Redutores; nem sempre mais rápido é melhor!

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Como citar esse artigo: VERTULO, Rodrigo Cesar. Redutores; nem sempre mais rápido é melhor!. Disponível em: <http://labdeeletronica.com.br/redutores-nem-sempre-mais-rapido-e-melhor/>. Acessado em: 11/09/2024.

O uso de motores na automação de processos industriais é uma realidade incontestável e a presença dos diversos modelos de motores é facilmente notada nos variados tipos de máquinas que “populam” os parques industriais, sendo, inclusive, intensamente utilizados nos robôs industriais como principal elemento de movimentação desses equipamentos.

Os motores em geral possuem duas características muito importantes que devem ser levadas em consideração ao serem utilizados, ou seja, a velocidade de rotação e o torque. A velocidade de rotação determina quantas voltas por minuto o eixo do motor é capaz de executar e normalmente é chamada de RPM (rotações por minuto). Por outro lado, o torque é a força que aparece no eixo do motor quando ele gira e depende da distância entre o ponto em que uma carga é aplicada ao eixo até o centro do mesmo. Em outras palavras, quanto maior for o torque do motor maior é a sua capacidade de movimentar cargas mais pesadas.

É muito importante ressaltar que a velocidade de rotação e o torque são grandezas inversamente proporcionais, desse modo, quanto maior for velocidade de rotação de um motor menor será o seu torque e vice versa. Muitas vezes dispõe-se de um motor a ser utilizado em alguma aplicação que possui uma alta velocidade quando o que deseja-se é um alto torque, mesmo que isso implique na redução de sua velocidade. Felizmente existe uma forma de obter-se esse resultado que é utilizando-se os redutores de velocidade.

Os redutores de velocidade são dispositivos mecânicos especialmente projetados para que seja possível a obtenção de um alto torque em um motor por meio da redução de sua velocidade de rotação. Também é possível obter-se o efeito inverso, ou seja, aumentar a velocidade de rotação de um motor reduzindo-se seu torque. Existem muitas configurações de redutores disponíveis, cada uma com suas vantagens e desvantagens, e falar sobre todos os tipos seria inviável em um texto introdutório sobre o assunto. Sendo assim, trataremos sobre dois tipos de redutores muito utilizados nas aplicações em geral, que são os Redutores Planetários e os Redutores Cicloidais.

Redutores de Velocidade

Os mecanismos têm como uma de suas funções transmitir movimentos de um ponto ao outro do sistema no qual fazem parte ou transformar movimentos de um tipo para outro, como por exemplo a transformação de um movimento do tipo angular para outro linear. A transmissão e/ou transformação dos movimentos é feita por meio de elementos de máquinas especialmente acoplados com essa finalidade, podendo ser utilizadas engrenagens, polias, correias, entre outros dispositivos.

No caso da transmissão ou transformação do movimento angular realizado pelos eixos dos motores, é possível alterar as grandezas velocidade de rotação e torque durante o processo. Isso só é possível por conta de algo chamado relação de transmissão, que são relações físicas entre os elementos de máquina presentes no sistema. Para exemplificar o conceito de relação de transmissão, suponha que ao eixo de um motor esteja conectada uma engrenagem contendo 20 dentes, denominada E1. Suponha também que à engrenagem E1 esteja conectada outra contendo 40 dentes denominada E2. A figura 1 ilustra essa montagem.

Figura 1 – Representação de duas engrenagens conectadas.

É possível observar experimentalmente que entre as engrenagens E1 e E2 as seguintes relações são respeitadas:

em que,

Como é possível notar pela expressão da relação de transmissão, os diâmetros, número de dentes e os torques nas engrenagens são inversamente proporcionais às rotações de cada uma. No exemplo da figura 1, como o número de dentes da engrenagem E1 é igual a 20 e na E2 é igual a 40 temos que:

Sendo assim, o torque em E2 será duas vezes maior que o torque em E1. Contudo, como

chegamos a

indicando que a velocidade de rotação na engrenagem E2 será metade daquela presente em E1.

A partir do exemplo apresentado é possível notar que será possível mover uma carga duas vezes mais pesada conectada à engrenagem E2, porém com a metade da velocidade presente na engrenagem E1. Desse modo, a figura 1 trata-se de um sistema Redutor de Velocidade com relação de transmissão igual a 2.

Apesar do exemplo apresentado levar em consideração o uso de engrenagens, existem relações de transmissão entre outros elementos de máquinas com lógica de funcionamento semelhante à apresentada, porém, cada sistema apresentando suas especificidades cujo detalhamento foge do objetivo introdutório deste texto.

 
Redutores Planetários

Os redutores planetários são sistemas que visam a obtenção de um torque maior em suas saídas acompanhado da redução da velocidade de rotação na mesma. A figura 2 apresenta a forma como esses redutores são construídos.

Figura 2 – Aspecto construtivo de um redutor planetário.

Imagem extraída de http://www.revistaespacios.com/a15v36n10/14-01.png

Na figura 2 é possível observar o nome dado a cada uma das partes dos redutores planetários e na figura 3 é possível observar o aspecto físico de um redutor planetário real.

Figura 3 – Redutor planetários real.

Imagem extraída de http://i00.i.aliimg.com/img/pb/485/236/375/375236485_087.jpg

O cálculo da relação de transmissão deste tipo de redutor é consideravelmente mais complexo do que aquele apresentado no tópico anterior deste texto e foge do escopo deste trabalho sua demonstração. Contudo, os princípios utilizados são semelhantes ao que já foi discutido. Os redutores planetários são capazes de impor um grande redução de velocidade com o consequente aumento de torque, tendo como uma de suas grandes vantagens o pouco espaço ocupado pelo conjunto.

 

Redutores Cicloidais

Esses redutores também têm como objetivo a redução da velocidade e aumento do torque no eixo de saída do sistema em que estão sendo utilizados. A principal característica dos redutores cicloidais é que o sistema funciona baseado na transmissão de movimento por meio do giro excêntrico (fora do eixo) do eixo de entrada para os pinos de um disco rotatório de saída. A visualização do funcionamento deste sistema é bem mais difícil de ser feita por meio de imagens estáticas, contudo, na figura 4 procura-se ilustrar a forma como um redutor cicloidal é montado.

Figura 4 – Representação de um redutor cicloidal.

Imagem adaptada de http://denteazultecnologia.blogspot.com.br/2011/07/redutor-de-velocidade-cicloidal.html

Observe que o eixo de entrada (verde) gira fora de seu centro, ou seja, de forma excêntrica. Com a rotação do eixo de entrada, a placa dourada, onde estão inseridos os pinos do disco de saída, gira de forma cicloidal impondo aos pinos do disco de saída um movimento de rotação. Ao disco de saída está conectado o eixo de saída que gira em concordância com os pinos do disco de saída. Toda essa montagem permite a transmissão do movimento do eixo de entrada para o eixo de saída com a redução da velocidade de rotação e aumento do torque.

O cálculo da relação de transmissão deste sistema também é relativamente complexo e foge ao escopo deste texto sua apresentação e detalhamento.

Conclusão

O uso de motores na construção de máquinas tem como principal objetivo a movimentação de cargas. Muitas vezes a velocidade de rotação e torque dos motores disponíveis são incompatíveis com o sistema que deseja-se construir. Nestes casos é preciso dispor-se de meios para variar essas características, evitando a necessidade da troca dos motores.

Uma das formas de alterar a velocidade de rotação e torque de um motor é por meio do uso de redutores, que são dispositivos projetados especialmente para isso. Utilizando-se as relações de transmissão entre elementos de máquinas, tais como engrenagens, polias, etc., é possível obter-se a redução ou aumento da velocidade dos motores com o consequente aumento ou redução de seus torques.

Entre as diversas montagens de redutores possíveis de serem feitas há aquelas utilizadas em redutores planetários e nos cicloidais. Esses redutores são capazes de impor uma grande redução na velocidade de rotação com o consequente aumento de torque utilizando-se montagens que ocupam pouco espaço. Tratam-se de equipamentos de alta performance muito utilizados em aplicações industriais.

 

Bibliografias

MELCONIAN, Sarkis. Elementos de Máquinas. São Paulo: Editora Erica, 2000

PIOVESAN, Leonardo. Projeto, desenvolvimento e construção de um redutor/multiplicador de velocidades de baixo custo. Trabalho de Graduação em Engenharia Mecânica – Universidade Estadual Paulista, Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá, 2012.