Este artigo fornece um relato detalhado da engrenagem do britador cônico, um componente central da transmissão que transfere a potência do motor para o eixo excêntrico, impulsionando a oscilação do cone em movimento. Ela desempenha funções essenciais na transmissão de potência, regulação de velocidade e amplificação de torque, exigindo alta resistência, resistência ao desgaste e precisão.
A composição e a estrutura da engrenagem são descritas, incluindo o corpo da engrenagem (aço-liga, sólido ou oco), dentes (perfil envolvente com parâmetros específicos), conexão furo/eixo, cubo/flange, ranhuras de lubrificação e almas/nervuras para engrenagens grandes.
Para engrenagens de grande porte, o processo de fundição é detalhado: seleção do material (ZG42CrMo), modelagem, moldagem, fusão, vazamento, resfriamento e tratamento térmico. O processo de usinagem abrange usinagem de desbaste, corte dos dentes (fresagem ou conformação), tratamento térmico de têmpera (cementação, têmpera, revenimento), usinagem de acabamento (retificação) e rebarbação.
As medidas de controle de qualidade incluem testes de materiais (análise química, testes de tração e impacto), verificações dimensionais (CMM, centro de medição de engrenagens), testes de dureza e microestrutura, testes de desempenho dinâmico (testes de malha e carga) e testes não destrutivos (MPT, UT). Essas medidas garantem que as engrenagens atendam aos requisitos de precisão, resistência e durabilidade, garantindo uma operação confiável em cenários de britagem de alta resistência.
Introdução detalhada ao componente de engrenagem do britador cônico
1. Função e papel da engrenagem do britador cônico
A engrenagem do britador cônico (frequentemente chamada de engrenagem motriz ou pinhão) é um componente de transmissão essencial que transfere potência do motor para o eixo excêntrico do britador, impulsionando o movimento oscilatório do cone em movimento. Suas principais funções incluem:
Transmissão de energia: Convertendo a energia rotacional do motor em movimento mecânico por meio do engate com a engrenagem excêntrica ou engrenagem principal, possibilitando o ciclo de britagem.
Regulação de velocidade: Ajustar a velocidade de rotação do eixo excêntrico (normalmente 150–300 rpm) para corresponder à produtividade do projeto do britador e à dureza do material.
Amplificação de torque: Aumento do torque para superar a alta resistência encontrada durante o esmagamento do material, garantindo uma operação estável sob cargas pesadas.
Dada sua função em operações contínuas de alto torque, a engrenagem deve apresentar alta resistência, resistência ao desgaste e precisão para evitar falhas prematuras.
2. Composição e estrutura da engrenagem do britador cônico
As engrenagens do britador cônico são normalmente engrenagens cilíndricas de dentes retos ou cônicos, com os seguintes componentes principais e características estruturais:
Corpo da engrenagem: Estrutura cilíndrica ou cônica feita de aço-liga de alta resistência (por exemplo, 40CrNiMoA ou 20CrMnTi), com dentes externos usinados em dimensões precisas. O corpo pode ser sólido (para engrenagens pequenas) ou oco (para engrenagens grandes) para reduzir o peso e manter a rigidez.
Dentes: A parte mais crítica, com um perfil envolvente (ângulo de pressão de 20°) para garantir um engrenamento suave. Os parâmetros dos dentes incluem módulo (8–20), número de dentes (15–40) e largura da face (100–300 mm), adaptados à potência nominal do britador.
Conexão de furo ou eixo: Um furo central (para engrenagens de pinhão) ou rasgo de chaveta (para engrenagens de topo) que se conecta ao eixo do motor ou ao conjunto excêntrico. O furo é usinado com precisão para garantir a concentricidade com os dentes da engrenagem, minimizando a vibração.
Cubo ou flange: Uma seção reforçada na extremidade da engrenagem, com furos para parafusos ou estrias para fixá-la ao eixo ou acoplamento. O cubo melhora a transmissão de torque e evita o deslocamento axial.
Ranhuras de lubrificação: Ranhuras circunferenciais ou axiais nos flancos dos dentes e na superfície do furo para distribuir o lubrificante, reduzindo o atrito e o desgaste durante o engrenamento.
Teias ou costelas: Estruturas de reforço interno em engrenagens grandes (diâmetro >500 mm) para reduzir o peso e melhorar a dissipação de calor sem comprometer a integridade estrutural.
3. Processo de fundição da engrenagem (para engrenagens grandes)
Engrenagens grandes (por exemplo, engrenagens principais com diâmetro de 800 mm) são frequentemente fabricadas por fundição para atingir formas complexas e alta resistência estrutural:
Seleção de materiais:
Aço fundido de alta resistência (ZG42CrMo) é preferido por sua excelente combinação de resistência à tração (≥785 MPa), tenacidade ao impacto (≥45 J/cm²) e temperabilidade.
Criação de padrões:
Um padrão de espuma ou madeira em escala real é criado, replicando o diâmetro externo, os dentes, o furo e o cubo da engrenagem. Margens de contração (2–3%) e ângulos de inclinação (3°) são adicionados para compensar a contração pós-fundição.
Moldagem:
Moldes de areia aglomerada com resina são moldados ao redor do molde, com um núcleo de areia usado para criar o furo central. A cavidade do molde é revestida com uma camada refratária para garantir um acabamento superficial liso.
Derretendo e Derramando:
O aço de liga é fundido em um forno elétrico a arco a 1550–1600°C, com composição química controlada para C (0,40–0,45%), Cr (0,9–1,2%) e Mo (0,15–0,25%).
O vazamento é realizado a 1480–1520°C usando uma concha de vazamento inferior para minimizar a turbulência, garantindo o enchimento uniforme da cavidade do molde.
Resfriamento e Shakeout:
A peça fundida é resfriada no molde por 72 a 96 horas para reduzir o estresse térmico e, em seguida, removida por vibração. Os resíduos de areia são limpos por jateamento de granalha.
Tratamento térmico:
A normalização (860–900 °C, resfriado a ar) refina a estrutura do grão, seguida pelo revenimento (600–650 °C) para atingir uma dureza de 220–250 HBW, melhorando a usinabilidade.
4. Processo de Usinagem e Fabricação
Usinagem de desbaste:
A peça bruta da engrenagem é montada em um torno CNC para tornear o diâmetro externo, a face e o furo, deixando uma margem de acabamento de 3 a 5 mm. As ranhuras ou estrias são usinadas em desbaste com uma fresadora.
Corte de dentes:
Para engrenagens retas: os dentes são cortados usando uma fresadora de engrenagens (com uma fresa de módulo correspondente), obtendo um perfil áspero com uma margem de acabamento de 0,3–0,5 mm.
Para engrenagens cônicas: um modelador de engrenagens ou gerador de engrenagens cônicas CNC é usado para cortar o perfil do dente cônico, garantindo um engrenamento preciso com a engrenagem correspondente.
Tratamento térmico para endurecimento:
A engrenagem passa por cementação (900–930 °C por 8–12 horas) para criar uma camada superficial dura (0,8–1,5 mm de espessura), seguida de têmpera (resfriamento a óleo a 850–880 °C) e revenimento a baixa temperatura (180–200 °C). Isso resulta em uma dureza superficial de HRC 58–62 (para resistência ao desgaste) e um núcleo tenaz (HRC 30–35).
Usinagem de Acabamento:
Os dentes são retificados usando uma retificadora de engrenagens para atingir precisão AGMA 6–8, com desvios do perfil do dente ≤0,02 mm e rugosidade da superfície Ra0,8–1,6 μm.
O furo e as superfícies de montagem são retificados com precisão de acordo com a tolerância IT6, garantindo concentricidade com o eixo da engrenagem (desvio ≤0,03 mm).
Rebarbação e polimento:
As bordas dos dentes são rebarbadas usando uma escova ou roda abrasiva para evitar concentração de tensão e reduzir o ruído durante o engrenamento.
As ranhuras de lubrificação são polidas para garantir um fluxo de óleo desobstruído.
5. Processos de Controle de Qualidade
Teste de materiais:
A análise da composição química (por espectrometria) verifica o conteúdo da liga (por exemplo, 40CrNiMoA: C 0,37–0,44%, Ni 1,25–1,65%).
Testes de tração em cupons confirmam a resistência ao escoamento (≥835 MPa) e a tenacidade ao impacto (≥68 J/cm² a -20°C).
Verificações de precisão dimensional:
Uma máquina de medição de coordenadas (CMM) inspeciona parâmetros-chave: erro de passo do dente (≤0,02 mm), espessura do dente (±0,015 mm) e concentricidade do furo.
Um centro de medição de engrenagens avalia o perfil envolvente, o ângulo da hélice e o espaçamento dos dentes, garantindo a conformidade com os padrões AGMA.
Teste de Dureza e Microestrutura:
A dureza da superfície é medida usando um testador de dureza Rockwell (HRC 58–62 necessário para a superfície do dente).
A análise metalográfica verifica a profundidade e a microestrutura da camada cementada (sem excesso de redes de austenita ou carboneto retidas).
Teste de Desempenho Dinâmico:
Teste de malha de engrenagens: a engrenagem é pareada com sua engrenagem correspondente em um equipamento de teste para medir ruído (≤85 dB na velocidade nominal) e vibração (≤0,1 mm/s).
Teste de carga: Um teste de torque nominal de 120% é realizado por 2 horas para verificar se há deformação ou rachaduras nos dentes.
Ensaios Não Destrutivos (END):
O teste de partículas magnéticas (MPT) detecta rachaduras superficiais em dentes e áreas de cubo.
O teste ultrassônico (UT) inspeciona o corpo da engrenagem em busca de defeitos internos (por exemplo, poros de contração >φ3 mm são rejeitados).
Ao aderir a esses processos, a engrenagem do britador cônico atinge a precisão, a resistência e a durabilidade necessárias, garantindo transmissão de energia confiável e longa vida útil em aplicações de britagem exigentes.
