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No estágio de precisão da transmissão mecânica, as engrenagens desempenham um papel fundamental com seus corpos minúsculos. Elas são como notas em um movimento mecânico de precisão, e cada rotação e cada mordida transmitem potência e movimento com precisão. No entanto, por trás dessa ação mecânica aparentemente simples, existe um profundo conhecimento e uma seleção precisa da ciência dos materiais. Hoje, a equipe LS levará você pelo vasto mundo da ciência dos materiais, desde materiais metálicos tradicionais até materiais compostos de ponta, e desvendará o mistério dos materiais de usinagem de engrenagens um por um.

O que éusinagemde engrenagens?

O significado de usinagem de engrenagens se refere ao uso de matérias-primas (geralmente metais, como aço, ferro fundido, ligas de alumínio, etc.) por meio de uma série de processos de usinagem mecânica, como corte, retificação, laminação, etc., para produzir engrenagens com precisão que atendam aos requisitos de projeto. A engrenagem é uma parte importante do sistema de transmissão mecânica. Ela transmite torque e movimento rotacional através do engrenamento entre os dentes e realiza a conversão e transmissão de energia mecânica.

Quais Materiais São Usados naUsinagemde engrenagens?

Existe uma variedade de materiais que podem ser usados para produzir engrenagens com essas propriedades essenciais. Abaixo, uma visão geral de cada material e suas vantagens exclusivas.

Ferro fundido

O ferro fundido é um metal ideal para a fabricação de engrenagens de precisão devido à sua excelente resistência ao desgaste. Ele pode suportar desgaste repetido e contínuo sem danos. Outra grande vantagem desse material é que ele pode facilmente produzir engrenagens com formas complexas e estruturas finas por meio de métodos de fundição. Embora as engrenagens de ferro fundido possam produzir ruídos relativamente altos durante a operação e tenham uma alta rugosidade superficial, isso não afeta sua aplicação em campos específicos. Geralmente, são utilizadas em aplicações menos focadas em operação suave e mais focadas em durabilidade e custo-benefício, como máquinas pesadas, equipamentos de mineração, etc.

Aço

Engrenagens de liga de aço são favorecidas por sua alta resistência, graças ao processo de tratamento térmico ao qual geralmente são submetidas, o que aumenta significativamente a tenacidade e a dureza da engrenagem, especialmente na área dos dentes. As engrenagens de liga de aço podem suportar grandes cargas e torques, por isso são amplamente utilizadas em diversos sistemas de transmissão. Entre eles, o aço carbono tornou-se o material preferido para a produção de componentes de engrenagens, como engrenagens helicoidais, engrenagens retas, engrenagens cônicas, engrenagens sem-fim e cremalheiras, devido às suas boas propriedades mecânicas e de processamento. Esses componentes de engrenagens são amplamente utilizados nos setores automotivo, de máquinas, aeroespacial e outros, proporcionando transmissão de energia estável e confiável para diversos sistemas de transmissão.

Latão

O latão é uma liga de cobre e zinco. Os fabricantes podem usar diferentes ligas de latão para variar a quantidade de zinco no metal. O latão com baixo teor de zinco é mais dúctil do que outros materiais, e a base de cobre torna o metal antimicrobiano e fácil de usinar. Engrenagens de latão são frequentemente usadas em engrenagens retas ou cremalheiras para aplicações de baixa carga.

Bronze

Além do latão, outras ligas de cobre incluem bronze-alumínio e bronze-fosforoso. Essas engrenagens não magnéticas são mais adequadas para ambientes corrosivos.

O bronze-alumínio combina cobre, alumínio, níquel, ferro e manganês. Essa liga possui excelente resistência ao desgaste e à corrosão, podendo ser usada em ambientes altamente corrosivos, como água salgada, oxidação e exposição a ácidos orgânicos. Além disso, elas são capazes de suportar ambientes de alta carga, tornando-as ideais para uso em engrenagens helicoidais e sem-fim.

O bronze fosforoso contém uma combinação de cobre, estanho e fósforo. O estanho aumenta a resistência à corrosão e a resistência da liga, enquanto o fósforo aumenta a rigidez e a resistência ao desgaste. Portanto, as engrenagens de bronze fosforoso são ideais para ambientes de alto atrito, especialmente engrenagens sem-fim, pois o material resiste tanto ao atrito gerado pela roda quanto à degradação causada pela lubrificação.

Ligas de Alumínio

As engrenagens de pino feitas de ligas de alumínio têm um tratamento de superfície protetor chamado passivação para evitar corrosão e oxidação. As ligas de alumínio mais comuns usadas na produção de engrenagens incluem 2024, 6061 e 7075. Independentemente do grau, todas as engrenagens de alumínio são mais adequadas para aplicações de baixa a moderada temperatura, pois começam a se degradar em torno de 400°F.

Metais em Pó

O metal em pó é um dos materiais comumente usados no processamento de engrenagens, com vantagens como alta resistência, boa resistência ao desgaste e forte plasticidade. Materiais comuns em pó metálico incluem pó de ferro, pó de aço, pó de aço inoxidável, pó de liga, etc. O metal em pó pode ser processado em engrenagens com formas e propriedades específicas por meio do processo de metalurgia do pó, como engrenagens de metalurgia do pó. Este processo apresenta as vantagens de alta eficiência de produção, alta taxa de utilização de material e baixo custo, sendo amplamente utilizado na usinagem de engrenagens.

Termoplásticos

Os termoplásticos também são um dos materiais comumente utilizados na usinagem de engrenagens, com vantagens como leveza, baixo ruído e ausência de lubrificação. Materiais termoplásticos comuns incluem polioximetileno (POM), nylon, poli(p-fenileno tereftalamida) (PPA), polímero de cristal líquido (LCP), etc. Os termoplásticos podem ser processados em engrenagens por meio de processos de moldagem, como moldagem por injeção e extrusão. Esses processos apresentam as vantagens de alta eficiência de produção, baixo custo e fácil automação na produção. Ao mesmo tempo, os termoplásticos também são recicláveis e degradáveis, atendendo aos requisitos de proteção ambiental.

A aplicação de diferentes materiais nausinagemde engrenagens

Como um componente-chave no sistema de transmissão, a escolha do material afeta diretamente o desempenho, a confiabilidade e a vida útil do sistema. Aqui estão alguns exemplos de como diferentes materiais podem ser usados na usinagem de engrenagens:

1. Indústria aeroespacial

Na indústria aeroespacial, a redução de peso é um dos objetivos importantes do projeto de transmissão. Como resultado, materiais leves e de alta resistência, como compósitos de titânio e fibra de carbono, são amplamente utilizados na fabricação de engrenagens. O titânio possui excelente resistência à corrosão e propriedades de alta temperatura, sendo capaz de suportar cargas pesadas e operação em alta velocidade em ambientes extremos. Os compósitos de fibra de carbono, por outro lado, reduzem significativamente a massa da transmissão e melhoram o desempenho geral com sua resistência específica e rigidez extremamente altas. O uso desses materiais permite que equipamentos aeroespaciais alcancem um uso de energia mais eficiente, mantendo alto desempenho.

2. Máquinas industriais

No campo de máquinas industriais, a seleção de materiais para engrenagens concentra-se principalmente em alta resistência, alta resistência ao desgaste e resistência à corrosão. O ferro fundido é frequentemente usado na fabricação de engrenagens em sistemas de transmissão de alta carga devido ao seu bom desempenho de fundição e resistência ao desgaste. Essas engrenagens precisam suportar grandes cargas de impacto e desgaste, e o ferro fundido pode fornecer boa resistência à fadiga e ao desgaste. Além disso, o aço inoxidável também é amplamente utilizado em sistemas de transmissão que precisam resistir à influência de ambientes corrosivos devido à sua excelente resistência à corrosão.

3. Indústria automotiva

Na indústria automotiva, a seleção da engrenagem é muito crítica porque está diretamente relacionada à eficiência da transmissão, economia de combustível e confiabilidade do carro. Devido à sua alta resistência, boa resistência ao desgaste e tenacidade, o aço de liga é frequentemente usado na fabricação de engrenagens comuns e engrenagens de eixo de transmissão em sistemas de transmissão de automóveis. Essas engrenagens precisam suportar altos torques e velocidades e, ao mesmo tempo, ter boa resistência à fadiga. Além disso, com o desenvolvimento de tendências de peso leve, materiais metálicos leves, como ligas de alumínio, estão sendo gradualmente utilizados na fabricação de engrenagens automotivas para reduzir o peso e o consumo de combustível de todo o veículo.

4. Eletrônicos de consumo

Em eletrônicos de consumo, os sistemas de transmissão de engrenagens de pequenos motores e eletrodomésticos exigem tamanho pequeno, peso leve e baixo ruído. Portanto, engrenagens de plástico são amplamente utilizadas nesses dispositivos devido ao seu peso leve, baixo custo, fácil processamento e autolubrificação. Engrenagens de plástico não só atendem às necessidades de miniaturização e leveza, mas também reduzem o ruído e a vibração por meio de design e otimização especiais, e melhoram o desempenho geral do equipamento.

Quais são os princípios de seleção paramateriais de usinagem de engrenagens?

Ao selecionar materiais para engrenagens, devemos seguir os seguintes princípios básicos para garantir o melhor equilíbrio entre desempenho da engrenagem, custo, eficiência de produção e proteção ambiental:

·Para atender aos requisitos de uso:Isso exige que selecionemos cuidadosamente os materiais de acordo com as condições específicas de trabalho da engrenagem, como a velocidade da engrenagem, o tamanho da carga e o ambiente de trabalho (como temperatura, umidade, gases corrosivos, etc.). Por exemplo, para engrenagens que operam em altas velocidades, devemos escolher materiais com excelente resistência à fadiga e ao desgaste; No caso de cargas pesadas ou cargas de choque, a resistência e a tenacidade do material tornam-se as principais considerações.

·Econômico e razoável:Com a premissa de garantir que o desempenho da engrenagem atenda aos requisitos de uso, devemos tentar reduzir o custo de fabricação para melhorar a competitividade do produto no mercado. Isso inclui escolher materiais que sejam acessíveis e fáceis de obter, bem como otimizar a quantidade de materiais usados para evitar desperdícios desnecessários.

·Facilidade de processamento:Escolher materiais que sejam fáceis de processar e moldar pode não apenas melhorar a eficiência da produção, mas também reduzir ainda mais os custos. Por exemplo, certos materiais podem ter boas propriedades de corte, tornando o processo de usinagem de engrenagens mais suave, reduzindo o desgaste da ferramenta e o tempo de usinagem.

·Sustentabilidade:Ao escolher o material de processamento para engrenagens, devemos considerar integralmente a proteção ambiental e a sustentabilidade do material. Isso significa que devemos priorizar materiais com menor impacto ambiental, como aqueles que são recicláveis, degradáveis ou que apresentam menor consumo de energia no processo de produção. Isso não só ajuda a reduzir a poluição ambiental, mas também promove o desenvolvimento verde e a responsabilidade social das empresas.

Perguntas frequentes

1. Quais são os materiais usados emengrenagens?

Os materiais comuns para engrenagens incluem aço, ferro fundido, metais não ferrosos (como ligas de cobre, ligas de alumínio, etc.) e materiais não metálicos (como plásticos, náilon, resinas, etc.). O material específico a ser selecionado depende de fatores como as condições de trabalho, requisitos de desempenho e custo da engrenagem.

2. Quais materiais são usados para fazer eixos?

Os materiais comumente usados para eixos incluem aço, ferro fundido, liga de alumínio e materiais não metálicos. Aço: alta resistência, alta dureza, forte resistência ao desgaste, adequado para transmissão de eixo sob condições de trabalho severas, como carga pesada, alta velocidade, alta temperatura, etc. Aços comuns incluem aço 45#, aço 40Cr, etc. Ferro fundido: baixo custo, boa resistência ao desgaste, boa resistência ao impacto, mas baixa resistência, adequado para transmissão de eixo sob condições como baixa velocidade, baixa carga e baixa temperatura. Ferros fundidos comuns incluem ferro fundido cinzento, ferro dúctil, etc. Liga de alumínio: leve, alta resistência, forte resistência à corrosão, adequada para transmissão de eixo que requer leveza em condições como alta velocidade, baixa carga e baixa temperatura. Ligas de alumínio comuns incluem 6061-T6, 7075-T6, etc. Materiais não metálicos: como materiais compostos de fibra de carbono, cerâmicas, etc., têm as vantagens de leveza, alta dureza, forte resistência à corrosão e boa resistência à vibração, mas o custo é alto e é facilmente afetado pela expansão térmica, sendo adequado para transmissão de eixo com requisitos específicos de alto desempenho.

3. Quais são os materiais da cremalheira eengrenagem?

A seleção do material da cremalheira e da engrenagem geralmente é semelhante à das engrenagens e também depende de fatores como condições de trabalho, requisitos de desempenho e custo. Os materiais comumente usados incluem aço, ferro fundido, metais não ferrosos e materiais não metálicos.

4. Quais são os 4 componentes de uma cremalheira eengrenagem?

As cremalheiras e engrenagens são geralmente compostas das seguintes quatro partes principais: ① Superfície do dente: a parte principal da cremalheira e da engrenagem, cujo formato e engrenamento dos dentes determinam a eficiência e a suavidade da transmissão. ② Aro: a parte do diâmetro externo da cremalheira e da engrenagem, geralmente usada para melhorar a rigidez e a capacidade de carga da engrenagem. ③ Cubo: Para a engrenagem, o cubo é a parte principal, geralmente composta pelo corpo do cubo e pelo assento do mancal. ④ Outras peças auxiliares: como mancais, eixos, vedações, etc., também são cruciais para a transmissão de cremalheiras e engrenagens. Os mancais são componentes importantes que sustentam o eixo da engrenagem e reduzem a influência das forças axiais e radiais sobre a engrenagem; o eixo é a parte que conecta o cubo da engrenagem e o dispositivo de transmissão, transmite a potência e suporta as forças axiais e radiais; As vedações são usadas para evitar vazamento de lubrificante e a entrada de impurezas no sistema de transmissão de engrenagens.

Resumo

Materiais comuns para engrenagens incluem aço, ferro fundido, metais não ferrosos (como ligas de cobre, ligas de alumínio, etc.) e materiais não metálicos (como plásticos, náilon, resinas, etc.). O material específico a ser selecionado depende de fatores como as condições de trabalho, os requisitos de desempenho e o custo da engrenagem. O material de processamento da engrenagem deve ser selecionado de acordo com as condições específicas de uso e os requisitos de desempenho. O aço é um dos materiais mais comumente usados devido ao seu bom desempenho abrangente; materiais não metálicos, como plásticos e materiais compostos, têm vantagens únicas em certas ocasiões específicas; Materiais de liga especial são adequados para atender aos requisitos de uso em condições extremas. A seleção criteriosa de materiais garante um bom desempenho de transmissão e uma vida útil longa para a engrenagem.

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Equipe LS

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