Mecânica da Transmissão de Movimento 2009

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MECÂNICA DA
TRANSMISSÃO
DE MOVIMENTO
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TRANSMISSÃO
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Federação das Indústrias do Estado do Rio de Janeiro
Eduardo Eugenio Gouvêa Vieira
Presidente
Diretoria-Geral do Sistema FIRJAN
Augusto Cesar Franco de Alencar
Diretor
Diretoria Regional do SENAI-RJ
Roterdam Pinto Salomão
Diretor
Diretoria de Educação
Andréa Marinho de Souza Franco
Diretora
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MECÂNICA DA
TRANSMISSÃO
DE MOVIMENTO
Rio de Janeiro
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Coordenação
Revisão Técnica
Revisão Pedagógica e Gramatical
Revisão Editorial
Colaboração
Projeto Gráfico
Editoração
Vera Regina Costa Abreu
José Maria Paolucci Pimenta
Maria Angela Calvão da Silva
Raquel Soares Correa
Antonio Carlos Cezar de Carvalho
Artae Design & Criação
Prisma Comunicação
Mecânica da Transmissão de Movimento
1ª. ed. 2004; 2ª. ed. 2008.
SENAI-Rio de Janeiro
Diretoria de Educação
SENAI - Rio de Janeiro
GEP - Gerência de Educação Profissional
Rua Mariz e Barros, 678 - Tijuca
20270-903 - Rio de Janeiro - RJ
Tel: (21) 2587-1323
Fax: (21) 2254-2884
 http://www.rj.senai.org.br
Ficha Técnica
Gerência de Educação Profissional
Gerência de Produto
Luis Roberto Arruda
Newton Martins
Edição revista da apostila Mecânica da Transmissão de Movimentos do convênio SENAI-RJ /
MICHELIN, 2001.
SENAI-RJ
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Prezado aluno,
Quando você resolveu fazer um curso em nossa instituição, talvez não soubesse que, desse
momento em diante, estaria participando do maior sistema de educação profissional do país: o
SENAI. Há mais de sessenta anos, estamos construindo uma história de educação voltada para o
desenvolvimento tecnológico da indústria brasileira e da formação profissional de jovens e adultos.
Devido às mudanças ocorridas no modelo produtivo, o trabalhador não pode continuar com
uma visão restrita dos postos de trabalho. Hoje, o mercado exigirá de você, além do domínio do
conteúdo técnico de sua profissão, competências que lhe permitam decidir com autonomia,
proatividade, capacidade de análise, solução de problemas, avaliação de resultados e propostas de
mudanças no processo do trabalho. Você deverá estar preparado para o exercício de papéis flexíveis
e polivalentes, assim como para a cooperação e a interação, o trabalho em equipe e o
comprometimento com os resultados.
Soma-se, ainda, que a produção constante de novos conhecimentos e tecnologias exigirá de
você a atualização contínua de seus conhecimentos profissionais, evidenciando a necessidade de
uma formação consistente que lhe proporcione maior adaptabilidade e instrumentos essenciais à
auto-aprendizagem.
Essa nova dinâmica do mercado de trabalho vem requerendo que os sistemas de educação se
organizem de forma flexível e ágil, motivos esses que levaram o SENAI a criar uma estrutura
educacional, com o propósito de atender às novas necessidades da indústria, estabelecendo uma
formação flexível e modularizada.
Essa formação flexível tornará possível a você, aluno do sistema, voltar e dar continuidade à
sua educação, criando seu próprio percurso. Além de toda a infra-estrutura necessária ao seu
desenvolvimento, você poderá contar com o apoio técnico-pedagógico da equipe de educação
dessa escola do SENAI para orientá-lo em seu trajeto.
Mais do que formar um profissional, estamos buscando formar cidadãos.
Seja bem-vindo!
Andréa Marinho de Souza Franco
Diretora de Educação
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Sumário
APRESENTAÇÃO .....................................................................11
UMA PALAVRA INICIAL ..........................................................13
TRANSMISSÃO MECÂNICA .....................................................17
Introdução ........................................................................................................ 19
Cadeias cinemáticas ........................................................................................... 21
Transmissão de potência entre dois eixos ............................................................. 22
REDUTORES E MULTIPLICADORES ........................................25
Introdução ........................................................................................................ 27
Tipos de redutores ............................................................................................. 30
Tipos de moto-redutores .................................................................................... 44
RODAS DE FRICÇÃO E VARIADORES DE VELOCIDADE ..........47
Introdução ........................................................................................................ 49
Rodas de fricção com relação de velocidade constante ........................................... 50
Rodas de fricção com relação de velocidade variável ............................................. 55
Variadores de velocidades ................................................................................... 61
EMBREAGENS OU ACOPLAMENTOS........................................67
Introdução ........................................................................................................ 69
Embreagens não-automáticas ............................................................................. 70
Embreagens automáticas .................................................................................... 88
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FREIOS ....................................................................................91
Introdução ........................................................................................................ 93
Materiais ........................................................................................................... 95
Modelos ............................................................................................................ 97
Tipos de acionamento ...................................................................................... 104
PRATICANDO ........................................................................111
Exercícios ........................................................................................................ 113
Atividades na oficina ......................................................................................... 115
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Apresentação
A dinâmica social dos tempos de globalização exige dos profissionais atualização constante.
Mesmo as áreas tecnológicas de ponta ficam obsoletas em ciclos cada vez mais curtos, trazendo
desafios renovados a cada dia, e tendo como conseqüência para a educação a necessidade de
encontrar novas e rápidas respostas.
Nesse cenário, impõe-se a educação continuada, exigindo que os profissionais busquem
atualização constante durante toda a sua vida – e os docentes e alunos do SENAI-RJ incluem-se
nessas novas demandas sociais.
É preciso, pois, promover, tanto para os docentes como para os alunos da educação
profissional, as condições que propiciem o desenvolvimento de novas formas de ensinar e aprender,
favorecendo o trabalho de equipe, a pesquisa, a iniciativa e a criatividade, entre outros aspectos,
ampliando suas possibilidades de atuar com autonomia, de forma competente.
Neste curso, você aprenderá os conceitos e as possibilidades de transmissão mecânica. A
energia que tudo move e suas variações, eficácia e efetividade.
Além de participar das aulas, é importante que você inclua em sua rotina de estudo a leitura
deste material didático. Ele apresenta conteúdosque serão desenvolvidos durante o curso, e sua
principal finalidade é a de orientar e apoiar sua aprendizagem.
Bom estudo e sucesso nessa jornada!
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Apresentação
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Uma palavra inicial
Meio ambiente...
Saúde e segurança no trabalho...
O que é que nós temos a ver com isso?
Antes de iniciarmos o estudo deste material, há dois pontos que merecem destaque: a relação
entre o processo produtivo e o meio ambiente; e a questão da saúde e segurança no trabalho.
As indústrias e os negócios são a base da economia moderna. Produzem os bens e serviços
necessários, e dão acesso a emprego e renda; mas, para atender a essas necessidades, precisam
usar recursos e matérias-primas. Os impactos no meio ambiente muito freqüentemente decorrem
do tipo de indústria existente no local, do que ela produz e, principalmente, de como produz.
É preciso entender que todas as atividades humanas transformam o ambiente. Estamos sempre
retirando materiais da natureza, transformando-os e depois jogando o que “sobra” de volta ao
ambiente natural. Ao retirar do meio ambiente os materiais necessários para produzir bens, altera-
se o equilíbrio dos ecossistemas e arrisca-se ao esgotamento de diversos recursos naturais que não
são renováveis ou, quando o são, têm sua renovação prejudicada pela velocidade da extração,
superior à capacidade da natureza para se recompor. É necessário fazer planos de curto e longo
prazo para diminuir os impactos que o processo produtivo causa na natureza. Além disso, as indústrias
precisam se preocupar com a recomposição da paisagem e ter em mente a saúde dos seus
trabalhadores e da população que vive ao seu redor.
Com o crescimento da industrialização e a sua concentração em determinadas áreas, o problema
da poluição aumentou e se intensificou. A questão da poluição do ar e da água é bastante complexa,
pois as emissões poluentes se espalham de um ponto fixo para uma grande região, dependendo dos
ventos, do curso da água e das demais condições ambientais, tornando difícil localizar, com precisão,
a origem do problema. No entanto, é importante repetir que quando as indústrias depositam no
solo os resíduos, quando lançam efluentes sem tratamento em rios, lagoas e demais corpos hídricos,
causam danos ao meio ambiente.
O uso indiscriminado dos recursos naturais e a contínua acumulação de lixo mostram a falha
básica de nosso sistema produtivo: ele opera em linha reta. Extraem-se as matérias-primas através
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Uma palavra inicial
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Uma palavra inicial
de processos de produção desperdiçadores e que produzem subprodutos tóxicos. Fabricam-se
produtos de utilidade limitada que, finalmente, viram lixo, o qual se acumula nos aterros. Produzir,
consumir e dispensar bens desta forma, obviamente, não é sustentável.
Enquanto os resíduos naturais (que não podem, propriamente, ser chamados de “lixo”) são
absorvidos e reaproveitados pela natureza, a maioria dos resíduos deixados pelas indústrias não
tem aproveitamento para qualquer espécie de organismo vivo e, para alguns, pode até ser fatal. O
meio ambiente pode absorver resíduos, redistribuí-los e transformá-los. Mas, da mesma forma que
a Terra possui uma capacidade limitada de produzir recursos renováveis, sua capacidade de receber
resíduos também é restrita, e a de receber resíduos tóxicos praticamente não existe.
Ganha força, atualmente, a idéia de que as empresas devem ter procedimentos éticos que
considerem a preservação do ambiente como uma parte de sua missão. Isto quer dizer que se
devem adotar práticas voltadas para tal preocupação, introduzindo processos que reduzam o uso
de matérias-primas e energia, diminuam os resíduos e impeçam a poluição.
Cada indústria tem suas próprias características. Mas já sabemos que a conservação de recursos
é importante. Deve haver crescente preocupação com a qualidade, durabilidade, possibilidade de
conserto e vida útil dos produtos.
As empresas precisam não só continuar reduzindo a poluição, como também buscar novas
formas de economizar energia, melhorar os efluentes, reduzir a poluição, o lixo, o uso de matérias-
primas. Reciclar e conservar energia são atitudes essenciais no mundo contemporâneo.
É difícil ter uma visão única que seja útil para todas as empresas. Cada uma enfrenta desafios
diferentes e pode se beneficiar de sua própria visão de futuro. Ao olhar para o futuro, nós (o
público, as empresas, as cidades e as nações) podemos decidir quais alternativas são mais desejáveis
e trabalhar com elas.
Infelizmente, tanto os indivíduos quanto as instituições só mudarão as suas práticas quando
acreditarem que seu novo comportamento lhes trará benefícios – sejam estes financeiros, para sua
reputação ou para sua segurança.
A mudança nos hábitos não é uma coisa que possa ser imposta. Deve ser uma escolha de
pessoas bem-informadas a favor de bens e serviços sustentáveis. A tarefa é criar condições que
melhorem a capacidade de as pessoas escolherem, usarem e disporem de bens e serviços de forma
sustentável.
Além dos impactos causados na natureza, diversos são os malefícios à saúde humana
provocados pela poluição do ar, dos rios e mares, assim como são inerentes aos processos
produtivos alguns riscos à saúde e segurança do trabalhador. Atualmente, acidente do trabalho
é uma questão que preocupa os empregadores, empregados e governantes, e as conseqüências
acabam afetando a todos.
De um lado, é necessário que os trabalhadores adotem um comportamento seguro no trabalho,
usando os equipamentos de proteção individual e coletiva; de outro, cabe aos empregadores prover
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a empresa com esses equipamentos, orientar quanto ao seu uso, fiscalizar as condições da cadeia
produtiva e a adequação dos equipamentos de proteção.
A redução do número de acidentes só será possível à medida que cada um – trabalhador,
patrão e governo – assuma, em todas as situações, atitudes preventivas, capazes de resguardar a
segurança de todos.
Deve-se considerar, também, que cada indústria possui um sistema produtivo próprio, e,
portanto, é necessário analisá-lo em sua especificidade, para determinar seu impacto sobre o meio
ambiente, sobre a saúde e os riscos que o sistema oferece à segurança dos trabalhadores, propondo
alternativas que possam levar à melhoria de condições de vida para todos.
Da conscientização, partimos para a ação: cresce, cada vez mais, o número de países,
empresas e indivíduos que, já estando conscientizados acerca dessas questões, vêm
desenvolvendo ações que contribuem para proteger o meio ambiente e cuidar da nossa saúde.
Mas, isso ainda não é suficiente... faz-se preciso ampliar tais ações, e a educação é um valioso
recurso que pode e deve ser usado em tal direção. Assim, iniciamos este material conversando
com você sobre o meio ambiente, a saúde e a segurança no trabalho, lembrando que, no
exercício profissional diário, você deve agir de forma harmoniosa com o ambiente, zelando
também pela segurança e saúde de todos no trabalho.
Tente responder à pergunta que inicia este texto: Meio ambiente, saúde e segurança no trabalho
– o que é que eu tenho a ver com isso? Depois, é partir para a ação. Cada um de nós é responsável.
Vamos fazer a nossa parte?
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Transmissão mecânica
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 Introdução ?????
 Cadeias cinemáticas ?????
Transmissão de potência entre dois eixos ?????
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Introdução
Convém precisar, de imediato, que aqui nos referimos à transmissão de energia que pode atuar:
• mediante uma cadeia cinemática constituída de órgãos mecânicos, obtendo, assim, uma
transmissão mecânica;
• mediante um fluido, efetuando, deste modo, transmissões oleodinâmicas ou pneumáticas; e
• mediante corrente elétrica, obtendo transmissões eletromecânicas.
Tudo o que se relaciona às transmissões mecânicas será objeto especial de estudo. Posto isto,
é natural que se pergunte: O que é uma máquina?
A resposta pode fornecer, pelo menos, um esquema adequado para ordenar a complexa matéria.
Uma máquina é um conjunto de órgãos que, dispostos de modo apropriado e tornados
móveis ou fixos em relação à própria carcaça, permitem a transmissão do movimento e, portanto,
a transmissão da energia.
Conforme a finalidade a que são destinadas, as máquinas se distinguem em motrizes e
operatrizes.
Máquinas motrizes são as máquinas que transformam a energia natural em energia mecânica.
Conforme a energia natural utilizada, elas se distinguem em máquinas motrizes a vento, hidráulicas,
térmicas, elétricas. A energia produzida pela transformação é disponível no eixo-motor da máquina
e é utilizável pela máquina operatriz por meio de uma transmissão. De fato, a energia sai do eixo-
motor, animado de movimento circular contínuo, sob forma de binários (característica do binário é
o seu momento). No caso em que a transformação dê lugar a um movimento retilíneo alternado
(máquinas térmicas), este é transformado em movimento circular contínuo (mecanismo biela-
manivela). As máquinas operatrizes transformam a energia recebida em trabalho mecânico (força
x deslocamento retilíneo, o momento x deslocamento angular).
No curso do funcionamento do motor, a solicitação de energia por parte do consumidor pode
ser em tempos mais ou menos longos. Pense-se, por exemplo, em uma máquina-ferramenta entre
as mais conhecidas: o torno. Fornece-se tensão ao motor elétrico, mas a máquina consumidora
ainda está parada: para poder dispor a peça a trabalhar, para substituir a ferramenta, ou para
efetuar um controle dimensional. A transmissão entre o motor e a máquina consumidora pode ser
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Transmissão mecânica
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Transmissão mecânica
efetuada pelo tempo necessário ao trabalho e interrompida segundo as necessidades, mediante um
dispositivo chamado embreagem. Se exigida, a redução dos tempos de desaceleração à retenção
é obtida, fazendo entrar em função, após a embreagem, um dispositivo de freagem.
Se, como no exemplo do torno, é necessário dispor de diferentes velocidades de rotação,
deve-se inserir na cadeia cinemática um sistema que permita a variação de velocidade. Se for
necessário inverter o sentido de rotação do aparelho consumidor, deve-se prever, também, um
inversor de marcha. Para outras máquinas operatrizes pode ser necessária a transformação do
movimento circular contínuo em movimento circular alternado ou retilíneo alternado. Neste caso,
ligar também um dispositivo para transformação do movimento.
Todos os dispositivos são coligados entre si por órgão de transmissão. As partes das máquinas
que servem para ligação dos órgãos de transmissão, as quais transmitem binários de dado momento
de torque, são chamados eixos. Sua guia em rotação é confiada aos mancais, montados em suportes
adequados. A conexão direta entre os eixos de duas máquinas ou de partes de máquinas se verifica
por meio de articulações.
As Figuras 1 e 2 mostram vários esquemas de dispositivos componentes das cadeias cinemáticas
inseridas entre o motor e o consumidor, conforme o tipo de motor e de consumidor e nos casos
mais gerais.
Quando um comando é manual, os dispositivos de embreagem são inúteis. Em cadeias
cinemáticas deste tipo pode ser útil dispor-se de uma regulagem precisa da amplitude dos desvios;
para este fim, é muito usado o sistema parafuso-porca (comando manual da profundidade de passada
em um torno).
Uma cadeia cinemática é formada por órgãos elementares de máquina que,
convenientemente acoplados entre si, podem mover-se uns relativamente
aos outros, permitindo a transmissão de energia. Uma cadeia cinemática
pode ser constituída de um ou mais mecanismos.
Trata-se da seguinte sucessão de órgãos de máquinas: mancais-eixo; eixo-
manivela; manivela-grifo; grifo-pino; mancais e grifo-biela; biela-
deslizador; deslizador-carcaça.
Os mancais e a carcaça das máquinas são os elementos fixos; todos os
outros órgãos estão em movimento. Com este mecanismo se transforma o
movimento rotatório contínuo em movimento retilíneo alternado.
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Transmissão mecânica
Cadeias cinemáticas
Esquemas de Séries de Dispositivos Componentes
a) Um motor com funcionamento em movimento retilíneo alternado, com um consumidor
solicitando movimento circular contínuo.
b) Um motor com funcionamento em movimento retilíneo alternado, com um consumidor
solicitando o mesmo tipo de movimento.
a) Um motor com funcionamento em movimento circular contínuo, com um consumidor
solicitando o mesmo tipo de movimento.
b) Um motor com funcionamento em movimento circular contínuo, com um consumidor
solicitando um movimento retilíneo alternado.
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Transmissão mecânica
Transmissão de potência
entre dois eixos
A energia transmitida pelas máquinas motrizes às máquinas operatrizes põe estas últimas em
condições de executarem um trabalho mecânico em um certo tempo. Isto equivale a dizer que entre
as máquinas motrizes e as operatrizes tem-se uma transmissão de potência (trabalho na unidade
de tempo) e que, na saída da máquina operatriz, dispõe-se de uma determinada potência útil.
A potência mecânica pode ser transmitida entre eixos coaxiais, não-coaxiais e
coplanares. No primeiro caso, os órgãos mecânicos podem ser articulações, embreagens
e freios (estes últimos não transmitem potência, mas, ao contrário, a absorvem). No segundo,
podem ser correias e polias, correntes e rodas dentadas, rodas de fricção, engrenagens.
Combinando oportunamente estes componentes, podem-se realizar inversores de marcha,
variadores ou mudança de velocidade. A transmissão de potência pode acontecer entre
órgãos animados: um de movimento circular contínuo e outro de movimento retilíneo
alternado ou circular alternado.
Os órgãos mecânicos que satisfazem adequadamente estas exigências são: parafusos e porcas,
cames, biela e manivela, excêntrico, grifo e catraca.
As Figuras 3 e 4 apresentam resumo dos principais meios necessários à transmissão de potência.
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Transmissão mecânica
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Transmissão mecânica
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Redutores e
multiplicadores
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 Introdução ?????
 Tipos de redutores ?????
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Introdução
 Como sabemos, os motores elétricos têm uma rotação fixa, variando de acordo com o seu
número de pólos. Porém, na maioria das vezes, necessitamos de máquinas que possuam rotações
diferentes. Utilizamos, então, um jogo de rodas dentadas, apropriadamente agrupadas dentro de
um cárter para, assim, aumentarmos ou reduzirmos a velocidade. Esse conjunto deve ser lubrificado
corretamente, de forma a obter-se um bom rendimento.
A redução de velocidade é mais freqüenteque a multiplicação, já que, em geral, queremos
transformar a velocidade do motor em força, ou seja, diminuímos a rotação para obtermos um
maior torque. O equipamento que faz essa redução é chamado de “redutor de velocidade”.
Uma das grandes vantagens do uso de um redutor no lugar de uma série de rodas dentadas
visíveis é a facilidade de manuseio, instalação e manutenção. Além de evitar acidentes e ser mais
estético.
O uso de engrenagens para transmitir forças nos permite essa transmissão, sem eventuais
escorregamentos que poderiam alterar a relação de transmissão. Durante o movimento, a roda
motora empurra os dentes da roda movida, rolando um contra o outro, sem escorregar.
Tomemos como exemplo um motor que gire a 1800 rpm. Se utilizarmos um jogo de duas
engrenagens, a do motor com 12 dentes e a da máquina com 48 dentes, teremos uma relação de
transmissão de 12/48, o que equivale a dizer que temos uma redução de 1:4; o motor gira quatro
vezes mais rápido que a máquina, que gira a 450 rpm.
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Redutores e multiplicadores
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Redutores e multiplicadores
REDUTOR DE VELOCIDADE
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Redutores e multiplicadores
COMPONENTES DE UM REDUTOR DE VELOCIDADE
Nº DENOMINAÇÃO Nº DENOMINAÇÃO Nº DENOMINAÇÃO
1 bujão 13 cárter 25 rolam. fixo
2 paraf. cab. sext. 14 tampa p/rolam. 26 tampa p/rolam.
3 moldura 15 anel de feltro 27 rolam. auto comp.
4 visor p/óleo 16 eixo-pião 28 arruela de segurança
5 paraf. cab. chata 17 chaveta paralela 29 anel de feltro
6 bujão 18 porca de fixação 30 chaveta paralela
7 olhal de içamento 19 arruela de segurança 31 eixo da coroa
8 paraf. cab. sext. 20 rolam. auto comp. 32 tampa p/rolam.
9 tampa do redutor 21 tampa p/rolam. 33 porca de fixação
10 paraf. cab. sext. 22 chaveta paralela 34 pino guia
11 arruela de pressão 23 rolam. fixo
12 porca sextavada 24 coroa
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Redutores e multiplicadores
REDUTORES DE ENGRENAGENS CILÍNDRICAS DE DENTES RETOS
Tipos de redutores
Redutores de engrenagens cilíndricas de dentes retos
São os redutores cujas engrenagens possuem dentes paralelos entre si; o eixo movido e o
eixo-motor são paralelos. Largamente aplicado em transmissões de baixa rotação, pois suas
engrenagens produzem um ruído relativamente grande.
São os redutores que apresentam o custo mais baixo, pois a engrenagem de dentes retos é
fácil de ser usinada, transmitindo somente esforços radiais, sendo necessário o uso de mancais que
suportam apenas esses esforços que são mais baratos. Seu uso é limitado; não só pelo fato de
causar muitos ruídos, como por ter baixo rendimento.
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Redutores e multiplicadores
Redutores de engrenagens cilíndricas de dentes
helicoidais
São os redutores cujas engrenagens possuem dentes em forma de hélice, dispostos
transversalmente em relação ao eixo, o que permite que o dente receba a carga gradualmente. Por
esta razão, temos mais de um dente trabalhando ao mesmo tempo, diferentemente da engrenagem
de dentes retos, o que torna o engrenamento mais suave e silencioso, pois está sujeito a menos
choques pela gradual transferência de carga, permitindo seu uso em velocidades periféricas muito
mais elevadas. Devido à inclinação dos dentes, temos também esforços axiais, o que torna necessário
o uso de mancais que absorvam esses esforços.
São utilizados em transmissões com eixos paralelos entre si, como também para eixos que
formam um ângulo qualquer (normalmente 60º ou 90º).
Esses redutores possuem um maior rendimento que os de engrenagens de dentes retos. São
utilizados com um a três trens de engrenagens. Observe os rendimentos e os ganhos de reduções
possíveis.
Nº de trens 1 2 3
Rendimento 0,98 0,96 0,95
Ganho de Redução 2 a 10 6 a 40 40 a 200
REDUTORES DE ENGRENAGENS CILÍNDRICAS DE DENTES HELICOIDAIS
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Redutores e multiplicadores
REDUTORES DE ENGRENAGENS DE DENTES CHEVRON
Redutores de engrenagens de dentes chevron
São redutores com engrenagens cilíndricas com dentes em “V” (conhecidas também como
espinha de peixe). Possuem um dentado helicoidal duplo com uma hélice à direita e outra à esquerda,
o que lhe permite a compensação dos esforços axiais na própria engrenagem, eliminando a
necessidade de compensar esta força nos mancais.
Para que cada parte receba metade da carga, a engrenagem em espinha de peixe deve ser
montada com precisão e uma das árvores deve ser montada de modo que flutue no sentido axial.
Usam-se grandes inclinações de hélice, geralmente 300 a 450, podendo ser fabricada em peça
única ou em duas metades unidas por parafuso ou solda. Neste último caso, só é admissível o
sentido de giro no qual as forças axiais são dirigidas uma contra a outra.
Redutores de engrenagens cônicas
Quando se deseja transmitir movimento entre eixos concorrentes, é mais freqüente o uso de
engrenagens cônicas. Embora sejam normalmente fabricados para ângulo entre eixos de 900, podem
ser projetados para quase todos os ângulos. As engrenagens podem ter dentes retos, inclinados ou
helicoidais.
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Redutores e multiplicadores
As engrenagens cônicas, com dentes helicoidais, proporcionam transmissões suaves e
silenciosas, também a altas rotações e com grandes reduções, porém são de difícil execução.
A redução máxima, para não haver transmissões rumorosas, é, para as engrenagens cônicas
de dentes retos, 1:4; com as engrenagens cônicas de dentes helicoidais pode-se atingir 1:7.
REDUTORES DE ENGRENAGENS CÔNICAS
Redutores de coroa e parafuso sem-fim
Este tipo de redutor constitui um caso particular da redução por engrenagens helicoidais para
eixos reversos. Uma das engrenagens (rosca sem-fim) apresenta um número muito reduzido (até 6)
de dentes (filetes), o que lhe dá um aspecto de parafuso. São usados quando se precisa obter
grande redução de velocidade e conseqüente aumento de momento torsor. Como no caso das
engrenagens helicoidais, aparecem forças axiais que devem ser compensadas pelos mancais.
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Redutores e multiplicadores
Entre o sem-fim e a coroa (engrenagem côncava), produz-se um grande atrito de
deslizamento. A fim de manter o desgaste e a geração de calor dentro dos limites, adequam-se
os materiais do sem-fim (aço) e da coroa (ferro fundido ou bronze), devendo o conjunto
funcionar em banho de óleo.
Em geral, a rosca sem-fim é motora, e a coroa é movida. Para uma grande redução, a rosca
sem-fim tem apenas um filete e forma um mecanismo irreversível, isto é, a coroa não consegue
acionar a rosca.
Os eixos da rosca e da coroa não deverão ser, necessariamente, ortogonais. Os ângulos das
hélices, seja na rosca sem-fim, seja da coroa, podem ser arbitrários, mas a soma deles deve ser
igual ao ângulo entre os eixos. Para o caso da necessidade de reversão da rotação (aplicada em
aparelhos de levantamento), o ângulo de inclinação do parafuso sem-fim deve ser menor que 50.
REDUTOR DE COROA E PARAFUSO SEM-FIM
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Redutores e multiplicadores
Redutores de engrenagens cilíndricas com dentes internos
Esses redutores possuem os dentes no lado interno do aro. O formato de seus dentes é o
mesmo que o formato do vão de uma engrenagem externa de mesmodiâmetro, que é modificado,
para que os requisitos de folga sejam atendidos. Os conjuntos de engrenagens de dentes internos
são mais silenciosos do que as engrenagens externas semelhantes. Isto se dá, porque a superfície
côncava no dente da engrenagem, em contato com a superfície convexa do pinhão, tem uma área
de contato maior que para dois dentes externos (duas superfícies convexas), distribuindo melhor a
carga entre os dentes.
São usados em transmissões planetárias e comandos finais de máquinas pesadas, permitindo
uma economia de espaço e melhor distribuição dos esforços.
Redutores com sistema epicicloidal
(redutor de satélites)
Um trem de engrenagens comum compreende um número variável de rodas dentadas, tendo
todos os eixos fixos no espaço. Certos equipamentos compreendem engrenagens onde o eixo está
em rotação sobre si mesmo, por uma carcaça ou um cárter de forma variável. Um círculo rolando
sobre outro círculo, seus pontos descrevem curvas chamadas epicicloides ou hypocicloides. Estes
trens de engrenagens são denominados trem epicicloidal, onde as engrenagens montadas sobre o
eixo fixo são chamadas de planetárias; as montadas sobre eixos móveis, de satélites.
Este sistema permite a realização de grandes reduções em espaços reduzidos.
A seguir, estudaremos as possibilidades de relações de transmissão no sistema epicicloidal.
REDUTOR DE ENGRENAGENS CILÍNDRICAS COM DENTES INTERNOS
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Redutores e multiplicadores
SISTEMA EPICICLOIDAL
As engrenagens 2 e 3, além de girarem em torno do próprio eixo, rolam sobre as engrenagens
1 e 4, respectivamente.
Se o braço E for fixo, tem-se um redutor comum, em que a relação de transmissão será:
Se o braço E for móvel, indica com nE e ωE a rotação e a velocidade angular do porta-
satélites E.
1 – As rotações e velocidades angulares das engrenagens 1 e 4 em relação a E serão:
2 – A relação anterior transformar-se-á, como demonstrado abaixo (chamada fórmula
de Willis).
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Redutores e multiplicadores
O valor numérico de ϕϕϕϕϕ é sempre dado por e pode não representar a relação de
transmissão do sistema.
O sinal + de ϕϕϕϕϕ indica que n4 e n1 giram com o mesmo sentido.
O sinal – de ϕϕϕϕϕ indica que n4 e n1 giram com sentidos opostos.
Conclusões
• Com o sistema epicicloidal podemos obter relações de transmissão muito pequenas, se
fixarmos o braço E.
Exemplo:
Z1 = 51 dentes
Z2 = 50 dentes
Z3 = 49 dentes
Z4 = 50 dentes
• Com o sistema epicicloidal podemos obter relações de transmissão muito grandes, se
fixarmos a engrenagem 1 (ou 4) e acionarmos o sistema por meio do braço porta-satélites.
Pela fórmula de Willis, teremos:
∴
representa a “relação de transmissão” que, por definição, é a relação entre a rotação
da roda movida e a rotação da roda motora.
No exemplo anterior, teremos:
Uma relação de transmissão tão grande somente é usada em casos excepcionais. Aplicações
práticas atingem a redução 1:50. Esta redução poderá ser obtida por meio de redutores comuns
com, no mínimo, 3 jogos de engrenagens ou com coroa e rosca sem-fim de baixo rendimento e
eixos ortogonais. Porém, uma solução muito simples é a que se obtém com o conjunto epicicloidal
esquematizado na figura a seguir.
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Redutores e multiplicadores
O pinhão 3 engrena simultaneamente com a engrenagem 1 mantida fixa e a engrenagem 2,
móvel.
Para se obter um engrenamento simultâneo, será necessário que ambas as engrenagens
apresentem o mesmo diâmetro primitivo; isto se obtém, fazendo a engrenagem de 98 dentes, com
o vão entre os dentes 2/100 maior.
Um outro tipo de redutor epicicloidal muito interessante e de grande aplicação nos motores a
estrela dos aviões é o da figura a seguir.PR
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Redutores e multiplicadores
A roda motora gira à direita, com velocidade angular + ωωωωω1.
Se o eixo porta-satélite for fixo, o sistema transforma-se em redutor comum, com a engrenagem
2 girando à esquerda com velocidade angular - ωωωωω2.
Se o eixo porta-satélite for acionado com velocidade angular ωωωωω, a fórmula de Willis fornece:
Se fixarmos a engrenagem 2 e acionarmos o eixo satélite, teremos:
∴PR
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Redutores e multiplicadores
Exemplo numérico:
z1 = 54 dentes
z2 = 33 dentes
A relação de transmissão será:
Construtivamente, para equilibrar o mecanismo, os satélites são dispostos simetricamente (dois
satélites defasados de 180º ou três defasados de 120º permitem dobrar ou triplicar a potência
transmitida pelo redutor) em número de 2, 3, 4 ou mais. A montagem destes redutores é muito
delicada, pois os satélites são solidários, sendo necessária uma posição relativa dos dentes muito
precisa. Em caso de desmontagem, as engrenagens devem ser repostas no mesmo lugar, para que
a montagem seja possível. As figuras abaixo representam variantes destes redutores.
A carcaça é fixa e constitui uma coroa com z2 dentes internos. Os satélites são montados sobre
um disco solidal com o eixo movido. Teremos, então:
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Redutores e multiplicadores
∴
Para reduzir a rotação da turbina para rotação da hélice, usam-se redutores epicicloidais
representados abaixo, os quais funcionam como redutores comuns.
Redutor de polia com redução interna
É um redutor com satélites duplos e dois planetários com dentes externos. O equipamento que
suporta os satélites é o corpo de uma polia movida por correias trapezoidais. Um dos planetários é
imobilizado e o outro roda lentamente; ele está chavetado sobre a árvore que vai ser movida. O
braço está fixado à carcaça da máquina. Ele tem a forma de uma lâmina flexível, onde se deseja
amortecer os choques, ou pode comportar uma fricção, por constituir um limitador de acoplamento.
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Redutores e multiplicadores
Para resolver o problema delicado de calçamento dos satélites, foi elaborado um dispositivo
original: o chavetamento de nylon. Todas as rodas dentadas são colocadas em posição correta
de engrenamento, no interior de uma montagem especial. Em um entalhe do eixo, injeta-se o nylon
no espaço vazio entre o eixo e o pinhão. A forma dentada das duas peças realiza uma ligação muito
forte, e a ligeira elasticidade do nylon assegura uma perfeita repartição dos esforços entre os
grupos de satélites.
REDUTOR DE POLIA COM REDUÇÃO INTERNA
Se A e B são os números de dentes das planetárias, e a e b os números de dentes dos satélites,
qual a razão interna do sistema epicicloidal?
Nós chamaremos a velocidade angular da caixa porta-satélite de w1. De w2, a velocidade
angular da engrenagem planetária A, e de w3, a velocidade angular do cubo planetário B ligado à
árvore de saída 3. A fórmula de Willis se escreve:
, ou
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Redutores e multiplicadores
CICLO REDUTOR
Ciclo redutor
O nome ciclo origina-se do perfil cicloidal dos dentes das engrenagens. Ao mesmo tempo em
que opera num princípio de mecanismo de engrenagem planetária combinada com as vantagens
do perfil cicloidal, o ciclo redutor oferece uma faixa ampla de taxas de redução com alta eficiência
operacional, além de ser compacto e operar silenciosamente.
O ciclo redutor é fundamentalmente diferente, em princípio e mecanismo, dos redutores de
velocidade convencionaiscom engrenagem envolvente. Este redutor peculiar é uma combinação
engenhosa dos seguintes mecanismos:
(1) Uma combinação de uma engrenagem planetária e uma engrenagem solar interna fixa.
No ciclo redutor, os dentes da engrenagem planetária são de forma cicloidal; os da
engrenagem solar são circulares, na forma de pinos. A engrenagem planetária tem um
dente a menos que a engrenagem solar.
(2) Um mecanismo interno de engrenagens de velocidade constante.
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Redutores e multiplicadores
Tipos de moto-redutores
Os redutores de velocidades podem vir acoplados diretamente em motores elétricos: são os
chamados moto-redutores, que têm como principal mérito a economia de espaço. Os motores são
dotados de flanges e eixos especiais, apropriados para a conexão direta no sistema de redução de
velocidade propriamente dito.
CICLO REDUTOR
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Redutores e multiplicadores
CICLO REDUTOR ACOPLADO AO MOTOR
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Rodas de fricção e
variadores de velocidade
Nesta seção...
 Introdução ?????
Rodas de fricção com relação de velocidade constante ?????
Rodas de fricção com relação de velocidade variável ?????
Variadores de velocidade ?????
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Introdução
As rodas de fricção, similares aos freios e às embreagens, são empregadas para transmitir
rotação de um eixo para outro. No caso das rodas de fricção, o torque transmitido é função da
força que atua pressionando as rodas uma contra a outra, o que obriga a roda movida a acompanhar
o movimento da roda motora. O torque transmitido depende do coeficiente de atrito dos materiais
em contato, como também de sua geometria. Este tipo de transmissão tem a vantagem de poder
parar o movimento, afastando-se uma roda da outra.
Podemos dividir estas rodas em dois grupos distintos: rodas que têm uma relação de velocidade
constante e as rodas onde esta relação de velocidade é variável. Estas últimas são denominadas
variadores de velocidade.
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Rodas de fricção e variadores de velocidade
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Rodas de fricção e variadores de velocidade
Rodas de fricção com
relação de velocidade
constante
Rodas cilíndricas externas
Neste tipo de transmissão, os eixos são paralelos e as rodas giram em sentidos contrários. As
rodas podem ser lisas ou ranhuradas; estas últimas desfrutam do efeito cunha, originado pelo
sulco trapezoidal. No caso das rodas trapezoidais, elas não poderão se tocar no fundo do sulco,
pois desapareceria o efeito cunha.
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Rodas de fricção e variadores de velocidade
Rodas cilíndricas internas
Neste tipo de transmissão, os eixos também são paralelos, mas as rodas giram no mesmo
sentido. Como no caso das cilíndricas externas, estas rodas podem ser lisas ou ranhuradas.
Rodas cônicas externas
Neste tipo de transmissão, os eixos se cruzam e as rodas giram em sentidos contrários. As
rodas podem ser lisas ou ranhuradas.
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Rodas de fricção e variadores de velocidade
Rodas cilíndricas com mecanismo planetário
Neste tipo de transmissão, a rotação pode ser feita pela coroa ou pela armadura.
Rodas cilíndricas com elemento intermediário
Neste tipo de transmissão, as rodas giram sobre um anel elástico flexível, o que aumenta o
valor do coeficiente de atrito e diminui o desgaste das rodas.
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Rodas de fricção e variadores de velocidade
Rodas cônicas de contato interno
Compostas de um rolo cônico que gira dentro de um prato cônico, as duas rodas giram em
sentidos contrários.
Rodas cônicas e disco
Compostas de um rolo cônico que gira em contato com um disco cilíndrico, as duas rodas
giram em sentidos contrários.
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Rodas de fricção e variadores de velocidade
Transformação de movimento “rotação em
translação-rotação”
Um conjunto de rolos cilíndricos que giram, imprimindo um movimento de rotação e translação
ao mesmo tempo.
Transformação de movimento “rotação em translação”
Um conjunto de rolos cilíndricos que giram, imprimindo um movimento de translação.
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Rodas de fricção e variadores de velocidade
Rodas de fricção com
relação de velocidade
variável
Estas rodas atuam de modo que sua translação modifica a força tangencial que causa a rotação,
proporcionando uma grande redução na rotação, ou seja, um aumento do momento torsor, de
forma contínua e sem interromper o movimento.
Variadores sem elementos intermediários
Rolo e disco
O sistema apresentado abaixo nos permite variar a rotação da roda movida, como também
inverter seu sentido. Com o deslocamento do rolo, ao longo do diâmetro do disco, teremos a
variação da velocidade. Quando o rolo passar pelo centro do disco, teremos a inversão do movimento
da roda movida.
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Rodas de fricção e variadores de velocidade
Rolo e discos
Assim como o anterior, esse sistema permite variar a rotação e inverter o sentido da roda
movida. É composto de dois discos motores, que giram solidários, e uma roda movida que inverte
o sentido de sua rotação, dependendo do disco que a aciona.
Cilindro e cone
O cilindro se desloca ao longo da geratriz do cone. A rotação da roda movida aumentará com
o aumento do diâmetro no ponto do cone que o cilindro atrita.
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Rodas de fricção e variadores de velocidade
Rolos com contatos cônicos
A variação da rotação da roda movida é idêntica ao caso anterior, porém o atrito se dá entre
duas superfícies cônicas.
Rolo cônico e esfera
A variação da rotação acontece tanto no deslocamento da esfera ao longo da geratriz do
cone, como também modificando o diâmetro de contato na esfera. Ao passar pelo centro da esfera,
teremos a inversão do sentido da rotação.
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58 SENAI-RJ
Mecânica da Transmissão de Movimento • Rodas de fricção e variadores de velocidade
Rolo cilíndrico e esfera
A variação da rotação é parecida com o caso anterior, porém só acontece modificando o
diâmetro de contato da esfera. É possível, também, a inversão da rotação.
Variadores com elemento intermediário
Nestes sistemas temos um elemento que faz a ligação entre a roda motora e a movida. O
elemento de ligação se desloca sobre as rodas, variando a relação entre suas rotações. Nestes
casos, os eixos das rodas motora e movida permanecem fixos.
Rodas cônicas
Sistema composto de duas rodas cônicas, com um elemento intermediário deslocando- se
entre elas.
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Rodas de fricção e variadores de velocidade
Rolos e discos
Sistema realizado com dois ou três discos fixos e um rolo ou disco móvel. A variação da
rotação do disco movido é feita com o deslocamento do rolo ou disco móvel sobre os discos fixos.
Polias variáveis
Essaspolias são compostas de dois discos cônicos que podem se deslocar no sentido axial,
aumentando ou diminuindo seus diâmetros primitivos, mudando, assim, a relação de transmissão.
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Rodas de fricção e variadores de velocidade
Rodas toroidais
Sistema composto de duas rodas toroidais, com um elemento intermediário se deslocando
entre elas.
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SENAI-RJ 61
Mecânica da Transmissão de Movimento • Rodas de fricção e variadores de velocidade
Elementos esféricos
Nestes variadores, os elementos intermediários são esféricos. A variação da rotação da
roda movida se dá com o deslocamento do eixo da esfera, modificando o diâmetro de contato
nas rodas.
Variadores de velocidades
A utilização de variadores de velocidade torna-se necessária, quando desejamos obter uma
regulagem precisa da velocidade. O rendimento dos variadores está por volta de 0,90 (90%),
podendo chegar a 0,95 (95%) para velocidades próximas de entrada e saída; porém, reduz-se
consideravelmente quando as variações de velocidades são extremas. Havendo necessidade de
grandes variações de velocidade e um controle preciso de seu valor final, devemos usar uma caixa
de velocidade acoplada a um variador; desta forma, o variador funcionará numa faixa reduzida.
A seguir, apresentaremos alguns variadores de velocidades encontrados no mercado, os quais
usam os princípios apresentados anteriormente.
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62 SENAI-RJ
Mecânica da Transmissão de Movimento • Rodas de fricção e variadores de velocidade
Variador de velocidade com polias variáveis (com polias
internas)
Este variador usa o sistema de polias variáveis, como representado na ilustração abaixo.
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SENAI-RJ 63
Mecânica da Transmissão de Movimento • Rodas de fricção e variadores de velocidade
Variador de velocidade com polias variáveis (com polias
externas)
Este variador usa o sistema de polias variáveis, diferenciando dos anteriormente apresentados
pela forma de acoplamento do variador com as polias motora e movida.
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Rodas de fricção e variadores de velocidade
Variador com correntes
O variador com correntes possui discos cônicos com ranhuras radiais e correntes com
elos que encaixam nessas ranhuras. As correntes são feitas em lâminas de aço e se deslocam
transversal e radialmente, tencionadas por um estribo tensor; o patim gira e as mantém entre as
ranhuras dos discos.
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SENAI-RJ 65
Mecânica da Transmissão de Movimento • Rodas de fricção e variadores de velocidade
Variador kopp de esferas
Neste variador de velocidade os discos de manobra possuem ranhuras nas quais escorregam
as extremidades dos eixos das esferas.Os discos são presos ao comando e permitem um
deslocamento de até 400, em ambos os sentidos.
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Variador de velocidade com rolos cônicos
Este variador tem o motor acoplado diretamente sobre si; usa o sistema de rolos cônicos para
obter uma grande faixa de variação das rotações.
66 SENAI-RJ
Mecânica da Transmissão de Movimentos • Rodas de Fricção e Variadores de Velocidade
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Embreagens ou
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 Introdução ?????
Embreagens não-automáticas ?????
Embreagens automáticas ?????
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Introdução
As embreagens são órgãos mecânicos destinados a ligar as extremidades de dois eixos coaxiais.
Ligações entre eixos são feitas com acoplamentos rígidos ou flexíveis e até mesmo com articulações
que não se desligam facilmente. Com as embreagens, a conexão entre os dois eixos pode ser
interrompida ou restabelecida fácil e repetidamente.
O emprego de uma embreagem oferece a possibilidade de isolar uma máquina operatriz de um
motor e também as várias partes de uma transmissão. Portanto:
• Facilita a manobra do operador.
• Aumenta a segurança de funcionamento, permitindo a qualquer momento a parada da
transmissão.
• Economiza potência motriz nos períodos de parada da operatriz.
Classificação
• Embreagens não-automáticas
Para serem acionadas, têm necessidade de uma intervenção externa; funcionam a
arrastamento positivo (embreagem a dentes) ou por atrito (embreagens a fricção).
• Embreagens automáticas
Não necessitam de intervenção externa. Para entrarem em ação basta, por exemplo, a
força centrífuga que se desenvolve entre os órgãos da embreagem; entre estes, estão as
embreagens de sobre-avanço (rodas livres).
SENAI-RJ 69
Mecânica da Transmissão de Movimento • Embreagens ou acoplamentos
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Embreagens ou acoplamentos
Embreagens não-automáticas
São chamadas de não-automáticas as embreagens que, para embrear ou desembrear, necessitam
de intervenção de um operador. Podem ser a acionamento instantâneo ou positivo e acionamento
progressivo ou por fricção.
Embreagens de acionamento instantâneo ou positivo
São embreagens que só podem ser manobradas com a máquina parada, devido às fortes
sobrecargas instantâneas que se produziriam na embreagem, se um eixo parado fosse coligado a
um móvel. O acoplamento é feito através de garras, de pinos ou de dentes.
Acoplamento de garras
Tipos de garras
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Embreagens ou acoplamentos
Acoplamento de pinos
Acoplamento de dentes
A embreagem representada a seguir, tipo Hildebrandt, é composta de duas semi-embreagens
A e B solidárias ao eixo-motor e eixo movido, respectivamente; seus dentes encontram-se alinhados
radialmente. Esta disposição permite aos dentes da luva corrediça C inserir-se nos espaços
compreendidos entre os dentes superpostos de A e B. A desembreagem pode se efetuar sob carga.
Nesta fase, como o momento torsor se transmite por pressão aos flancos dos dentes, o atrito que
se opõe é verificado somente nos dentes e não nas lingüetas, ou nos ressaltos dos eventuais perfis
acanalados das extremidades dos eixos. A luva corrediça C é manobrada através do deslocamento
axial, mediante anéis ou forquilhas apropriadas (a, b, c). A forquilha transmite à deslizadeira o
esforço necessário para o deslocamento por meio de patins perfilados ou roletes (d, e).
Embreagem tipo Hildebrandt
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Embreagens ou acoplamentos
Forquilhas
Patins deslizantes ou roletes
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Embreagens ou acoplamentos
Embreagens de acionamento progressivo ou por fricção
As embreagens a fricção apresentam a vantagem de permitir o acoplamento quando o eixo do
motor está em movimento, sem paradas inúteis da máquina motriz. São também chamadas de
embreagem de atrito, porque a conexão entre os dois eixos coaxiais é feita por meio do atrito
gerado entre superfícies planas, cônicas ou cilíndricas, comprimidas uma contra a outra com força
proporcional à potência a transmitir. No início da operação de embreagem, a velocidade do eixo
conduzido é zero; a velocidade relativa dos dois eixos (diferença entre as duas velocidades)
corresponde à do eixo do motor. Com o aumento da pressão de contato entre as superfícies de
atrito e, portanto, do acoplamento, a velocidade relativa diminui progressivamente até tornar-se
nula, após um tempo mais ou menos breve. No final da transmissãoentre os dois eixos, tem-se a
impressão de que eles estão coligados por meio de uma articulação rígida.
Levando em consideração seu modo característico de agir, as fricções podem ser definidas
como juntas de segurança porque, quando o binário resistente supera o binário, devido às forças de
atrito, verifica-se deslizamento entre as superfícies.
Uma fricção deve apresentar as seguintes características:
a) A embreagem deve ser progressiva; não muito lenta, para evitar um aquecimento exagerado,
nem muito brusca, para limitar os efeitos de solicitações excessivas.
b) O funcionamento não terá deslizamentos.
c) A desembreagem, finalmente, será instantânea.
As embreagens de fricção podem ser divididas em três grupos: planas, cônicas e cilíndricas.
Embreagens planas ou de discos
Constituem o grupo mais importante de embreagens. A superfície de fricção é formada de
coroas ou segmentos de coroas fixadas sobre discos. Podendo ser de disco único ou de discos
múltiplos, seu movimento é axial. Este grupo de embreagens é largamente utilizado na indústria
automotiva.
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Embreagens ou acoplamentos
Embreagem monodisco (disco único) a seco
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Embreagens ou acoplamentos
Disco para embreagem de disco único
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Embreagens ou acoplamentos
Embreagem de disco único de mola diafragma
Nestas embreagens, a mola diafragma substitui as molas helicoidais da embreagem apresentada
anteriormente.
Embreagem para automóveis
A figura a seguir representa uma embreagem monodisco muito usada na indústria
automobilística.
A desembreagem é obtida, premindo o pedal do carro; três pequenas alavancas eliminam a
ação das molas prementes nos discos de fricção, afastando-as. O disco movido é preso a um cubo
elástico munido de seis molas que amortecem os trancos nas operações de embreagem e tornam
mais suaves e graduais as operações de engate de marcha.
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Embreagens ou acoplamentos
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Embreagens ou acoplamentos
Embreagem Almar
Neste tipo de embreagem, o disco de fricção é substituído por uma coroa de tarugos.
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Embreagens ou acoplamentos
Embreagens de dois discos (bidiscos)
Estas embreagens possuem dois discos de fricção e massas centrífugas que exercem uma
pressão que cresce com a rotação, auxiliando as operações de embreagem. Possuem, ainda, molas
que auxiliam a desembreagem. São utilizadas em banho de óleo.
Embreagens de discos múltiplos (multidisco)
Este tipo de embreagens utiliza vários pares de discos para transmissão do movimento.
Características
• Os discos motores deslizam nas ranhuras internas do tambor.
• Os discos movidos deslizam nas ranhuras externas do cubo.
• Os discos podem ser de aço/aço, aço/bronze ou aço/material sinterizado.
• Para melhorar a lubrificação, os discos possuem sulcos em espirais e radiais.
• Os pares de discos variam de 6 a 30.
• Na desembreagem, para garantir o afastamento dos discos, colocam-se entre eles lâminas
de aço onduladas.
• Para transmitir momentos de torsor elevados, usam-se os tipos em banho de óleo.
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Embreagens ou acoplamentos
Detalhes dos discos
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Embreagens ou acoplamentos
Embreagens cônicas
Neste tipo de embreagem, a conicidade das superfícies de atrito reduz a força axial necessária
para mantê-las em contacto; porém, as operações de embreagem e desembreagem são menos
suaves e progressivas que as de disco. Elas podem ser de cone simples ou de cone duplo.
Embreagem de cone simples
Embreagem de cone duplo
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Embreagens ou acoplamentos
Embreagens cilíndricas
Embreagem radial a cepos ou blocos internos
A embreagem é obtida pelo contato da superfície interna do tambor e a superfície externa dos
segmentos cilíndricos (cepos) movidos radialmente.
Embreagem de cepos externos com comando pneumático
O acionamento da embreagem é comandado, utilizando ar comprimido que força os cepos
contra o tambor solidário ao eixo do motor.
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Embreagens ou acoplamentos
Embreagem com anel de expansão
Ao acionar o came, o anel metálico expande pressionando a superfície interna da campana,
transmitindo o movimento para o eixo movido.
Embreagem de fita
Uma extremidade da fita é presa no cubo do eixo movido e a outra é fixada na alavanca que,
com uma livre rotação, aperta firmemente a fita em volta do tambor.
 O elemento ativo é a fita de aço revestida de material sinterizado e enrolada no tambor do
eixo-motor.
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Embreagens ou acoplamentos
Embreagem de mola externa
O elemento ativo é a superfície interna da mola helicoidal de secção retangular, com uma
extremidade presa no disco do motor e a outra na alavanca de comando do tambor. Ao embrear, a
mola se enrola fortemente no tambor, arrastando-o em rotação. Este tipo de embreagem é muito
usada em sarilhos, laminadores, trefiladores, etc.
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Embreagens ou acoplamentos
Comando das embreagens
Comando mecânico
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Embreagens ou acoplamentos
Comando hidráulico
Comando pneumático
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SENAI-RJ 87
Mecânica da Transmissão de Movimento • Embreagens ou acoplamentos
Comando eletromagnético
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Embreagens ou acoplamentos
Embreagens automáticas
Nas embreagens automáticas, o acoplamento e o desacoplamento ocorrem de forma automática,
segundo condições previamente previstas pelos projetistas.
Embreagens unidirecionais
Nas embreagens unidirecionais, os roletes são forçados contra as duas partes girantes no
sentido do movimento indicado na figura, funcionando como uma espécie de cunha.
Embreagens de acoplamento centrífugo
São embreagens que utilizam o princípio da força centrífuga, a qual aumenta com o aumento
da rotação do eixo condutor, propiciando, desta forma, uma transmissão de movimento suave e
gradativo, tanto quanto for o aumento da rotação do eixo condutor.
Embreagem centrífuga com sistema massa-mola
Após o eixo do motor atingir uma certa velocidade, o acoplamento se realiza de maneira suave
e gradativa.
Embreagem centrífuga de fita
A força centrífuga age sobre a fita (1) conduzida pela alavanca (2) solidária ao eixo motor (3).
Embreagem centrífuga com esferas de aço
As esferas de aço agem como material de atrito, aumentando com a força centrífuga que, por
sua vez, aumenta com a rotação.
Embreagem centrífuga com granalha
As granalhas agem como material de atrito, aumentando com a força centrífuga que, por sua
vez, aumenta com a rotação.PR
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Embreagens ouacoplamentos
Embreagens de acoplamento centrífugo
São embreagens que utilizam o princípio da força centrífuga, a qual aumenta com a elevação
da rotação do eixo condutor, propiciando, desta forma, uma transmissão de movimento suave e
gradativo, tanto quanto for o aumento da rotação do eixo condutor.
Embreagem centrífuga com sistema massa-mola
Após o eixo do motor atingir uma certa velocidade, o acoplamento se realiza de maneira suave
e gradativa.
Embreagem centrífuga de fita
A força centrífuga age sobre a fita (1) conduzida pela alavanca (2) solidária ao eixo-motor (3).
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Embreagens ou acoplamentos
Embreagem centrífuga com esferas de aço
As esferas de aço agem como material de atrito, aumentando com a força centrífuga que, por
sua vez, aumenta com a rotação.
Embreagem centrífuga com granalha
As granalhas agem como material de atrito, aumentando com a força centrífuga que, por sua
vez, aumenta com a rotação.
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Freios
Nesta seção...
 Introdução ?????
Materiais ?????
Modelos ?????
Tipos de acionamento ?????
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Introdução
Os freios são órgãos de segurança, destinados a se opor ao sentido de movimento de um
veículo ou um mecanismo, podendo diminuir ou, se necessário, parar o movimento.
Quando se suprime a força motriz de uma máquina, a interrupção do movimento se dá
espontaneamente ao fim de um certo tempo. Isto acontece devido às resistências passivas, como
atrito de rolamento e resistência do ar, as quais se opõem ao sentido de movimento. Nestes casos,
a redução do movimento é muito lenta. Para se obter uma redução rápida, o atrito sólido é o mais
conveniente. E, por uma questão de comodidade, o atrito se efetiva contra um órgão em rotação.
Composição dos freios
• Um órgão solidário à máquina que se deseja frear; na maioria das vezes em movimento de
rotação, podendo ser uma polia, roda ou tambor.
• Uma peça de fricção, solidária à carcaça da máquina que se atrita com o órgão móvel, de
forma a desenvolver uma força de atrito grande. O coeficiente de atrito entre as faces de
contato não precisa ser necessariamente elevado, mas, sim, a força normal que exercerá
pressão sobre as faces.
• Um mecanismo que permite pressionar a peça de fricção de encontro ao órgão móvel, após
a atuação de uma força normal elevada; o dispositivo de movimento pode ser mecânico,
eletromagnético, hidráulico, etc.
SENAI-RJ 93
Mecânica da Transmissão de Movimento • Freios
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Freios
Na figura abaixo, temos um freio a disco com seus componentes.
Nº DENOMINAÇÃO
1 corpo da pinça
2 proteção do pistão
3 guarnição de vedação do pistão
4 anel de vedação para o eixo
5 apoio para as molas a disco
6 cobertura da alavanca de comando do
freio de mão
7 alavanca de comando do freio de mão
FREIO DO VEÍCULO FIAT 124
Nº DENOMINAÇÃO
8 molas a disco
9 eixo para auto-regulagem
10 chapas
11 rolamento
12 porca para auto-regulagem
13 molas para a porca
14 pistão
15 patins de atrito
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Freios
Para que se obtenha um freio de boa qualidade, é necessário que ele satisfaça as exigências a
seguir:
Eficácia
Um freio é eficaz, quando a pressão de frenagem é grande para um leve esforço sobre o órgão
de comando. A eficácia depende não somente do tipo do freio, mas também do mecanismo de
comando.
Estabilidade
 Um freio é considerado estável, se a relação entre a pressão de frenagem e a força de comando
é constante, ou seja, são proporcionais.
Embora não seja possível manter esta relação constante, pois o coeficiente de atrito varia com
a temperatura, ela deverá variar o mínimo possível.
Reversibilidade
Um freio é reversível, quando a pressão de frenagem independe do sentido de rotação.
Para que o projeto seja bem feito, possuindo as qualidades acima mencionadas, vários fatores
devem ser considerados. Dentre eles destacamos os mais importantes: material utilizado para a
fricção, modelo do freio a ser empregado e tipo de acionamento a ser utilizado.
Materiais
Os materiais utilizados na construção de freios devem apresentar algumas características
especiais, apresentadas a seguir.
Coeficiente de atrito elevado e uniforme
A ação de frenagem é devida à resistência de atrito entre um órgão girante – disco ou tambor –
e um ou mais órgãos flexíveis ou rígidos, revestidos de guarnições de materiais de atrito, os quais
são comprimidos contra este órgão girante. A frenagem será mais eficiente, tanto quanto maior for
o coeficiente de atrito entre as superfícies que se atritam. Este coeficiente deve se conservar o mais
uniforme possível, para manter constante a proporcionalidade entre a força de comando e a frenagem.
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Freios
Propriedades que não sejam afetadas por condições
ambientais
Os freios, na maioria das vezes, funcionam como um mecanismo de segurança que tem que
funcionar sempre, seja qual for a situação a que esteja exposto. Para manter um funcionamento
seguro, suas propriedades não podem mudar, apesar de condições ambientais como: umidade,
qualidade do ar, etc.
Capacidade de suportar altas temperaturas e boa
condutibilidade térmica
Como vimos, o freio transforma a energia cinética em calor, expondo o material a temperaturas
elevadas. No entanto, o material não pode mudar as suas características quando o freio estiver em
funcionamento; principalmente o coeficiente de atrito não deve variar, de forma que a frenagem não
sofra grandes mudanças. Assim, poderemos manter a proporcionalidade entre a frenagem e a força
de comando.
A boa condutibilidade térmica é importante, pois o freio deve dissipar o calor o mais rápido
possível, antes de entrar em funcionamento outra vez. Caso isto não ocorra, teremos um excesso
de calor que prejudicará o seu funcionamento. Esta característica é importante nos freios de parada;
porém, é essencial no caso de freios reguladores, pois estes estão, constantemente, gerando calor.
Boa resiliência
O material deve ter alto limite de elasticidade. Durante a frenagem, os materiais estão expostos
a grandes esforços de compressão que causam deformações. No entanto, após cessarem esforços,
eles devem voltar às suas dimensões originais.
Ser resistente ao desgaste
O material escolhido deve resistir bem ao desgaste provocado pelo atrito entre as duas
superfícies, mesmo quando exposto a altas velocidades, pressões e temperaturas. Devemos ainda
levar em consideração que a dureza das guarnições deve ser menor que a outra superfície de atrito,
pois o desgaste, que é inevitável, deverá acontecer na peça de fácil substituição.
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Freios
Modelos
Os freios mais empregados em máquinas e equipamentos são divididos em grupos, de
acordo com a superfície de atrito ou a forma como a força de frenagem é aplicada. Podemos
dividi-los em quatro grupos: freio de sapatas externas, freio de sapatas internas, freio
de fita, e freio a disco.
Freio de sapatas externas
É formado por sapatas recobertas com material de alto coeficiente de atrito. Essas sapatas
são comprimidas contra um tambor que gira solidário à máquina. Seu comando pode ser mecânico,
hidráulico, pneumático ou eletromagnético.
As figuras abaixo apresentam uma foto e um desenho esquemático de um freio de sapata.
O freio de sapata é o tipo de freio mais empregado nas máquinas em geral, e usado ondea
necessidade de frenagem é pequena e a solução a ser adotada deve ser simples. Alguns exemplos
de sua aplicação são: carros de tração animal, máquinas elevadoras e vagões ferroviários.
É mais estável que os freios de fita em altas temperaturas, devido à grande gama de polímeros
que podem ser usados no revestimento das sapatas. Porém, quando a temperatura do freio é da
ordem de 350oC a 400oC, suas propriedades ficam seriamente comprometidas.
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98 SENAI-RJ
Mecânica da Transmissão de Movimento • Freios
Para se evitar que a força realizada no tambor pela sapata venha a solicitar um esforço de
flexão no mesmo, é usual colocar-se duas sapatas opostas uma à outra. Assim, quando a alavanca
for acionada, teremos as duas sapatas sendo acionadas juntas, com suas forças de mesmo módulo
e direção, porém com sentidos contrários.
Nos desenhos abaixo, temos dois freios de sapata com duas sapatas externas opostas.
Freio de sapatas internas
Este tipo de freio é similar ao de sapatas externas. Constitui-se, essencialmente, de um cilindro
oco (tambor) com sapatas internas que, comprimidas contra as paredes internas do cilindro, realizam
a frenagem.
É amplamente utilizado em automóveis, onde o tambor é solidário às rodas do veículo a frear.
As sapatas podem ser dispostas de várias maneiras, sendo acionadas como mostram os desenhos
que seguem.
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SENAI-RJ 99
Mecânica da Transmissão de Movimento • Freios
Sapatas simétricas
Como as forças P1 e P2 estão atuando em sentidos contrários, P2 tem o mesmo sentido de
rotação do tambor e P1 , sentido contrário. Isto causa um efeito de frenagem e um desgaste desigual
para as duas sapatas.
Sapatas de ações concordantes
Como as forças P1 e P2 estão atuando no mesmo sentido – sentido da rotação do tambor –,
temos um efeito de frenagem e um desgaste igual para as duas sapatas.
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Freios
Segunda sapata apoiada na primeira
A força P1 para a sapata à esquerda é a força de articulação da sapata apoiada à direita. O
comportamento da força e o desgaste são iguais aos das sapatas de ações concordantes.
Tira de frenagem tracionando no sentido da rotação
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Mecânica da Transmissão de Movimento • Freios
Freios de fita
Os freios de fita são largamente empregados nas instalações industriais. São formados, em
geral, por uma fita de aço flexível recoberta de material de atrito, e apertada contra um tambor
girante. Simples e eficazes, são os mais adequados quando a força necessária para o acionamento
deve ser mantida entre baixos limites, e a estabilidade de funcionamento do freio não seja requisito
importante.
Esse tipo de freios possui as extremidades das fitas acionadas através de um sistema de
alavancas manuais, hidráulico ou eletromagnético. As propriedades destes freios são diferentes, de
acordo com o tipo de alavanca utilizada. Os projetos de freios de fita podem ser do tipo simples,
diferencial e de ação aditiva.
Freios de fita simples
A extremidade de entrada da fita é fixa. Este tipo de disposição é mais favorável para frenagem,
quando a polia do freio gira no sentido de aplicação da força; caso gire ao contrário, a força para
frenagem aumenta.
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102 SENAI-RJ
Mecânica da Transmissão de Movimento • Freios
Freios de fita de enrolamento múltiplo
Um arco de contato de α = 2700, em freios de fita simples, é insuficiente para grandes torques.
Nesses casos, são usados freios de fita de enrolamento múltiplo, o que permite um ângulo muito
maior, até 6500. A fita tem a forma de um grafo, o que torna possível o grande ângulo de abraçamento,
passando a extremidade da tira através do espaço bifurcado da outra extremidade. A intensidade
da força para frenagem, neste freio, é insignificante, mesmo para grandes torques de frenagem. As
figuras abaixo mostram um freio de fita de enrolamento múltiplo, empregado em talhas elétricas.
Freios de fitas diferenciais
Nestes freios, ambas as extremidades da fita são fixadas à alavanca de frenagem. Eles são
denominados diferenciais, porque seu torque de frenagem é determinado pela diferença dos
momentos relativos ao eixo de articulação da alavanca de frenagem, causada pelas forças de tração
nas extremidades da fita. No caso deste tipo de freio, mudando o sentido da rotação da polia do
freio (contrário ao indicado no desenho), teremos uma força de frenagem maior.
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SENAI-RJ 103
Mecânica da Transmissão de Movimento • Freios
Freios de fitas de ação aditiva
Nestes freios, ambas as extremidades da fita são presas na alavanca de freio em braços de
igual comprimento. Neste caso, a força de frenagem é a mesma para qualquer que seja o sentido de
rotação da polia do freio.
Freios a disco
Neste tipo de freio, o elemento girante é um disco de aço, sobre o qual são forçados dois
patins de atrito (pastilha) contidos numa pinça. É largamente utilizado na indústria automobilística.
Os freios deste tipo podem facilmente resfriar-se, porque são externos e expostos à ventilação. O
seu desgaste é uniforme e a eficiência de freada é igual em ambos os sentidos de rotação. São
pouco sensíveis à presença de água, dado que essa é facilmente expulsa pela força centrífuga. No
tipo de freio de tambor, é exatamente a força centrífuga que mantém a água no interior do dispositivo.
Devido, principalmente, à facilidade de resfriamento, os freios a disco são menos propensos a
apresentar defeitos causados por fadiga que os freios convencionais.
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104 SENAI-RJ
Mecânica da Transmissão de Movimento • Freios
Tipos de acionamento
Como já sabemos, os freios podem ser acionados de diversas formas. A seguir, apresentaremos
vários tipos de freios com seus respectivos dispositivos de acionamento.
Freio de sapata eletromagnético
Os freios apresentados abaixo são amplamente utilizados em mecanismos de elevação,
translação e de rotação de guindastes e guinchos, acionados eletricamente. O freio é aplicado por
um peso ou uma mola e desapertado por um eletroímã. Por isso, o freio, permanentemente aplicado,
será solto somente quando o eletroímã for ligado. O circuito elétrico normalmente prevê
intercomunicação do motor e eletroímã que, automaticamente, produz ação frenadora, mesmo no
caso de parada acidental do motor.
Freio acionado por peso
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SENAI-RJ 105
Mecânica da Transmissão de Movimento • Freios
O peso G provoca a descida da alavanca 1, puxando juntamente o tirante 2. O tirante 2 gira o
triângulo rígido 3, o qual é articulado no ponto C. Admitindo-se que o ponto A é estacionário, então
o ponto C move-se para baixo; neste caso, o ponto B se desviará para a direita. Este movimento
será transmitido ao tirante 4 e alavanca 6, que forçará a sapata 8 contra a polia do freio. Quando a
sapata 8 for apertadamente puxada para cima, o ponto C se tornará estacionário e o triângulo 3
girará em torno dele. Devido a isso, o ponto A se desviará para a esquerda e frenará a sapata 7
através da alavanca 5.
Nos projetos de freios, a alavanca 1 é composta de duas partes, ligadas através de um esticador,
para prover o ajuste do freio.
Freio acionado por mola
O freio abaixo representado está incluído no grupo de freios com eletromagnetos de pequeno
curso. Seu sistema de alavanca é fixado na parte superior do êmbolo do eletromagneto. Este grupo
de freios se distingue pelos seguintes aspectos: alavancas rígidas, poucas articulações e aplicação
do freio por meio de uma mola comprida.
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106 SENAI-RJ
Mecânica da