CHAVE DE RODA MULTIPLICADORA DE TORQUE E
VELOCIDADE
Trabalho apresentado no evento INOVA SENAI – 2008, proveniente o curso de
Aprendizagem Industrial da Escola SENAI “Duque de Caxias” de Araçatuba.
Dispensa avaliação de especialista.
Jean Álberth Silva Scaranelo 1
Lucas Fernando Hipólito 2
Marcelo Montibeller3
Resumo
Normalmente, quando se amplia o torque necessário para fazer uma tarefa perde-se
em velocidade, mas a “Chave de Roda Multiplicadora de Torque e Velocidade”
trabalha em duas situações: na primeira, amplia-se o torque, mas perde em
velocidade, a cada três voltas na chave desenvolvida o operador estaria dando uma
volta com a chave normal criando assim uma proporção de 3:1. Na segunda,
situação, a chave é invertida, e se ganha em velocidade, a cada uma volta na chave
desenvolvida, o operador estaria dando três voltas numa chave de roda comum,
havendo então a proporção de 1:3. Com esta chave todos poderão realizar as
tarefas, sem maiores empenhos, tornando o trabalho fácil. A chave possui estrutura
simples, se analisarmos chegaremos a conclusão de que ela poderá estar em todos
os lugares onde se necessita retirar rodas. E será de grande serventia à população.
Palavras-chave: chave de roda multiplicadora de torque; velocidade.
1,2
3
Alunos da Escola SENAI Duque de Caxias de Araçatuba.
Professor Orientador-Escola SENAI Duque de Caxias de Araçatuba.
Revista Eletrônica de Educação e Tecnologia do SENAI-SP. ISSN: 1981-8270. v.3, n.7, out. 2009.
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1
Introdução
Este trabalho tem como finalidade apresentar um novo equipamento,
descrever suas vantagens, e sua aplicabilidade.
Com foco principal em manutenção, sendo utilizado como meio de
facilitar a troca de rodas de carros.
A criação deste equipamento possui como principal objetivo, tornar as
trocas de rodas de carros mais fáceis, não visando somente os profissionais que
realizam estas trocas constantemente, mas também qualquer pessoa que em
alguma situação precise realizar este trabalho.
O equipamento citado funciona como um amplificador de torque, e,
posteriormente como um amplificador de velocidade, para que os parafusos sejam
retirados com mais facilidade e rapidez.
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2.1
Desenvolvimento
Funcionamento
Para entender o funcionamento da chave de roda multiplicadora de
torque e velocidade, iniciaremos dando uma visão geral sobre os principais
elementos da peça, as engrenagens.
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2.1.2
Engrenagens
As engrenagens são usadas em
milhares
de
dispositivos
mecânicos.
Elas
realizam várias tarefas importantes, mas a mais
importante é que elas fornecem uma redução na
transmissão em equipamentos motorizados. Isso
é
essencial
porque,
pequeno motor
freqüentemente,
um
girando muito rapidamente
consegue fornecer energia suficiente para um
dispositivo, mas não consegue dar o torque
necessário. Por exemplo, uma chave de fenda
elétrica tem uma redução de transmissão muito
grande, porque precisa de muito torque para girar os parafusos, mas o motor só
produz quantidade de torque pequena e velocidade alta. Com a redução de
transmissão, a velocidade de saída pode ser diminuída e o torque, aumentado.
Mais uma coisa que as engrenagens fazem é ajustar a direção de
rotação. Por exemplo, no diferencial existente entre as rodas traseiras do seu carro,
a energia é transmitida por um eixo que passa pelo centro do carro, o que faz com
que o diferencial tenha de "deslocar" essa energia em 90º, para aplicá-la sobre as
rodas.
As engrenagens, também chamadas rodas dentadas, são elementos
básicos na transmissão de potência entre árvores.
Elas permitem a redução ou aumento do momento torsor, com
mínimas perdas de energia, e aumento ou redução de velocidades, sem perda
nenhuma de energia, por não deslizarem.
A mudança de velocidade e torção é feita na razão dos diâmetros
primitivos. Aumentando a rotação, o momento torsor diminui e vice-versa. Assim,
num par de engrenagens, a maior delas terá sempre rotação menor e transmitirá
momento torsor maior. A engrenagem menor tem sempre rotação mais alta e
momento torsor menor.
O movimento dos dentes entre si processa-se de tal modo que no
diâmetro primitivo não há deslizamento, havendo apenas aproximação e
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afastamento.
Nas demais partes do flanco, existe ação de deslizamento e
rolamento. Daí conclui-se que as velocidades periféricas (tangenciais) dos círculos
primitivos de ambas as rodas são iguais (lei fundamental do dentado) [1,2,].
2.1.3
Princípios básicos
Em qualquer engrenagem, a relação é determinada pelas distâncias
que vão do centro das peças até o ponto de contato. Por exemplo, em um
dispositivo com duas engrenagens, se uma delas tiver o dobro do diâmetro da outra,
a relação será de 2:1.
Um dos tipos de engrenagem mais primitivos que podemos ver seria
uma roda com estacas de madeira em suas extremidades.
O problema desse tipo de engrenagem é que a distância do centro de
cada engrenagem até o ponto de contato muda de acordo com a rotação delas. O
que significa que a relação de engrenagens se altera com o seu giro, fazendo com
que a velocidade também mude. Se você usasse engrenagens assim no seu carro,
seria impossível manter uma velocidade constante: haveria uma incessante
aceleração e desaceleração.
Muitas engrenagens modernas utilizam um perfil de dentes especial
chamado de involuta. Esse perfil tem a propriedade extremamente importante de
manter uma relação de velocidade constante entre as duas engrenagens. Assim
como a roda com estacas acima, o ponto de contato se movimenta, mas a forma dos
dentes da engrenagem involuta compensam esse movimento.
2.1.4
Relação de transmissão (i)
Para engrenagens em geral:
i=
Dp 2
Z2
=
Dp 1
Z1
Onde:
Dp1 = diâmetro primitivo da roda motora
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Dp2 = diâmetro primitivo da roda movida
Z1 = número de dentes da roda motora
Z2 = número de dentes da roda movida
2.1.5
Fabricação de engrenagens
Normalmente
são
empregados
dois
processos
para
construir
engrenagens. O primeiro, com fresas modulares, consiste em abrir os vãos entre os
dentes da engrenagem, um a um (figura abaixo). O segundo com fresas tipo caracol,
gerando todos os dentes simultaneamente.
Ao abrir os vãos dos dentes das engrenagens, além de determinar o
ângulo de pressão entre os dentes, é necessário determinar-lhes o perfil. Quando
duas engrenagens de mesmo módulo tiverem quantidades de dentes diferentes,
seus diâmetros primitivos serão diferentes e, conseqüentemente, o perfil dos dentes
será diferente [3].
2.1.6
Folga entre as engrenagens
A folga é necessária, pois sem ela haveria um emperramento, no caso
de as tolerâncias de fabricação das engrenagens estarem na faixa superior e as
distâncias entre eixos, na faixa inferior.
Por outro lado, a folga entre as engrenagens não pode ser grande
demais, pois provocaria vibração em serviço.
2.1.7
Engrenagens Planetárias
Na estrutura da chave de roda há engrenagens planetárias, portanto
concluímos que seria conveniente falar sobre este tipo de engrenagens.
Existem
muitas
maneiras
de
empregar
engrenagens.
Um tipo
específico de engrenagens é chamado de trem de engrenagens planetárias.
Engrenagens planetárias resolvem o seguinte problema: digamos que você queira
uma relação de marcha de 6:1 com a rotação de entrada girando na mesma direção
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da rotação de saída. Uma maneira de criar esta relação é com o seguinte trem de
três engrenagens:
Neste trem, a engrenagem azul tem seis vezes o diâmetro da
engrenagem amarela, fornecendo a relação 6:1. O tamanho da engrenagem
vermelha não importa, porque está presente apenas para reverter o sentido da
rotação, de forma que as engrenagens azul e amarela girem da mesma forma.
Entretanto, imagine que você queira que o eixo da engrenagem de saída seja o
mesmo da engrenagem de entrada. Uma situação comum, onde há a necessidade
de se usar o mesmo eixo, é o da parafusadeira elétrica nesse caso, você pode usar
um sistema de engrenagens planetárias, conforme mostrado aqui:
Obs: exemplo que mais se aproxima da peça original
Neste sistema, a engrenagem amarela (a engrenagem solar) se
engrena com todas as três vermelhas ( engrenagens planetárias) simultaneamente.
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Todas as três estão ligadas a um prato (o suporte planetário) e se conectam com o
lado interno da engrenagem azul (a coroa), em vez de se conectarem com seu lado
externo. Em razão de existirem três engrenagens vermelhas em vez de uma, este
trem de engrenagens é extremamente robusto. O eixo de saída é conectado à coroa
azul e o suporte planetário permanece estacionário, fornecendo a mesma relação de
6:1.
Uma outra coisa interessante, acerca do uso de engrenagens
planetárias é que elas podem produzir diferentes relações de marcha, dependendo
de qual engrenagem é usada como entrada, qual é usada como saída e qual delas
fica parada. Por exemplo, se a entrada for a engrenagem solar, a coroa for mantida
estacionária e o eixo de saída for engrenado ao suporte planetário, obteremos uma
relação de marcha diferente. Neste caso, o suporte planetário e as engrenagens
planetárias orbitam em torno da engrenagem solar. Dessa forma, em vez de a
engrenagem solar girar seis vezes para que o suporte planetário gire uma vez, ela
terá que girar sete vezes. Isso acontece porque o suporte planetário circulou a
engrenagem solar uma vez na mesma direção, subtraindo uma revolução da
engrenagem solar. Então, nessa situação, temos uma redução de 7:1.
Pode-se reorganizar as coisas outra vez, desta vez mantendo a
engrenagem solar estacionária, fazendo com que o suporte planetário seja o eixo de
saída e engatando o eixo de entrada à coroa. Isto daria uma redução de marcha de
1.17:1. Uma transmissão automática usa conjuntos de engrenagens planetárias para
criar diferentes relações de marcha, além de embreagens e cintas de freio
para manter diferentes partes do bloco de engrenagens estacionárias e mudar
entradas e saídas [4,5].
2.1.8
Composição
A chave multiplicadora de torque e velocidade é constituída por um
eixo diretamente ligado à engrenagem solar (oito dentes), que engrena nas
engrenagens planetárias (nove dentes), que por fim engrena na coroa (vinte e seis
dentes). É composta também por um braço de apoio ajustável, peças removíveis
(espiga e alavanca) e outro eixo que é ligado ás engrenagens planetárias.
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2.1.9
Situações
A peça por nós desenvolvida trabalha em duas situações, que serão
apresentadas a seguir.
2.1.10 Situação 1
Na situação 1, a chave de roda multiplicadora de torque e velocidade
funciona como um ampliador de torque, pois seu sistema de engrenagens estará
funcionando de maneira que facilite a remoção dos parafusos, para isso, o eixo que
estará ligado á engrenagem solar (menor) será o que receberá do operador o torque
necessário para remover os parafusos; enquanto de um lado se da três voltas, o
outro da apenas uma (proporção 3:1).
2.1.11 Situação 2
Na situação 2, inverte-se o sentido da chave, então o torque que o operador
aplicará será feito sobre o eixo que está ligado às engrenagens planetárias, com
isso o operador ganhara em velocidade, pois a chave ampliará a velocidade na
proporção de 1:3.
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Entrevista com Mecânico
Esta entrevista foi feita com o intuito de provar como a chave de roda
por nós desenvolvida seria vista e como poderia auxiliar o trabalho de retirar as
rodas.
Entrevista feita com mecânico Paulo Vreck
Pergunta: Em seu serviço, retirar as rodas dos carros é um trabalho feito
constantemente?
Resposta: Sim, retiramos as rodas dos carros várias vezes, para mexer nos freios e
embreagens, por exemplo, é preciso retirar as rodas, esta tarefa é bastante feita no
dia-a-dia.
Pergunta: Que dificuldades são encontradas no momento de retirar as rodas?
Resposta: Em alguns carros é muito difícil, pois alguns modelos mais antigos, por
exemplo, tem as porcas muito duras, as vezes com as chaves de roda normais não
é possível que se retirem as porcas, ou é necessário que se use um cano como
alavanca na chave, e outro mecânico para impedir que a roda gire. Um trabalho
realizado normalmente em 3 minutos demora em média 15 minutos.
Pergunta: Com a chave de roda desenvolvida por nós você acha que o trabalho
seria mais fácil?
Resposta: Com certeza, pois reduziríamos o tempo para realizar a tarefa, e também
faríamos menos esforço, esta chave nos auxiliaria muito [2,3,5].
4
Conclusão
Em decorrência de todos os fatos relatados, teve-se a oportunidade de
descrever as principais situações e o funcionamento do novo equipamento, que
pode ser utilizado em vários locais, sempre facilitando a tarefa de retirar as rodas.
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Nota-se que retirar as rodas de carros é um ato feito constantemente,
exige muitas vezes grande esforço físico do operador, com a nova chave de roda se
ganha da atual chave em dois aspectos, no torque e na velocidade.
Analisando as duas situações em que a chave de roda multiplicadora
de torque e velocidade trabalha, se conclui que qualquer pessoa poderá utilizá-la
independente de seu porte físico ou sexo, realizando o trabalho de forma rápida e
objetiva.
A peça desenvolvida será de grande serventia para a população e com
certeza é uma grande inovação que facilitará muito o serviço, principalmente de
mecânicos.
MULTIPLE VELOCITY AND TORQUE WRENCH
Abstract
Normally, when you increase the necessary torque responsible for a certain task, you
lose velocity, but the “Multiple Velocity and torque wrench” works in two situations.
The first one is when you increase the torque but lose velocity, in a way that for three
circuits developed in that wrench, an operator would turn a normal one one time, so
we have a 3:1 proportion. The second is when you invert the wrench, so that you
gain more velocity, in a way that for each circuit developed in that wrench, an
operator would turn a normal one three times, so we have a 3:1 proportion. With the
torque wrench everyone will be able to do tasks with no big effort, making them an
easy work. The torque wrench has a simple design which leads us to a conclusion
that it will be able to be in every place where it is necessary to take out wheels, and it
will be very useful to people in general.
Keywords: wrench torque multiplier. speed.
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Referências
BRAIN, Marshall. Relação de marchas. Disponível em:
<http://carros.hsw.uol.com.br/relacao-de-marchas4.htm>. Acesso em: 22 jun. 2009.
MARQUES, Gil. Mecânica. Disponível em: <http://efisica.if.usp.br/mecanica/basico/
maquinas/engrenagem>. Acesso em: 22 jun. 2009.
SALVAGNINI, Wilson. Engrenagem. Disponível em:
<http://knol.google.com/k/francisco-peres-sanches/engrenagens-a-fora-e-avelocidade-sob/9fwxb9tzfshq/7#>. Acesso em: 22 jun. 2009.
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