Transmissão por Engrenagens: Princípios e Aplicações do Método de Corte por Forma e do Método de Geração na Usinagem de Engrenagens

01 Princípios Básicos do Método de Geração

1.1 Fundamentos Matemáticos

• Princípio de Envoltória : A trajetória de movimento da aresta de corte das ferramentas (como fresas-mãe e dentadoras) forma uma série de curvas contínuas, e a envoltória dessas curvas constitui o perfil teórico do dente da engrenagem (por exemplo, evolvente, cicloide).
• Equação de Engrenamento : Satisfaz a relação de movimento relativo entre a ferramenta e a peça, garantindo a precisão do perfil do dente.

1.2 Características Principais

• Alta Precisão : Capaz de usinar perfis de dentes complexos (por exemplo, evolvente, engrenagens de arco circular).
• Alta Eficiência : O corte contínuo permite a produção em massa.
• Versatilidade forte : Uma única ferramenta pode usinar engrenagens com diferentes números de dentes (desde que tenham o mesmo módulo).

1.3 Processos Típicos por Método Gerador

1.3.1 Fresagem com Fresa-Broca (Hobbing)

• Princípio : Utiliza o movimento de engrenamento entre uma fresa-broca (com formato semelhante ao de uma rosca sem-fim) e a peça bruta, completando a usinagem por meio da alimentação axial.
• Relação de Movimento : Rotação da fresa-broca (movimento principal de corte) + Rotação da peça (movimento gerador) + Alimentação axial.
• Vantagens : Alta eficiência, adequado para produção em massa (por exemplo, engrenagens automotivas); pode usinar engrenagens retas, helicoidais, sem-fim, etc.
• Exemplos de aplicação : Usinagem de engrenagens planetárias e solares em caixas de engrenagens para turbinas eólicas.

1.3.2 Geração de Engrenagens (Gear Shaping)

• Princípio : Usa uma fresa perfilada (com formato semelhante ao de uma engrenagem) que realiza um movimento alternado de corte sobre a peça, girando em uma proporção de engrenamento.
• Relação de Movimento : Corte vertical recíproco da fresadora de engrenagens + rotação geradora da peça e da ferramenta.
• Vantagens : Pode usinar estruturas complexas, como engrenagens internas e engrenagens duplas; rugosidade superior da superfície dos dentes em comparação com a fresagem (Ra 0,8–1,6 μm).
• Limitações : Eficiência inferior à fresagem; custo da ferramenta mais elevado.
• Exemplos de aplicação : Usinagem de anéis de engrenagens internas em caixas de câmbio e pequenas engrenagens de precisão.

1.3.3 Retificação de Engrenagens (Shaving)

• Princípio : O cortador de retificação e a peça giram acoplados sob ligeira pressão, melhorando a precisão do perfil do dente por meio da ação de raspagem das arestas do cortador. É um processo de acabamento utilizado para ajuste após a fresagem ou moldagem de engrenagens.
• Vantagens : Pode corrigir erros no perfil do dente e melhorar o funcionamento suave da transmissão da engrenagem; a precisão do usinagem alcança a classe DIN 6–7.
• Exemplos de aplicação : Usinagem final de engrenagens de caixa de câmbio automotiva.

1.3.4 Retificação de Engrenagens (Grinding)

• Princípio : Utiliza uma roda de retificação conformada ou uma roda de retificação tipo rosca sem-fim para retificar a superfície do dente por meio de movimento gerador, principalmente para acabamento de engrenagens temperadas.
• Vantagens : Extremamente alta precisão (até grau DIN 3–4); pode usinar engrenagens com superfície dura (HRC 58–62).
• Limitações : Custo elevado e baixa eficiência, normalmente utilizado em campos com demanda de alta precisão.
• Exemplos de aplicação : Engrenagens de motores aeroespaciais e engrenagens de estágio de alta velocidade em caixas de engrenagens para energia eólica.

02 Princípios Básicos da Usinagem por Formato

• Alta Dependência da Ferramenta : A precisão do perfil do dente depende diretamente da precisão do contorno da ferramenta.
• Ausência de Movimento Gerador : O processo de usinagem não simula o engrenamento de engrenagens, baseando-se apenas no movimento relativo entre a ferramenta e a peça.
• Alta flexibilidade : Capaz de usinar perfis de dentes não padronizados (por exemplo, dentes em arco circular, dentes retangulares).

2.1 Fundamentos Matemáticos

• Princípio do Perfilamento : A forma geométrica da aresta de corte da ferramenta corresponde perfeitamente ao espaço entre os dentes do engrenagem.
• Movimento de Indexação : Utiliza dispositivos de indexação (por exemplo, cabeças divisoras) para usinagem dente a dente, garantindo passo uniforme dos dentes.

2.2 Vantagens e Desvantagens

Vantagens

• Equipamento Simples : Pode ser realizada com máquinas-ferramenta comuns.
• Adequado para Produção de Peça Única, em Pequenos Lotes ou Reparos : Ideal para cenários de personalização e manutenção.
• Capaz de Usinar Engrenagens de Módulo Extra-Grande : Como engrenagens usadas em máquinas de mineração.

Desvantagens

• Baixa Precisão : Tipicamente grau DIN 9–10.
• Baixa eficiência : Requer usinagem dente por dente.
• Má Versatilidade da Ferramenta : São necessárias ferramentas especializadas para cada módulo.

2.3 Processos Típicos de Corte por Forma

2.3.1 Fresagem de Engrenagens

• Princípio : Utiliza uma fresa de disco ou fresa de topo; a fresa gira para o corte, e a peça é indexada dente a dente por meio de um cabeçote divisor.
• Relação de Movimento : Rotação da fresa (corte principal) + Avanço axial da peça + Rotação de indexação.
• Cenários de Aplicação : Produção de engrenagens cilíndricas de dentes retos e helicoidais em peça única e pequenos lotes; engrenagens de módulo grande (módulo ≥20 mm) ou engrenagens de reparo.
• Estudo de Caso : Engrenagens do estágio de baixa velocidade de redutores marítimos (módulo 30, material: 42CrMo) usinadas com fresa de topo + indexação CNC, alcançando uma rugosidade da superfície dos dentes de Ra 3,2 μm.

2.3.3 Geração por Retificação

• Princípio : Utiliza uma broca (ferramenta escalonada com múltiplos dentes) para broquear todo o espaço entre dentes em uma única passagem.
• Relação de Movimento : Movimento linear da broca (corte) + peça fixa.
• Vantagens : Eficiência extremamente alta (conclui um espaço entre dentes por golpe); precisão relativamente elevada (até grau DIN 7).
• Limitações : Apenas adequado para produção em massa de engrenagens internas ou externas; alto custo de fabricação da broca, ideal para pedidos de grande volume de uma única especificação.
• Exemplos de aplicação : Produção em massa de anéis sincronizadores automotivos (tempo de ciclo <10 segundos/peça).

2.3.3 Retificação por Forma

• Princípio : Utiliza uma roda de retificação conformada (com perfil correspondente ao espaço entre dentes) para retificar engrenagens temperadas.
• Relação de Movimento : Rotação da pedra de retificação + indexação da peça.
• Vantagens : Pode usinar engrenagens de alta dureza (HRC >60); precisão até grau DIN 4 (erro de perfil do dente <5 μm).
• Campos de Aplicação : Acabamento de engrenagens para motores aeronáuticos e engrenagens de redutores de precisão.

03 Comparação e Aplicações Industriais dos Dois Métodos

Comparação entre o Método de Geração e o Corte por Forma

Aplicações Industriais do Método Gerador

3.1 Redutores para Energia Eólica

• Requisitos : Alto torque, longa vida útil (≥20 anos).
• Combinação de processos : Fresagem (usinagem rough) → Tratamento térmico → Retificação da engrenagem (acabamento).