CHAVE DE RODA MULTIPLICADORA DE TORQUE E VELOCIDADE

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1 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 Montibeller 3 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 Alunos da Escola SENAI Duque de Caxias de Araçatuba. 3 Professor Orientador-Escola SENAI Duque de Caxias de Araçatuba.

2 2 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. 2 Desenvolvimento 2.1 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.

3 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, freqüentemente, um pequeno motor 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

4 4 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,] 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 Relação de transmissão (i) Para engrenagens em geral: i = Dp Dp 2 1 = Z Z 2 1 Onde: Dp 1 = diâmetro primitivo da roda motora

5 5 Dp 2 = diâmetro primitivo da roda movida Z 1 = número de dentes da roda motora Z 2 = número de dentes da roda movida 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] 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 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

6 6 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.

7 7 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] 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.

8 Situações apresentadas a seguir. A peça por nós desenvolvida trabalha em duas situações, que serão 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) 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.

9 9 3 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.

10 10 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. Abstract MULTIPLE VELOCITY AND TORQUE WRENCH 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.

11 11 Referências BRAIN, Marshall. Relação de marchas. Disponível em: < Acesso em: 22 jun MARQUES, Gil. Mecânica. Disponível em: < maquinas/engrenagem>. Acesso em: 22 jun SALVAGNINI, Wilson. Engrenagem. Disponível em: < Acesso em: 22 jun

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