 

Engrenagens de liga de alumínio são usadas para produzir engrenagens de dentes retos, engrenagens helicoidais, engrenagens cônicas de dentes retos e cremalheiras.

Vantagens das engrenagens de liga de alumínio

• Fácil de usinar: Essas engrenagens melhoraram a usinabilidade, o que as torna facilmente moldadas em formas e designs complexos. 

• Resistência ao estresse: As engrenagens de liga de alumínio, especialmente o alumínio 2024 e 7075, possuem alta resistência e resistência ao estresse. 

• Resistência à corrosão: Essas engrenagens, com uma combinação de silício e magnésio, apresentam boa resistência à corrosão. Eles também são soldáveis. 

Cenários aplicáveis ​​de engrenagens de liga de alumínio

As engrenagens de liga de alumínio são utilizadas nas seguintes aplicações:

• Indústria aeroespacial

• Robótica e automação, incluindo subsistemas automotivos

• Equipamento marítimo e ao ar livre

• Caixas de velocidades de alta velocidade ou fechadas

Engrenagens Termoplásticas

As engrenagens termoplásticas são frequentemente usinadas como engrenagens metálicas. No entanto, alguns termoplásticos são adequados para fabricação por moldagem por injeção. Uma das engrenagens mais comuns produzidas dessa forma é o acetal, também chamado de poliacetal ou polioximetileno (POM). 

O polioximetileno está disponível em duas formas: (1) homopolímero e (2) copolímero. Engrenagens como engrenagens de dentes retos, engrenagens helicoidais, engrenagens cônicas e cremalheiras podem ser feitas de qualquer um deles. 

Outra forma de termoplástico é a engrenagem de náilon. As engrenagens de nylon podem ser produzidas com fibra de vidro ou fibras de carbono, possuindo alta resistência mecânica. Eles são usados ​​para produzir rodas sem-fim, cremalheiras, engrenagens de dentes retos e engrenagens cônicas de dentes retos.   

Vantagens das engrenagens termoplásticas

• Estabilidade dimensional: Estas engrenagens mantêm a estabilidade dimensional sob grandes faixas de temperatura. 

• Autolubrificantes: Estas engrenagens são autolubrificantes, possuindo assim um excelente material para superfícies de desgaste. 

• Absorver vibrações: Os termoplásticos, como o náilon, são excelentes na absorção de vibrações, tornando-os adequados para uma operação silenciosa. 

Cenários aplicáveis ​​de engrenagens termoplásticas

As engrenagens termoplásticas são utilizadas em cenários que exigem baixo ruído e redução de peso. Aqui estão alguns exemplos disso:

• Eletrônicos de consumo e eletrodomésticos

• Dispositivos médicos e de cuidados de saúde

• Aplicações industriais e robóticas

• Brinquedos e passatempos

• Equipamento de escritório e ferramentas especializadas

Fatores que influenciam a seleção do material da engrenagem

• Requisitos de aplicação: Selecione o material da sua engrenagem dependendo dos requisitos da aplicação. Por exemplo, se a engrenagem for operar sob carga pesada, use liga de aço de alta resistência. Uma engrenagem de aço inoxidável é mais adequada em ambientes úmidos ou quimicamente corrosivos. 

• Condições operacionais: Leve em consideração as condições operacionais, por exemplo, temperatura, umidade e corrosão química. Selecione uma engrenagem que possa suportar as condições operacionais e permanecer estável e durável.

• Custo: Ao escolher o material da engrenagem, avalie a relação custo-benefício geral. Escolha um equipamento de alto desempenho se estiver dentro do seu orçamento. Isto proporcionará benefícios significativos de uma vida útil mais longa. 

• Use tecnologia moderna: Utilize tecnologia moderna para examinar o desempenho do material de sua engrenagem. Isso o ajudará a escolher uma opção de material de engrenagem que funcione bem sob certas condições e evite falhas.

• Escolha um fornecedor confiável: Faça parceria estreita com um fornecedor confiável para fornecer qualidade e consistência do material das engrenagens. A experiência deles o ajudará a selecionar o equipamento mais adequado para sua aplicação. 

• Realizar testes de materiais: Realize testes contínuos de materiais para verificar o desempenho das engrenagens. Isso lhe proporcionará conhecimento das qualidades mecânicas e da resistência ao desgaste das engrenagens. Também o ajudará no processo de identificação de possíveis áreas fracas e na solução de problemas em um estágio inicial.

Conclusão

Este artigo descreveu os materiais comuns para engrenagens, seus cenários aplicáveis ​​e como você pode selecionar o mais adequado. O material certo aumentará a eficiência e a confiabilidade do seu sistema de transmissão e, além disso, permitirá que o seu negócio tenha sucesso em um ambiente competitivo.

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Perguntas frequentes

Qual é o material mais resistente para engrenagens?

O material mais resistente para engrenagens é a liga de aço carburizada. Essas engrenagens oferecem alta dureza superficial com alta ductilidade para evitar fadiga e desgaste.

As engrenagens de plástico são duráveis ​​o suficiente para uso industrial?

Sim, as engrenagens plásticas são duráveis ​​o suficiente para uso industrial, desde que sejam aplicadas em aplicações de serviços leves a médios. No entanto, eles não são ideais para máquinas pesadas. 

Qual é o material de engrenagem mais econômico?

O aço carbono é o material de engrenagem com melhor custo-benefício. Está amplamente disponível e é fácil de usinar, o que o torna ideal para aplicações de baixo custo.

Qual é o melhor material para engrenagens?

O aço é o melhor material para engrenagens, oferecendo alta resistência, resistência ao desgaste, durabilidade e propriedades higiênicas. Assim, engrenagens de aço, principalmente de aço inoxidável, são utilizadas em áreas úmidas ou cenários onde a higiene é necessária.

O alumínio pode ser usado para engrenagens?

Sim, o alumínio pode ser usado em engrenagens, pois possui resistência à corrosão, baixo peso e baixa inércia. Eles são usados ​​​​na indústria aeroespacial, robótica e eletrônicos de consumo.