Metrologia - Tolerâncias e Ajustes

Metrologia - Tolerâncias e Ajustes

(Parte 1 de 4)

2. Sistemas de Tolerâncias e Ajustes -5- 2. SISTEMA DE TOLERÂNCIAS E AJUSTES

2.1 Introdução

Na fabricação em série, é necessário que as peças acopladas sejam passíveis de serem trocadas por outras, que tenham as mesmas especificações das peças originais. Assim, ao se fabricar componentes mecânicos é fundamental que certas peças ajustem-se reciprocamente ao montá-las, sem que sejam submetidas a tratamentos ou ajustes suplementares.

A possibilidade de se substituir umas peças por outras ao montar ou consertar um equipamento (ou conjunto mecânico) denomina-se intercambiabilidade.

) intercambiabilidade: É a possibilidade de, quando se monta um conjunto mecânico, tomar-se ao acaso, de um lote de peças semelhantes, prontas e verificadas, uma peça qualquer que, montada ao conjunto em questão, sem nenhum ajuste ou usinagem posterior, dará condições para que o sistema mecânico cumpra as funções para as quais foi projetado.

Com a intercambiabilidade, peças fabricadas em série podem ser montadas, sem necessidades de ajustes, em outra peça qualquer, qualquer que seja o lote, a data ou o local de fabricação. Esta intercambiabilidade é garantida através de uma adequada seleção das tolerâncias e ajustes, como será visto a seguir.

Um requisito fundamental da intercambiabilidade é a seleção de um processo de fabricação que assegure a produção de peças com igual exatidão.

) Exatidão: Correspondência entre as dimensões reais da peça e aquelas indicadas no desenho.

Não existe processo de fabricação capaz de produzir um número ilimitado de peças com exatidão absoluta. Diversas causas como inexatidões das máquinas, dos dispositivos ou dos instrumentos de medição fazem com que as dimensões reais (ou efetivas) das peças sejam diferentes daquelas indicadas no desenho, chamadas de

2. Sistemas de Tolerâncias e Ajustes -6- dimensões nominais. Peças reais possuem dimensões que se afastam para mais ou para menos da cota nominal, apresentando uma certa inexatidão.

) Dimensões nominais: São as dimensões indicadas no desenho de uma peça. Elas são determinadas através do projeto mecânico, em função dos objetivos que deverão atingir.

) Dimensões reais (ou efetivas): São as dimensões reais da peça. Estas dimensões podem ser maiores, menores ou iguais às dimensões nominais.

Assim, para uma peça com uma cota nominal de 145 m podem ser encontradas peças com 145,023 m, 144,978 m, 145.0 m e assim por diante. Todas as peças cujas dimensões não ultrapassarem as dimensões limites serão úteis, enquanto as demais serão rejeitadas. Estes desvios devem ser controlados para que a intercambiabilidade seja garantida. Deve-se portanto, determinar a menor precisão possível dentro da qual a peça em questão exerça sua função adequadamente. Qualquer melhoria adicional elevaria o custo do produto.

) Todos os conceitos a seguir serão baseados nas normas: ABNT NBR6158 e DIN 7182

coxinete, rolamento no seu mancal, pino no pistão, engrenagem na árvore, etc

Exemplos de peças que trabalham acopladas: Chaveta em seu rasgo, Eixo no seu

As dimensões reais são diferentes das dimensões nominais. Estas variações devem ser mantidas dentro de certos limites. Para que a intercambiabilidade seja garantida é necessário que todos os fabricantes obedeçam a normas pré-definidas, ou seja a um sistema de tolerâncias e ajustes.

) Sistema de tolerâncias e ajustes: É um conjunto de normas, regras e tabelas que têm como objetivo normalizar e limitar as variações das dimensões de componentes mecânicos visando a intercambiabilidade e garantir sua funcionabilidade.

2. Sistemas de Tolerâncias e Ajustes -7-

Questões:

1. Porque a intercambiabilidade tornou-se importante com a produção em série? 2. A intercambiabilidade é importante no mundo globalizado? 3. Compare dimensão nominal com dimensão efetiva. 4. Porque um sistema de peças intercambiáveis, bem interpretado, aumenta a qualidade dos produtos e reduz os custos? 5. Qual diferença entre exatidão e precisão? 6. Qual o objetivo de se introduzir um sistema de tolerâncias e ajustes?

2.2 Terminologia de Tolerâncias

As dimensões de peças diferentes, fabricadas com mesmo diâmetro nominal, cujo funcionamento foi experimentado e considerado adequado, podem oscilar dentro de certos limites, mantendo-se as condições de funcionamento anteriormente previstas. Assim, a conjugação requerida de duas peças se assegura somente quando as dimensões limites de tolerância tenham sido previamente estabelecidas.

DIMENSÕES LIMITES: São os valores máximo e mínimo admissíveis para a dimensão efetiva.

DIMENSÃO MÁXIMA: É o valor máximo admissível para a dimensão efetiva (Fig. 2.1) Símbolo: Dmáx para furos e dmáx para eixos

DIMENSÃO MINIMA: É o valor mínimo admissível para a dimensão efetiva (Fig. 2.1) Símbolo: Dmin para furos e dmin para eixos

D máx mí n mí n m áx

2. Sistemas de Tolerâncias e Ajustes -8-

Figura 2.1: Dimensões máxima e minima e tolerância t para eixo e furo AFASTAMENTOS: É a diferença entre as dimensões limites e a dimensão nominal

AFASTAMENTO INFERIOR: É a diferença entre a dimensão mínima e a dimensão nominal. Símbolos: Ai para furos e ai para eixos (Fig. 2.2). AFASTAMENTO SUPERIOR: É a diferença entre a dimensão máxima e a dimensão nominal. Símbolos: As para furos e as para eixos (Fig. 2.2)

AFASTAMENTO REAL: É a diferença entre a dimensão efetiva e a dimensão nominal do componente.

TOLERÂNCIA: É a variação admissível da dimensão da peça. Símbolo: t (Fig. 2.1 e 2.2).

A tolerância indica uma faixa de valores compreendidos entres as dimensões limites. Tambem denominada de Zona de Tolerância ou Campo de tolerância.

t = Dmáx - Dmin (Furos) e t = dmáx - dmin (Eixos) ou t = As - Ai (Furos) e t = as - ai (Eixos)

LINHA ZERO: É a linha que indica a posição da dimensão nominal em um desenho.

Ela serve de referência para os afastamentos. ) Afastamentos acima da linha zero são positivos

) Afastamentos abaixo da linha zero são negativos

POSIÇÃO DA ZONA DE TOLERÂNCIA: É a menor distância entre a linha zero e a zona de tolerância. Esta posição pode ser medida entre a linha zero e o limite inferior ou entre a linha zero e o limite superior, dependendo de qual é a menor distância.

2. Sistemas de Tolerâncias e Ajustes -9-

Di me nsã

N o n al

Ait As m e nsã

N o n al

AsAit t as ai t ai as Linha Zero

Linha Zero

Figura 2.2: Afastamentos superior e inferior e tolerância t para eixo e furo

Exercícios: 1. Um eixo apresenta dimensão nominal Ø = 86 m, afastamento superior e inferior respectivamente 0,089 m e 0,011 m. Determine a tolerância e as dimensões deste eixo. Faça um desenho esquemático deste eixo indicando estes valores. 2. Um furo apresenta dimensão nominal Ø = 146 m, afastamento superior e inferior respectivamente 0,090 m e -0,041 m. Determine a tolerância e as dimensões deste furo. Faça um desenho esquemático deste furo indicando estes valores. Questões 1) Um furo com afastamento inferior positivo poderá ter dimensão efetiva maior, menor ou igual à sua dimensão nominal? Porque? Faça desenho esquemático. 2) Um furo com afastamento inferior negativo terá dimensão efetiva maior, menor ou igual à sua dimensão nominal? Porque? Faça desenho esquemático. 3) Um eixo com afastamento inferior positivo terá dimensão efetiva maior, menor ou igual à sua dimensão nominal? Porque? Faça desenho esquemático.

2.3 Terminologia de Ajustes

Ajuste é o modo de se conjugar duas peças introduzidas uma na outra. Através do ajuste pode-se assegurar que as peças acopladas terão movimento relativo entre si ou estarão firmemente unidas.

2. Sistemas de Tolerâncias e Ajustes -10-

SUPERFÍCIE DE AJUSTE: Toda supefície de contato entre peças acopladas, sejam elas fixas ou móveis.

AJUSTE CILÍNDRICO: Ajuste entre superfícies de ajustes cilíndricas circulares. Ex.: Aro interno do rolamento com o eixo correspondente.

AJUSTE PLANO: Ajuste entre pares de superfícies de ajustes planas. Ex.: Ajustes entre as guias prismáticas de uma máquina-ferramenta.

AJUSTE CÔNICO: Ajuste entre superfícies de ajustes cônicas circulares. Ex.: Pinos cônicos de centragem entre duas peças.

COMPONENTES DO AJUSTES: São os componentes ou peças destinadas ao ajuste. podem ser (Fig. 2.3): a) Componente ou peça exterior: É a peça do ajuste que cobre a peça acoplada ⇒ FURO b) Componente ou peça interior: É a peça do ajuste que é coberta pela peça acoplada ⇒ EIXO

) O conceito de furo e eixo em ajuste é bastante amplo, como mostra a Figura 2.3.

) Em acoplamentos múltiplos uma peça pode atuar como eixo em um par e como furo em outro par. Ex.: Buchas em mancais de escorregamento, Cones de Morse. (Fig. 2.4)

Figura 2.3: Conceitos de eixo e furo

2. Sistemas de Tolerâncias e Ajustes -1-

Figura 2.4: Acoplamento Múltiplo

FOLGA: Folga (ou jogo) é a diferença, em um acoplamento, entre as dimensões do furo e do eixo, quando o eixo é menor que o furo. Símbolo F. (Fig. 2.5)

FOLGA MÁXIMA: É a diferença entre as dimensões máxima do furo e mínima do eixo, quando o eixo é menor que o furo. Símbolo Fmáx. (Fig. 2.5).

Fmáx= Dmáx - dmin . Através desta equação Fmáx será sempre positiva.

FOLGA MÍNIMA: É a diferença entre as dimensões mínima do furo e máxima do eixo, quando o eixo é menor que o furo. Símbolo Fmin. (Fig. 2.5). Fmin= Dmin - dmáx . Através desta equação Fmin será sempre positiva.

d máx d mí n D m áx m í n

F máx F mí n

Figura 2.5: Folgas Máxima e Mínima INTERFERÊNCIA: É a diferença, em um acoplamento, entre as dimensões do furo e do

2. Sistemas de Tolerâncias e Ajustes -12- eixo, quando o eixo é maior que o furo. Símbolo I. (Fig. 2.6)

INTERFERÊNCIA MÁXIMA: É a diferença entre as dimensões mínima do furo e máxima do eixo, quando o eixo é maior que o furo. (Símbolo

Imáx).

Imáx= Dmin - dmáx. Através desta equação, Imáx será sempre negativa. (Fig. 2.6)

INTERFERÊNCIA MÍNIMA: É a diferença entre as dimensões máxima do furo e mínima do eixo, quando o eixo é maior que o furo. Símbolo Imin.

Imin= Dmáx - dmin. Através desta equação, Imin será sempre negativa. (Fig. 2.6) d máx mí n m í n

D máx m áx I mí n

Figura 2.6: Interferências Máxima e Mínima

TOLERÂNCIA DO AJUSTE: É a variação possível da folga ou da interferência entre as peças que se acoplam. Símbolo: tAJ tAJ = tEIXO + tFURO tAJ = Fmáx - Fmin ⇒ Ajuste com folga tAJ = lImáxl - lIminl ⇒ Ajuste com Interferência tAJ = Fmáx + lImáxl ⇒ Ajuste Incerto

AJUSTE: É o comportamento de um eixo em um furo, ambos com a mesma dimensão nominal. No acoplamento sempre haverá ajuste, caracterizado pela folga ou interferência presente.

) Em um ajuste o furo e eixo terão sempre o mesmo diâmetro nominal!

2. Sistemas de Tolerâncias e Ajustes -13-

Dependendo das variações dimensionais entre as peças que se acoplam pode-se ter ajuste com folga (móvel), com interferência (prensado) ou incerto (indeterminado).

AJUSTE COM FOLGA: É aquele em que existe folga, ou jogo. Inclui-se o caso em que Fmin ou Imáx = 0. Nestes ajustes tem-se: as ≤ Ai. (Fig. 2.5).

AJUSTE COM INTERFERÊNCIA: É o ajuste em que o diâmetro do eixo é sempre maior que o diâmetro do furo. Nestes ajustes tem-se:

As < ai(Fig. 2.6).

AJUSTE INCERTO:É o ajuste que pode ser com folga ou com interferência. Neste tipo de ajuste não pode ser previsto de antemão se haverá folga ou interferência. Somente após o conhecimento das dimensões efetivas é que estes valores poderão ser determinados. Nestes ajustes tem- se: as ≥ Ai e As ≥ ai. (Fig. 2.7).

d m áx mí n mí n

D m áx

F má x

I máx

Figura 2.7: Ajuste Incerto.

Através dos conceitos expostos acima, será sempre possível acoplar duas peças com folga ou com interferência, de tal forma que se tenha um dos três tipos de ajustes. Do ponto de vista organizacional e de uso, tal sistema não seria prático, pois as possibilidades de variações dimensionais para um mesmo ajuste são muito grandes. Para solucionar este problema criou-se os sistemas de ajustes, que compreendem uma série de ajustes metodicamente estabelecidos com distintas folgas e interferências.

2. Sistemas de Tolerâncias e Ajustes -14-

) Sistemas de ajustes é um conjunto de princípios, regras, tabelas e fórmulas que permite uma escolha racional de tolerâncias no acoplamento eixo-furo, para se obter uma condição pré-estabelecida.

SISTEMA EIXO-BASE: É um sistema de ajuste nos qual as dimensões máximas dos eixos são iguais à dimensão nominal. A linha zero constitui o limite superior da tolerância. Os furos são maiores ou menores conforme o tipo de ajuste desejado. Este sistema é usado em ajustes da capa externa de rolamentos com carcaça, buchas pré-usinadas (compradas prontas) com furo de polia.

s = 0

SISTEMA FURO-BASE: É um sistema de ajuste no qual a dimensão mínima dos furos é igual à dimensão nominal. A linha zero constitui o limite inferior da tolerância. Os eixos são maiores ou menores conforme o tipo de ajuste desejado. Este sistema é usado em ajustes entre eixos, polias, engrenagens.

)Ai = 0

Exercícios:

1. A dimensão nominal em um acoplamento é de 40 m. O furo tem As = 64µm e

Ai = 25µm. O eixo tem as = 0 e ai = -39µm. Determinar: a) Se existe furo-base ou eixo-base. b) Tipo de ajuste c) Valores máximos e mínimos da Folga e/ou interferência. d) Faça um desenho esquemático do acoplamento

2. Deduzir em função dos afastamentos superior e inferior as expressões para as folgas e interferências (Máximas e Mínimas).

3. O comportamento do eixo em um furo apresenta folga máxima de 18µm e mínima de 5µm. A tolerância do furo é de 6µm. Determine a tolerância do eixo. Faça um desenho esquemático do acoplamento mostrando a solução.

2. Sistemas de Tolerâncias e Ajustes -15-

4. Em um acoplamento o eixo tem Ø = 20 m(-10µm, 15µm). Os afastamentos do furo variam entre -6 e -20µm. Qual o tipo de ajuste? Determine as dimensões mínimas e máximas do furo e do eixo. Faça um desenho esquemático.

5. O diâmetro máximo que deverá ter o anel exterior de um rolamento é de 20,050 m e o minimo de 20,030 m. O mancal de alojamento deste rolamento deverá ter diâmetro máximo de 20,020 m e mínimo de 20,0 m. Calcular o tipo de ajuste e valores máximos e mínimos de Folga e/ou interferência.

Questões 1) Pode-se afirmar que em ajuste incerto o eixo terá sempre afastamento superior maior que o afastamento inferior do furo? Mostre em um desenho. 2) A folga máxima será sempre igual à interferência mínima negativa? 3) Demonstre as equações que determinam a tolerância do ajuste para acoplamentos com folga, com interferência e incertos. Faça desenhos esquemáticos.

2.4 Sistemas de Tolerâncias e Ajustes

Baseado nos conceitos fundamentais desenvolveu-se o conceito de ajustes e tolerâncias, elaborado pela ISO (International Standartization Organization). O sistema de ajustes e tolerâncias ISO determina três condições fundamentais: 1. Uma série de grupos de diâmetros de 1 a 500 m. 2. Uma série de tolerâncias fundamentais que determinam a qualidade da usinagem.

Existem 18 qualidades distintas: IT01, IT0, IT1, IT2, IT3...IT16. 3. Uma série de posições da tolerância que definem a sua posição em relação à linha zero, ou seja, a sua classe de ajuste.

A temperatura de referência, ou seja, a temperatura em que deve estar a peça, é de 20 0C.

DIÂMETROS FUNDAMENTAIS: Os diâmetros nominais utilizados são normalizados, ou seja, são utilizados somente um número restrito de valores, dentro do universo de variações possíveis.

2. Sistemas de Tolerâncias e Ajustes -16-

(Parte 1 de 4)

Comentários