Engrenagens Hipóides

Jun 03, 2023

As engrenagens hipóides são uma categoria única de engrenagens cônicas espirais usadas para transmitir potência rotacional entre dois eixos em ângulos retos. Inventadas por Ernest Wildhaber no início da década de 1920, as engrenagens hipóides eram usadas predominantemente em trens de força de caminhões pesados.

Na época, a genialidade da invenção era o deslocamento entre os eixos das engrenagens, que permitia o rebaixamento do chassi do caminhão. Este desenvolvimento teve um impacto profundo nos designs dos veículos, levando a melhorias significativas no espaço disponível dentro do veículo, na estabilidade de rolamento, no manuseio do veículo, na segurança, na aerodinâmica e no consumo de combustível. Embora as engrenagens hipóides ainda sejam usadas nesta capacidade, elas também têm uma presença crescente nas indústrias industriais de transmissão de energia e controle de movimento.

As engrenagens hipóides podem ser classificadas como um tipo de engrenagem cônica usada para transmitir potência rotacional, ou torque, entre dois eixos em ângulos retos. Existem duas categorias principais de engrenagens cônicas: dentes retos e dentes espirais. As engrenagens cônicas de dentes espirais provaram funcionar de maneira mais suave e silenciosa do que as engrenagens cônicas de dentes retos e são essas engrenagens cônicas espirais que mais se assemelham aos hipóides.

Em contraste com as engrenagens cônicas padrão, os eixos das engrenagens correspondentes para conjuntos de engrenagens hipóides não se cruzam porque o eixo da engrenagem menor (referido como pinhão) está deslocado do eixo da engrenagem maior (referido como coroa). Foram esses eixos sem interseção que o Sr. Wildhaber projetou com o eixo traseiro em mente, levando às melhorias de desempenho do veículo descritas acima.

O deslocamento do eixo permite que o diâmetro do pinhão seja maior e tenha um ângulo espiral maior do que seria possível de outra forma, o que aumenta a área de contato e a resistência do dente. O ângulo espiral entre o pinhão e a coroa faz com que as engrenagens engatem suavemente. A maior área de contato e a resistência dos dentes permitem uma faixa mais ampla de relações de transmissão e a capacidade de transmitir maiores quantidades de torque.

Os benefícios adicionais resultantes do aumento do ângulo espiral e da área de contato entre os conjuntos de engrenagens hipóides incluem desgaste reduzido, menor atrito, menor perda de energia e maior eficiência, todos os quais ajudam a prolongar a vida útil das engrenagens e caixas de engrenagens hipóides.

Devido ao aumento do ângulo espiral e da resistência dos dentes, as engrenagens hipóides podem transportar carga através de vários dentes simultaneamente. O número médio de dentes da engrenagem hipóide em contato ao mesmo tempo é de 2,2:1 a 2,9:1. As engrenagens cônicas, por outro lado, são carregadas em um dente de cada vez. Mais contato dente com dente permite que as engrenagens hipóides transmitam maior torque em comparação com engrenagens cônicas de tamanho semelhante. Além de transmitir mais torque, as engrenagens e caixas de engrenagens hipóides tendem a ser menores e mais compactas do que as caixas de engrenagens cônicas com classificações de torque equivalentes, tornando-as uma melhor escolha para aplicações que envolvem espaços apertados.

Engrenagens cônicas e caixas de engrenagens cônicas são mais comuns em proporções de 1:1 e 2:1, com alguns fabricantes fornecendo relações de até 5:1. Por outro lado, as engrenagens hipóides não fornecem soluções para aplicações 1:1 e 2:1. No entanto, atingem eficientemente relações de 3:1 a 10:1, proporcionando mais opções de relações com um único nível de engrenagem. As taxas de redução são relevantes para a velocidade, onde as caixas de engrenagens hipóides desfrutam de outra vantagem significativa sobre as caixas de engrenagens cônicas. A maioria das caixas de engrenagens cônicas não consegue suportar velocidades acima de 1.500 rpm sem superaquecimento, enquanto as caixas de engrenagens hipóides podem atingir velocidades de entrada contínuas de até 3.000 rpm.

A malha entre os conjuntos de engrenagens hipóides envolve uma ação deslizante, resultando em uma transmissão muito suave e silenciosa. Posteriormente, cargas mais altas podem ser transmitidas com níveis de ruído mais baixos em comparação com engrenagens cônicas, que se tornam ruidosas em velocidades mais altas.

As engrenagens hipóides oferecem mais relações, maiores capacidades de torque, maiores velocidades de funcionamento e menos ruído do que suas contrapartes cônicas. No entanto, as engrenagens hipóides são geralmente menos eficientes (90 a 95%) do que um conjunto semelhante de engrenagens cônicas espirais, que podem ter classificações de eficiência de até 99%. A eficiência das engrenagens hipóides diminui à medida que o deslocamento do eixo aumenta e atenção especial deve ser dada à lubrificação para evitar o desgaste das engrenagens como resultado da ação deslizante dos dentes das engrenagens hipóides. Os hipóides requerem lubrificação com aditivos de extrema pressão, enquanto as engrenagens cônicas podem operar com graxa ou óleo de engrenagem padrão.