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Introdução Calculo de Engrenagens

Numa empresa, o sector de manutenção mecânica desenvolve um importante papel na continuidade do fluxo da produção. Após o diagnóstico do defeito, realizam-se a desmontagem, limpeza dos componentes, substituição dos elementos danificados, montagem, lubrificação e ajustes finais da máquina.
No entanto, muitas vezes não existem peças de reposição disponíveis para consertar a máquina, principalmente quando ela é antiga.

Por causa disso, o sector de manutenção de muitas empresas possui algumas máquinas operatrizes destinadas a produzir elementos mecânicos para a reposição de peças de máquinas sob manutenção.
Esta é uma situação que pode estar ocorrendo agora na sua empresa: a máquina foi desmontada e percebeu-se que uma de suas engrenagens está danificada, pode ter algumas possíveis reparações  mas isso é outra historia.
Agora, acha que seria capaz de levantar os dados desse elemento da máquina a partir dos fragmentos restantes e executar os cálculos para a confecção de uma nova engrenagem?

Deixo aqui o link para um documento que o ajudará a conhecer os nomes e como medir alguma características mais importantes das rodas dentadas e de pinhões.

 

Para abrir o documento ou na click na imagem abaixo ou aqui

scribd
Se o seu interesse por transmissões e engrenagens vai mais alem e pretende dimensionar transmissões por polies e por engrenagem de pinhão e coroa deixo para download um documento  que se pode revelar de bastantes utilidade, e dispensar andar sempre a pegar nas formulas para calcular os paramentos. Trata-se de uma folha de calculo em Excel (xls) que serve para o calculo de transmissões de polies e de engrenagens composta por pinhão e coroa.

Pode fazer o download clicando aqui ou no ícone abaixo

excel

 

Motores de passo e Caixas de Redução

  • Software (brevemente)
  • Testes (brevemente)

Os motores passo a passo são dispositivos mecânicos electromagnéticos que podem ser controlados digitalmente através de hardware e software específicos. Estes motores são usados em larga escala em pequenos aparelhos ou dispositivos tais como, impressoras, plotters, scanners, drivers de disquetes, discos rígidos etc. Os motores de passo têm um número fixo de pólos magnéticos e de enrolamentos que determinam o número de passos por volta.
A utilização de motores de passo permitirá uma regulação da orientação do módulo através de pequenos incrementos, o que dará um movimento angular bastante exacto. Esses ângulos têm de ter uma boa regulação para que se possa posicionar da melhor forma o módulo e daí retirar o seu rendimento máximo.

Tipos de Motores de passo

Motores Unipolares
motor de passo unipolar
Figura 12: Motor unipolar
O motor de passo unipolar apresenta uma derivação central (center tape) entre o enrolamento de duas bobinas.
Motores Bipolares
motor de passo bipolar
Figura 13: Motor Bipolar
O motor de passo bipolar não apresenta a derivação central entre o enrolamento de duas bobinas. Entretanto, o circuito para controlar este tipo de motor é mais complexo do que o unipolar. A vantagem do bipolar é apresentar um binário superior.
Relutância variável
motor de passo relutância variável
Figura 14: Motor de Relutância variável

Apresenta um rotor construído de ferro e com vários dentes, tendo um estator com várias bobines. Por não possuir íman, quando não está alimentado apresenta binário de manutenção (detent torque) nulo. Como este motor tem uma baixa inércia de rotor, o seu uso está normalmente associado a cargas mecânicas de pequena inércia, conseguindo-se assim respostas dinâmicas superiores às dos outros motores de passo de ímanes permanentes.
Os motores de passo apresentam três estados de funcionamento.
Tabela 2 : Estados de funcionamento do motor

motor passo parado Desligado:
Não há alimentação no motor. Não existe consumo de energia, e todas as bobinas estão desligadas.
Na maioria dos circuitos este estado ocorre quando a fonte de alimentação é desligada.

motor parado bobine electrizada

Parado:
Pelo menos uma das bobinas está alimentada e o motor permanece estático num determinado sentido. Nesse caso há consumo de energia, mas em compensação o motor mantém-se alinhado numa posição fixa.

passo completo

Em Funcionamento:
As bobinas são alimentadas em intervalos de tempos determinados, impulsionando o motor a girar numa direcção.

Modos de operação de um motor de passo

Tabela 3 : Modos de operação do motor de passo

volta completa

Passo completo 1 (Full-step)
-Apenas uma bobina é alimentada a cada passo;
-Menor binário;
-Pouco consumo de energia;
-Maior velocidade que o meio passo.

passo completo

Passo completo 2 (Full-step)
-Duas bobinas são alimentadas a cada passo;
-Maior binário;
-Consome mais energia que o Passo completo 1;
-Maior velocidade que o meio passo.

meio passo motor

Meio passo (Half-step)
-A combinação do passo completo1 e do passo completo 2 gera um efeito de meio passo;
-Consome mais energia que os métodos anteriores;
– Tem o dobro da precisão face os passos anteriores;
-O binário é intermédio entre os dos Passos completos 1 e 2;
-A velocidade é menor que a dos passos anteriores.

A forma com que o motor irá operar dependerá bastante do que se deseja controlar. Há casos em que o binário é mais importante, enquanto noutros é a precisão. Essas são características gerais dos motores de passos.
Em termos do sistema a movimentar, as características mais importantes são o ângulo de passo do motor e o seu binário de manutenção (holding torque).
Ao trabalhar com motores de passos, precisamos de conhecer algumas outras características de funcionamento como a tensão de alimentação, a máxima corrente eléctrica suportada nas bobinas e o passo (precisão). As características mais importantes que devemos ter atenção para operar um motor de passo, em condições de segurança, são a tensão de alimentação e a corrente eléctrica que as bobinas suportam.

Sequências correctas para se controlar um motor de passo

Passo Completo 1 (Full-step)
Tabela 4 : Passo completo

Nº do passo

B3

B2

B1

B0

Decimal

1

1

0

0

0

8

2

0

1

0

0

4

3

0

0

1

0

2

4

0

0

0

1

1

Passo Completo 2 (Full-step)
Tabela 5 : Passo completo 2

Nº do passo

B3

B2

B1

B0

Decimal

1

1

1

0

0

12

2

0

1

1

0

6

3

0

0

1

1

3

4

1

0

0

1

9

Meio Passo (Half-step)
Tabela 6 : Meio passo

Nº do passo

B3

B2

B1

B0

Decimal

1

1

0

0

0

8

2

1

1

0

0

12

3

0

1

0

0

4

4

0

1

1

0

6

5

0

0

1

0

2

6

0

0

1

1

3

7

0

0

0

1

1

8

1

0

0

1

9

A velocidade de um motor de passo

Para se controlar a velocidade de um motor de passo envia-se uma sequência de pulsos digitais (ver tabelas 4, 5 e 6) num determinado intervalo. Quanto menor o intervalo, maior será a velocidade a que o motor irá rodar.
O intervalo não deve ser inferior a um dado limite, tipicamente 10ms entre cada passo de motores pequenos, dado que o motor perderá o binário e em vez de rodar, o motor poderá vibrar.
Para a dinâmica do nosso sistema a velocidade dos motores teve de ser ajustada em função do tempo de resposta das caixas de velocidades.
Para mudar a direcção de rotação do motor, simplesmente inverte-se a sequência dos passos.

Resolução de um motor de passo

Usando as características do motor de passo escolhido para o projecto determina-se a precisão do motor.
– Tensão: 5 V / Corrente: 1 A / Resistência da bobina: 5 Ohm / Passo: 1.8º / Precisão do ângulo de passo 5% =0.08º / 4 fases
– Binário de manutenção: 0.03Nm / Binário motor (modo bipolar): 0.5Nm

Para determinar quantos passos são necessários para que o motor gire 360º, faz-se o seguinte cálculo:
.
O motor com precisão de 1.8º, necessita dar 200 passos para completar uma rotação.

Características dos motores de passo adquiridos para o projecto

Para a execução do projecto adquiriu-se dois motores híbridos de passo adquiridos à empresa RS, sob a referência 440-442, cujas características principais estão acima referidas. Na figura 5 apresentamos o modo de ligação de comando unipolar utilizado para o alimentar os motores.

Figura 15: Esquema de ligações do motor de passo com comando unipolar

Caixa de Velocidades

Tal como acima referido optou-se pela colocação de uma caixa de velocidades acoplada aos motores para que estes depois de posicionados possam manter a posição enquanto o motor estiver desligado.
Binário de manutenção à saída da caixa de velocidade:

Prevemos que binário de 1.5Nm seja suficiente para manter a posição do módulo para ventos fracos a moderados. Assim com a caixa de velocidades garante-se que o vento não irá influenciar na posição definida pelo sistema.
Com a utilização da caixa teremos um menor consumo de energia visto que o motor não precisará de ficar alimentado, no período de tempo em que não se necessitar executar qualquer movimento do módulo.
Assim adquiriu-se uma caixa de velocidades de referência 718-880 à empresa RS, com uma relação de redução de 50:1. Para o acoplamento da caixa ao motor houve necessidade de se adquirir um adaptador KITC 718-953.

Se pretende saber mais sobre engrenagens calculos de relações de transmição e como desenhar rodas dentadas em software CAD consulte a nossa secção de mecânica aqui ou nos link abaixo.

Calculo de EngrenagensIntrodução Calculo de Engrenagens

Desenho de rodas dentadasDesenhando Engrenagens com o Sketchup