Engrenagens sem-fim são componentes de transmissão de potência usados ​​principalmente como redutores de alta relação para alterar o sentido de rotação de um eixo e diminuir a velocidade e aumentar o torque entre eixos rotativos não paralelos. Elas são utilizadas em eixos com eixos perpendiculares que não se cruzam. Como os dentes das engrenagens em contato deslizam uns sobre os outros, as engrenagens sem-fim são menos eficientes em comparação com outras transmissões por engrenagens, mas podem produzir reduções significativas de velocidade em espaços muito compactos e, portanto, têm muitas aplicações industriais. Essencialmente, as engrenagens sem-fim podem ser classificadas como de envoltório simples e duplo, o que descreve a geometria dos dentes em contato. As engrenagens sem-fim são descritas aqui, juntamente com uma discussão sobre seu funcionamento e aplicações comuns.

Engrenagens helicoidais cilíndricas

A forma básica da rosca sem-fim é a cremalheira involuta, pela qual as engrenagens cilíndricas de dentes retos são geradas. Os dentes da cremalheira têm paredes retas, mas quando são usados ​​para gerar dentes em peças brutas de engrenagens, produzem a forma curva característica da engrenagem cilíndrica de dentes retos com perfil involuto. Essa forma de dente de cremalheira essencialmente se enrola ao redor do corpo da rosca sem-fim. O acoplamento roda sem-fim é composto deengrenagem helicoidalOs dentes são cortados em um ângulo que corresponde ao ângulo do dente da rosca sem-fim. O formato escalonado verdadeiro ocorre apenas na seção central da roda, à medida que os dentes se curvam para envolver a rosca sem-fim. O engrenamento é semelhante ao de uma cremalheira acionando um pinhão, exceto que o movimento de translação da cremalheira é substituído pelo movimento rotativo da rosca sem-fim. A curvatura dos dentes da roda é às vezes descrita como "em forma de garganta".

Os sem-fim têm pelo menos uma e até quatro (ou mais) roscas, ou espirais. Cada rosca engata em um dente da roda sem-fim, que possui muito mais dentes e um diâmetro muito maior que o do sem-fim. Os sem-fim podem girar em qualquer direção. As rodas sem-fim geralmente têm pelo menos 24 dentes e a soma das roscas do sem-fim e dos dentes da roda normalmente deve ser maior que 40. Os sem-fim podem ser fabricados diretamente no eixo ou separadamente e encaixados em um eixo posteriormente.
Muitos redutores de engrenagem helicoidal são teoricamente autoblocantes, ou seja, incapazes de serem acionados reversamente pela engrenagem helicoidal, uma vantagem em muitas situações, como em içamento. Quando o acionamento reverso é uma característica desejada, a geometria da engrenagem helicoidal pode ser adaptada para permiti-lo (frequentemente exigindo múltiplas partidas).
A relação de velocidade entre o parafuso sem-fim e a roda é determinada pela relação entre o número de dentes da roda e o número de roscas do parafuso sem-fim (e não pelos seus diâmetros).
Como o parafuso sem-fim sofre um desgaste comparativamente maior do que a roda, muitas vezes são usados ​​materiais diferentes para cada um, como um parafuso sem-fim de aço temperado acionando uma roda de bronze. Rodas sem-fim de plástico também estão disponíveis.

Engrenagens helicoidais de envolvimento simples e duplo

O termo "envolvente" refere-se à maneira como os dentes da engrenagem sem-fim envolvem parcialmente o parafuso sem-fim, ou vice-versa. Isso proporciona uma área de contato maior. Uma engrenagem sem-fim de envolvimento simples utiliza um parafuso sem-fim cilíndrico para engrenar com os dentes da engrenagem.
Para proporcionar uma superfície de contato ainda maior entre os dentes, às vezes o próprio sem-fim é moldado em forma de ampulheta para acompanhar a curvatura da roda sem-fim. Essa configuração exige um posicionamento axial preciso do sem-fim. Engrenagens sem-fim de dupla envolvente são complexas de usinar e têm menos aplicações do que as de envolvente simples. Os avanços na usinagem tornaram os projetos de dupla envolvente mais práticos do que eram no passado.
Engrenagens helicoidais de eixos cruzados são às vezes chamadas de engrenagens sem-fim não envolventes. Uma braçadeira de aeronave provavelmente tem um projeto não envolvente.

Aplicações

Uma aplicação comum para redutores de engrenagem helicoidal é em acionamentos de correias transportadoras, visto que a correia se move relativamente devagar em relação ao motor, justificando uma redução de alta relação. A resistência ao movimento reverso proporcionada pela engrenagem helicoidal pode ser usada para evitar a inversão da correia quando a esteira para. Outras aplicações comuns incluem atuadores de válvulas, macacos hidráulicos e serras circulares. Às vezes, são usados ​​para indexação ou como acionamentos de precisão para telescópios e outros instrumentos.
O calor é uma preocupação em engrenagens helicoidais, pois o movimento é essencialmente deslizante, semelhante ao de 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 as operações pouco frequentes. Para um acionamento de esteira transportadora, com operação possivelmente contínua, o calor desempenha um papel importante nos cálculos de projeto. Além disso, lubrificantes especiais são recomendados para acionamentos helicoidais devido às altas pressões entre os dentes, bem como à possibilidade de desgaste por atrito entre os materiais diferentes da rosca e da coroa. As carcaças dos acionamentos helicoidais são frequentemente equipadas com aletas de resfriamento para dissipar o calor do óleo. Quase qualquer nível de resfriamento pode ser alcançado, portanto, os fatores térmicos para engrenagens helicoidais são uma consideração, mas não uma limitação. Geralmente, recomenda-se que os óleos permaneçam abaixo de 93 °C (200 °F) para que haja uma operação eficaz de qualquer acionamento helicoidal.
O retorno de carga 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 ele sempre ocorra ou nunca ocorra, o projetista do mecanismo de engrenagem helicoidal deve selecionar ângulos de hélice suficientemente íngremes ou suficientemente rasos para compensar essas outras variáveis. Um projeto prudente geralmente sugere a incorporação de frenagem redundante com mecanismos de travamento automático quando a segurança está em jogo.
As engrenagens helicoidais estão disponíveis tanto como unidades encapsuladas quanto como conjuntos de engrenagens. Algumas unidades podem ser adquiridas com servomotores integrados ou em modelos com múltiplas velocidades.
Roscas sem-fim de precisão especiais e versões sem folga estão disponíveis para aplicações que exigem reduções de alta precisão. Versões de alta velocidade são oferecidas por alguns fabricantes.