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Qual seria a técnica milenar mais básica responsável por muitos dos avanços técnicos mais inovadores deste momento? Robótica, impressão 3D e novos meios de transporte possuem algo em comum: geralmente são acionados por um redutor planetário (uma caixa de engrenagens planetária). Como fornecedores de redutor planetário, é claro que sabemos todos os detalhes desta tecnologia, mas e se for a primeira vez que você esteja encontrando este tipo de redutor? O intuito deste artigo é explicar claramente quais são os fundamentos de funcionamento de um redutor planetário.
À primeira vista, um redutor planetário, também conhecido como um sistema de engrenagem elíptico, parece ser um sistema bastante complexo. Isso não deixa de ser verdade pois para que sejamos capaz de dominar todos os aspectos intrincados em um projeto desse tipo de sistema de engrenagens, temos que recorrer a um bom engenheiro especializado em engrenagens. Se você é engenheiro de equipamentos, essa postagem não é para você. Mas se você está procurando uma compreensão mais básica sobre redutor planetário, você veio ao lugar certo.
Um conjunto de engrenagens planetárias é composto de três tipos de engrenagens; uma engrenagem solar, engrenagens planetárias e uma engrenagem anelar. A engrenagem solar está localizada no centro (amarelo) e transmite torque para as engrenagens planetárias (azul), que são normalmente montadas em uma transportadora móvel (verde). O planeta engrena em torno da engrenagem solar e engrena com um anel externo (rosa). Os sistemas de engrenagens planetárias podem variar em complexidade, de sistemas compostos simples a complexos, dependendo da aplicação. Um redutor planetário é um equipamento que pode ser acoplado a um motor elétrico e através deste conjunto de engrenagens faz a redução de velocidade do motor seguindo uma proporção.
Figura 1 – Conjunto de engrenagens que compõem um redutor planetário
As engrenagens planetárias são frequentemente usadas quando o espaço e o peso são um problema, mas uma grande quantidade de redução de velocidade e torque é necessária. Este requisito aplica-se a uma variedade de indústrias, incluindo tratores e equipamentos de construção, onde uma grande quantidade de torque é necessária para acionar as rodas. Outros lugares onde você encontrará conjuntos de engrenagens planetárias incluem motores de turbina, transmissões automáticas e até mesmo chaves de fenda elétricas.
Os sistemas de engrenagens planetárias são capazes de produzir muito torque porque a carga é compartilhada entre várias engrenagens planetárias. Esse arranjo também cria mais superfícies de contato e uma área de contato maior entre as engrenagens do que um sistema tradicional de engrenagens de eixo paralelo. Por causa disso, a carga é distribuída mais uniformemente e, portanto, as engrenagens são mais resistentes a danos.
Como explicado anteriormente, a forma mais básica de engrenagem planetária envolve três conjuntos de engrenagens com diferentes graus de liberdade onde as engrenagens planetárias giram em torno de eixos que giram em torno de uma engrenagem solar, que gira em seu próprio lugar. Uma engrenagem de anel liga os planetas do lado de fora e é completamente fixa. A concentricidade do planeta agrupando com o sol e as engrenagens de anel significa que o torque é realizado através de uma linha reta. Muitos trens de força são “confortavelmente” alinhados em linha reta, e a ausência de eixos de compensação não só diminui o espaço, como também elimina a necessidade de redirecionar a energia ou realocar outros componentes.
No redutor planetário, em uma configuração planetária simples, a potência de entrada gira a engrenagem solar em alta velocidade. Os planetas, espaçados em torno do eixo central de rotação engrenam com o sol, assim como com o anel fixo, de modo que eles são forçados a orbitar enquanto rolam. Todos os planetas são montados em um único membro giratório chamado de gaiola, braço ou transportador. À medida que a transportadora planetária gira, ela fornece uma saída de baixa velocidade e alto torque, justificando assim a principal função do redutor planetário, que é a de transformar uma alta velocidade de um motor elétrico a uma velocidade menor com aumento do torque.
No que diz respeito ao tempo de vida e ao desgaste, um redutor planetário concêntrico (ou em linha) distribui notavelmente a carga entre os principais componentes e o seu reduzido tamanho é uma evidência disso. Se todos os componentes fossem de qualidade semelhante, ainda que um potencial ponto fraco tivesse que ser destacado, poderia ser este os rolamentos que suportam as engrenagens planetárias individuais.
No redutor planetário o espaço é frequentemente muito limitado, portanto ele pode ser pequenos em comparação com alguns redutores comuns de engrenagem e pinhão. Nos redutores comuns, existe também a fadiga térmica e cíclica pode ocorrer nesses rolamentos pela distribuição limitada de carga.
A carga absorvida pelos planetas é, em situações reais, não perfeitamente equilibrada. Um planeta pode, por acaso, acabar radialmente mais perto ou mais longe que os outros do eixo do sol, ou o eixo da rotação da portadora pode estar ligeiramente sem operação. À medida que a precisão da fabricação diminui e o número de planetas aumenta, a tendência para o desequilíbrio aumenta.
Às vezes, o efeito de um desequilíbrio é pequeno e a operação é capaz de aceitá-lo no redutor planetário. Os planetas podem até “vestir-se” e gradualmente distribuir a carga de maneira mais uniforme. Mas alguns projetos serão sensíveis mesmo a pequenos desequilíbrios e podem exigir componentes e montagens de alta precisão. Neste ponto, identificar os locais apropriados dos pinos planetários ao redor do eixo da engrenagem solar pode ser a chave.
Outros esquemas que ajudam a equilibrar as cargas do planeta incluem o uso de subconjuntos flutuantes ou montagens “suaves” para permitir um pequeno Movimento radial do sol ou do transportador planetário. Desta forma, os componentes podem mudar continuamente, ajudando a equalizar o carregamento irregular.
