COMPONENTES 56 junto do círculo primitivo. Resultados experimentais mostram que este é precisamente o ponto de rotura dos dentes em engrenagens poliméricas [4], [5], tal como demostrado na Figura 2. O campo de temperaturas na engrenagem de aço é caracterizado pela uniformidade, devido às propriedades de condução de calor deste mesmomaterial. Numa situação análoga, em engrenagens de aço, a rotura por sobrecarga é tipicamente no pé do dente, associada às tensões máximas de flexão. É sabido que em aplicações correntes, ao contrário dos aços, as propriedades mecânicas dos materiais poliméricos são altamente dependentes da temperatura. Deste modo as propriedades mecânicas dos dentes de engrenagens em polímero variam localmente em função da temperatura, ou seja, a função da energia dissipada e do calor que se consegue extrair das mesmas. Sendo assim, e pelo campo de temperaturas no interior dos dentes da engrenagem mostra-se que existe uma alteração das propriedades mecânicas do material na zona de temperatura mais elevada (círculo primitivo), atingindo-se a tensão limite do material nesta zona. De modo a mitigar este efeito pernicioso pode-se atuar de dois modos: • Diminuir a energia dissipada pela engrenagem; • Aumentar a capacidade de extração de calor dos dentes da engrenagem. A energia dissipada pela engrenagem pode ser diminuída recorrendo ao conceito de engrenagem low-loss, desenvolvido pelo INEGI e aplicado com grande sucesso a protótipos funcionais em trabalhos anteriores. De salientar que se conseguiram diminuições da ordem dos 65% na energia dissipada apenas por efeito geométrico [3]. A capacidade de extração de calor dos dentes da engrenagem pode ser aumentada recorrendo ao uso de insertos no polímero de ummaterial mais nobre no que à condução de calor diz respeito, como por exemplo o aço, o alumínio ou o cobre, resultando em engrenagens híbridas polímero-metal. Em trabalhos anteriores, o investigador do INEGI Carlos Fernandes [2] havia demonstrado que se conseguemexcelentes melhorias na temperatura de massa em engrenagens poliméricas usando insertos metálicos de diferentes materiais e geometrias. Na Figura 3 podemos observar as várias geometrias de inserto metálico propostas [2], [6]. Quanto aos materiais, analisaram- -se soluções em aço, alumínio e cobre e verificou-se que todas as soluções eram termicamente melhores que a solução inicial em polímero. Para um inserto do tipo lâmina [figura 3, a)], foi possível demonstrar que, com um inserto emaço, a temperaturamáxima diminuiu cerca de 6%, e para o cobre e o alumínio diminuiu cerca de 8% [2], [6]. Tendo em conta a densidade mais baixa do alumínio, conclui-se que esta era a melhor solução de compromisso entre aumento de massa e capacidade de extração de calor [2]. Selecionado o material, analisou-se a capacidade de cada um dos tipos de geometria de inserto na extração de calor da engrenagem [figura 4], e verificou-se que o inserto em evolvente de círculo [figuras 3 d) e 4 d)], apesentou o melhor desempenho, tendo sido alcançadas diminuições de cerca de 28% na temperatura de massamáxima do dente, comparativamente com engrenagem sem inserto [2]. Esta solução apresentou ganhos da ordem dos 20% relativamente ao inserto em lâmina [figuras 3 a) e 4 a)]. As simulações estabelecidas [1] pelos investigadores do INEGI permitiram perceber qual omecanismo que causa Figura 3 - Diferentes tipos de insertos metálicos estudados. a) Lâmina; b) Inserto em T; c) Inserto em duplo T; d) Inserto em evolvente de círculo [6]. Figura 2 - Modo de falha típicos de engrenagens poliméricas (poliacetal) [4].
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