As engrenagens helicoidais são componentes de transmissão de potência usados ​​​​principalmente como reduções de alta relação para alterar a direção de rotação do eixo e para diminuir a velocidade e aumentar o torque entre eixos giratórios não paralelos. Eles são usados ​​em eixos com eixos perpendiculares e sem intersecção. Como os dentes das engrenagens engrenadas deslizam uns sobre os outros, as engrenagens helicoidais são ineficientes em comparação com outras engrenagens, mas podem produzir reduções maciças na velocidade em espaços muito compactos e, portanto, têm muitas aplicações industriais. Essencialmente, as engrenagens helicoidais podem ser classificadas como de envoltório simples e duplo, o que descreve a geometria dos dentes engrenados. As engrenagens helicoidais são descritas aqui juntamente com uma discussão sobre sua operação e aplicações comuns.

Engrenagens helicoidais cilíndricas

A forma básica do sem-fim é a cremalheira evolvente pela qual as engrenagens retas são geradas. Os dentes da cremalheira têm paredes retas, mas quando são usados ​​para gerar dentes em peças brutas de engrenagem, eles produzem a familiar forma de dente curvo da engrenagem de dentes retos evolventes. Esta forma de dente de cremalheira envolve essencialmente o corpo do verme. O acasalamento roda sem-fim é composto porengrenagem helicoidaldentes cortados em um ângulo que corresponde ao ângulo do dente do verme. O verdadeiro formato do esporão ocorre apenas na seção central da roda, à medida que os dentes se curvam para envolver a minhoca. A ação de engrenamento é semelhante à de uma cremalheira acionando um pinhão, exceto que o movimento de translação da cremalheira é substituído pelo movimento de rotação do sem-fim. A curvatura dos dentes da roda às vezes é descrita como “garganta”.

Worms terão pelo menos um e até quatro (ou mais) threads ou inicializações. Cada rosca engata em um dente da roda sem-fim, que tem muito mais dentes e um diâmetro muito maior que o sem-fim. Os vermes podem virar em qualquer direção. As rodas sem-fim geralmente têm pelo menos 24 dentes e a soma das roscas sem-fim e dos dentes da roda normalmente deve ser maior que 40. As roscas sem-fim podem ser feitas diretamente no eixo ou separadamente e colocadas em um eixo posteriormente.
Muitos redutores de engrenagem helicoidal são teoricamente autotravantes, ou seja, incapazes de serem acionados para trás pela roda helicoidal, uma vantagem em muitos casos, como no içamento. Onde a direção reversa for uma característica desejada, a geometria do sem-fim e da roda pode ser adaptada para permitir isso (muitas vezes exigindo múltiplas partidas).
A relação de velocidade do sem-fim e da roda é determinada pela relação entre o número de dentes da roda e as roscas do sem-fim (não seus diâmetros).
Como o sem-fim sofre comparativamente mais desgaste do que a roda, muitas vezes são usados ​​materiais diferentes para cada um, como um sem-fim de aço endurecido acionando uma roda de bronze. Rodas sem-fim de plástico também estão disponíveis.

Engrenagens helicoidais de envoltório simples e duplo

Envelopamento refere-se à maneira pela qual os dentes da roda sem-fim se enrolam parcialmente ao redor do sem-fim ou os dentes do sem-fim se enrolam parcialmente ao redor da roda. Isso proporciona uma maior área de contato. Uma engrenagem helicoidal de envelope único usa uma rosca sem-fim cilíndrica para engatar com os dentes em forma de garganta da roda.
Para proporcionar uma superfície de contato ainda maior com os dentes, às vezes o próprio verme tem uma garganta - em forma de ampulheta - para combinar com a curvatura da roda sem-fim. Esta configuração requer um posicionamento axial cuidadoso do sem-fim. As engrenagens helicoidais de envelope duplo são complexas de usinar e têm menos aplicações do que as engrenagens helicoidais de envelope único. Os avanços na usinagem tornaram os projetos de envelope duplo mais práticos do que eram no passado.
As engrenagens helicoidais de eixo cruzado são às vezes chamadas de engrenagens helicoidais não envolventes. É provável que um grampo de aeronave seja um design não envolvente.

Aplicativos

Uma aplicação comum para redutores de engrenagem helicoidal são os acionamentos de transportadores de correia, pois a correia se move comparativamente lentamente em relação ao motor, justificando uma redução de alta relação. A resistência ao retrocesso através da roda sem-fim pode ser usada para evitar a reversão da correia quando o transportador parar. Outras aplicações comuns são em atuadores de válvulas, macacos e serras circulares. Às vezes são usados ​​para indexação ou como unidades de precisão para telescópios e outros instrumentos.
O calor é uma preocupação com as engrenagens helicoidais, pois o movimento basicamente desliza como uma porca em um parafuso. Para um atuador de válvula, o ciclo de trabalho provavelmente será intermitente e o calor provavelmente se dissipará facilmente entre operações pouco frequentes. Para um acionamento de transportador, com operação possivelmente contínua, o calor desempenha um papel importante nos cálculos do projeto. Além disso, lubrificantes especiais são recomendados para acionamentos sem-fim devido às altas pressões entre os dentes, bem como à possibilidade de escoriações entre os materiais diferentes do sem-fim e da roda. As carcaças dos acionamentos sem-fim geralmente são equipadas com aletas de resfriamento para dissipar o calor do óleo. Quase qualquer quantidade de resfriamento pode ser alcançada, portanto os fatores térmicos para engrenagens helicoidais são uma consideração, mas não uma limitação. Geralmente, recomenda-se que os óleos permaneçam abaixo de 200°F para que haja uma operação eficaz de qualquer unidade helicoidal.
O back-drive pode ou não ocorrer, pois depende não apenas dos ângulos da hélice, mas também de outros fatores menos quantificáveis, como atrito e vibração. Para garantir que isso sempre ocorrerá ou nunca ocorrerá, o projetista do worm-drive deve selecionar ângulos de hélice que sejam íngremes ou rasos o suficiente para substituir essas outras variáveis. O design prudente geralmente sugere a incorporação de frenagem redundante com acionamentos de travamento automático onde a segurança está em jogo.
As engrenagens helicoidais estão disponíveis como unidades de alojamento e como conjuntos de engrenagens. Algumas unidades podem ser adquiridas com servomotores integrados ou como projetos de múltiplas velocidades.
Vermes sem-fim especiais de precisão e versões sem folga estão disponíveis para aplicações que envolvem reduções de alta precisão. Versões de alta velocidade estão disponíveis em alguns fabricantes.