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Explorando a Normal Comum das Engrenagens: Perspectivas sobre a Mecânica da Linha Involuta

involuto e engrenagem guia normal comum

Ao discutir métodos de inspeção de engrenagens, a medição o comprimento da linha normal comum apresenta uma técnica simples e económica amplamente utilizada em produção de engrenagens e inspeções de engenharia reversa.

Este método, em comparação com a medição tradicional da espessura individual dos dentes, não só simplifica a operação, como também evita eficazmente problemas relacionados com a deformação elástica local causada pelo contacto pontual, aumentando assim a precisão das medições. Ao medir com paquímetros de dentes de engrenagem para a espessura do dente, é essencial garantir que o paquímetro permaneça paralelo à superfície do dente, o que aumenta indiscutivelmente a dificuldade da medição. Além disso, embora a utilização de equipamentos CNC (Controlo Numérico Computorizado) para medição seja precisa, é também dispendiosa e o processo é moroso.

Este artigo começará por introduzir o conceito básico da linha de evolvente, aprofundando gradualmente o conceito da normal comum da engrenagem. No final deste artigo, deverá ter uma compreensão abrangente do mesmo e ser capaz de aplicar este conhecimento de forma eficaz no seu trabalho.

O conceito básico de Involute

Introdução à Involute: compreensão simplificada e conhecimentos básicos

A evolvente, um conceito frequentemente mencionado em matemática e engenharia, pode ser compreendida através de uma experiência simples: imagine que temos um fio fino não elástico enrolado em torno de um objeto circular (pense nele como um círculo perfeito). À medida que começamos a desenrolar lentamente este fio, mantendo-o esticado, a trajetória descrita pela extremidade do fio forma o que se chama de evolvente. Neste processo, o objeto circular é designado por “círculo de base,” e o fio que se desenrola é conhecido como “linha geradora.”

a formação da linha involuta
A composição de um involuto

Nesta ação, a linha geradora permanece tangente ao círculo de base, e em qualquer ponto da evolvente, é perpendicular à curva. Este ângulo, que designamos por ângulo de desenrolamento θ (∠KOK0), é o ângulo formado pela linha que liga o ponto na evolvente (K) ao centro do círculo de base (O) a partir do ponto inicial da involuta (K0) .

Vale a pena notar que, uma vez que o comprimento do fio não muda, o comprimento do arco no círculo de base (arco NK0) e o comprimento da linha geradora (NK) são numericamente iguais.

O conceito de ângulo de pressão α e a sua variabilidade

Aprofundando mais, vamos discutir um conceito intimamente relacionado com a evolvente—o ângulo de pressão α. O ângulo de pressão é o ângulo entre a normal em qualquer ponto da evolvente (ou seja, a linha perpendicular à evolvente) e a direção da velocidade nesse ponto. É importante notar que o ângulo de pressão varia em cada ponto ao longo da evolvente, começando em zero no início da evolvente e aumentando gradualmente à medida que se move para fora.

ângulo de pressão da linha involuta

Além disso, a distância de um ponto K na evolvente ao centro do círculo, rk, pode ser calculado através da fórmula rk = rb / cos(αk), onde rb é o raio do círculo de base e αk é o ângulo de pressão no ponto K.

Função normal comum

A relação funcional entre o ângulo de desenrolamento θ e o ângulo de pressão α é designada por função evolvente, denotada por inv(α).

Como mostrado no diagrama abaixo, θk = ∠NOK0 - αk

Onde, a ∠NOK0 é igual acomprimento do arco NK0 dividido pelo raio rb, medida em unidades de comprimento de arco, que também pode ser convertida em graus.

Dado que o comprimento do arco NK0 = NK, então = NK / rb = tg(αk)

Assim, temos θk = tg(αk) - αk

O que significa inv(αk) = tg(αk) - αk

Explicação da função normal comum

O conceito de normal comum da engrenagem

Tendo compreendido o conceito básico da evolvente, podemos agora aprofundar o conceito de normal comum da engrenagem. Refere-se a qualquer linha tangente no círculo de base que interseta os perfis da engrenagem em pontos separados por vários dentes. Devido às características da evolvente, sabemos que esta linha é perpendicular às evolventes que formam estes dois perfis da engrenagem, razão pela qual é chamada de normal comum.

A partir das ilustrações, podemos observar que o lcomprimento da normal comum (AB), aninhado entre estes dois perfis da engrenagem, é igual a a comprimento do arcoab no círculo de base. Mesmo que o ângulo da normal comum mude, o seu comprimento permanece constante. Esta característica proporciona uma vantagem significativa nas medições. Significa que, mesmo que haja algum desvio na posição do instrumento de medição, isso não afetará o resultado da medição.

comprimento normal comum explicado

número do dente estendido

O número de dentes abrangidos pelo comprimento da normal comum da engrenagem é chamado de “número de dentes abrangidos,” que pode ser determinado a partir da normal comum desenhada no projeto. Existe uma fórmula para o calcular, mas o processo de cálculo pode ser algo moroso, tornando a observação direta do projeto mais simples e direta. A fórmula é:

k = zα / 180° + 0,5

Onde:

  • k é o número do dente de comprimento total,
  • z é o número de dentes,
  • α é o ângulo de pressão da engrenagem no círculo de circunferência, que é de 20° na maioria dos casos
  • x é a engrenagem coeficiente de deslocação do perfil.

O comprimento da normal comum também pode ser obtido a partir de desenhos CAD, mas também pode ser calculado através de uma fórmula. Para engrenagens com um coeficiente de modificação x = 0, a fórmula para calcular a distância entre dentes abrangidos é:

L = m cos α [(k - 0,5)π + z inv α]

Onde:

  • L é o comprimento da normal comum,
  • α é o ângulo de pressão no círculo de referência,
  • k é o número do dente de comprimento total.
o comprimento normal comum mantém-se estável
Embora o ângulo da normal comum possa variar, o seu comprimento permanece o mesmo.

As fórmulas mencionadas acima são calculadas com base no coeficiente de modificação x = 0, onde a espessura do dente no círculo primitivo s = zm/2, que é metade do passo. No entanto, se x > 0, a espessura do dente no círculo primitivo aumenta, conduzindo a um aumento em L, e inversamente, L diminui se x < 0. Portanto, medir o comprimento da normal comum é um método eficaz para a engenharia reversa de engrenagens, permitindo a estimativa do coeficiente de modificação da engrenagem amostrada.

Conclusão

Para manter este artigo conciso, não vamos aprofundar a derivação destas fórmulas aqui, mas elas serão abordadas noutros artigos.

Esperamos que este artigo lhe dê uma ideia clara do que é o normal comum. Se tiver alguma dúvida, deixe os seus comentários abaixo.

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