Roscas, pinos e molas

Roscas, pinos e molas

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- Caracterizar os perfis roscados de acordo com seu formato, função e padrão normalizado; - Conhecer as técnicas básicas para conserto em corpos roscados danificados;

- Entender as funções e tipos de parafusos e porcas mais utilizados na sociedade, bem como algumas normas que os regulamentam; - Saber as funções e tipos de pinos e rebites em uniões de peças e conjuntos;

- Conhecer os processos de rebitagem mais comuns;

recomendações a seguir para uma utilização durável e satisfatória desses elementos

- Compreender as funções desempenhadas pelos diversos tipos de molas e saber quais as 1.Roscas, Parafusos e Porcas:

As “porcas e parafusos” presentes em um projeto podem parecer um de seus aspectos menos interessantes, mas são, na verdade, um dos mais fascinantes. O sucesso ou falha de um projeto pode depender da seleção apropriada e uso de uniões. O Boeing 747 utiliza aproximadamente 2,5 milhões de juntas, algumas das quais custam muitos dólares.

Há uma imensa variedade de fixadores disponíveis comercialmente, desde os pares parafusoporca comuns até dispositivos múltiplos para rápida liberação de painéis ou para aplicações envolvendo junções escondidas, como mostra a figura a seguir.

Os parafusos são usados tanto para manter elementos unidos, como no caso de parafusos de fixação, quanto para mover cargas, como no caso dos chamados parafusos de potência, ou parafusos de avanço. Parafusos utilizados para fixação podem ser arranjados para resistir a cargas de tração, de cisalhamento, ou ambas.

1.2 – Formas padronizadas de rosca:

O elemento comum entre os vários fixadores é a rosca. Rosca é uma saliência de perfil constante, que se desenvolve de forma uniforme, externa ou internamente, ao redor de uma superfície cilíndrica ou cônica. Essa saliência é denominada filete:

As formas de roscas originalmente eram diferentes para cada um dos principais países fabricantes, porém, após a Segunda Guerra Mundial, foram padronizadas na Inglaterra, no Canadá e nos Estados Unidos no que hoje se conhece como série Unified National Standard (UNS):

O padrão europeu é definido pela ISO e tem essencialmente a mesma forma de seção transversal de rosca, usando, porém, dimensões métricas e, portanto, não é intercambiável com as roscas UNS. Ambos os sistemas, contudo, são utilizados corriqueiramente nos EUA. Ambos utilizam ainda um ângulo de 600 e definem o tamanho de rosca pelo diâmetro nominal externo (máximo) d da rosca externa.

Quando há um cilindro que gira uniformemente no sentido longitudinal, em cada volta completa do cilindro, o avanço (distância percorrida pelo ponto) chama-se passo p e o percurso descrito no cilindro por esse ponto denomina-se hélice.

O passo da rosca p se relaciona com a hélice através da relação: p = d * π * tang α onde d é o diâmetro nominal externo do cilindro que gera a rosca e α é o ângulo da hélice.

Para obter-se o passo de uma rosca diretamente na peça, utiliza-se o pente de rosca. Esse instrumento é chamado também de verificador de roscas e fornece a medida do passo em milímetro ou em filetes por polegada e, também, a medida do ângulo dos filetes. Um exemplo do verificador de rosca é mostrado a seguir:

Crista e raiz são tomadas como planas para reduzir a concentração de tensões que ocorrem nos cantos vivos. As especificações permitem que se arredondem esses recortes devido ao desgaste de ferramenta. O diâmetro primitivo dp e o diâmetro de raiz dr são definidos em termos do passo de rosca p com razões ligeiramente diferentes encontradas nas roscas UNS e

Quanto maior for o ângulo da hélice, menor será a força de atrito atuando entre a porca e o parafuso, e isto é explicado pelo paralelogramo de forças. Da variação na dimensão do ângulo de hélice, obtêm a rosca fina, rosca normal ou rosca de transporte ou movimento.

O passo da rosca p é também a distância que uma rosca par (porca) avançará axialmente com uma revolução de porca. Se for uma rosca simples, o avanço irá igualar o passo. Parafusos também podem ser feitos com roscas múltiplas, também chamadas de roscas de múltiplas entradas.

Uma rosca dupla (2 entradas) possui duas ranhuras paralelas dispostas ao redor do diâmetro, como um par de “trilhos ferroviários paralelos” em hélice. Nesse caso, o avanço será o dobro do passo. Uma rosca tríplice (3 entradas) terá um avanço igual a três vezes o passo, etc.

As roscas múltiplas têm a vantagem de possuir uma altura menor e um avanço aumentado para permitir o avanço mais rápido da porca. Alguns sistemas de direção automotiva com parafusos de potência utilizam parafusos de 5 entradas. Contudo, a maior parte dos parafusos é feita com rosca simples (1 entrada).

Três séries padrão de famílias de diâmetro primitivo são definidas para as roscas de padrão UNS, passo grosso (UNC), passo fino (UNF) e o passo extra fino (UNEF); a) A série grossa é a mais comum e mais recomendável para aplicações comuns, especialmente onde se requerem repetidas inserções e remoções do parafuso ou onde o parafuso é rosqueado em um material mole. Essas roscas têm menos propensão a cruzar ou cortar o material mais mole com um objeto de inserção; b) Roscas finas são mais resistentes ao afrouxamento decorrente de vibrações que as roscas grossas por causa do seu menor ângulo de hélice e, portanto, são utilizadas em automóveis, aviões e outras aplicações submetidas a vibrações; c) As roscas da série ultrafina são utilizadas onde a espessura da parede é limitada e suas roscas pequenas são uma vantagem.

Os padrões Unified National e ISO definem intervalos de tolerância para roscas internas e externas de maneira a controlar o seu ajuste.

A UNS define três tipos de classes, chamadas 1, 2 e 3. A classe 1 possui as tolerâncias mais largas e utiliza fixadores de “qualidade comercial” (pouco custosos) para uso casual em residências, etc. A classe 2 define tolerâncias mais estreitas para uma melhor qualidade de encaixe entre as roscas pares e é adequada para uso geral em projeto de máquinas. A classe 3 é a de maior precisão e pode ser especificada quando ajustes mais precisos são requeridos. O custo aumenta com classes de ajustes mais altas. Uma letra de designação diferencia roscas A (externas) e B (internas).

Uma rosca é especificada a partir de um código que define a sua série, diâmetro, passo e classe de ajuste. O passo de rosca UNS é definido reciprocamente com número de roscas por polegada, enquanto na rosca métrica (ISO), o passo de rosca é especificado pela dimensão do passo em m.

Um exemplo de uma especificação de rosca UNS seria: ¼ - 20 UNC – 2A, que define rosca externa de diâmetro 0,250 in com 20 filetes por polegada, série grossa, classe 2 de ajuste.

Um exemplo de especificação de rosca métrica seria: M8 x 1,25, que define uma rosca ISO comum de 8 m de diâmetro por 1,25 m de passo de hélice.

Todas as roscas-padrão são de mão direita (RH) por padrão, a menos que haja especificação em contrário por adição de letras LH à especificação. Uma porca de rosca esquerda frequentemente possui uma fenda cortada ao redor do hexágono exterior para identificação como porca de mão esquerda (LH).

Uma rosca direita afastará a porca (ou parafuso) de você quando um ou outro componente for girado na direção dos ponteiros do relógio. Abaixo segue exemplo de rosca direita e esquerda.

Tabelas padronizadas especificam as principais dimensões de roscas UNS e ISO. Roscas UNS de diâmetro inferior a 0,25 in são designadas por um número de referência. Um algoritmo útil para determinar o diâmetro de roscas numeradas consiste em multiplicar esse número de referência por 13 e então adicionar 60. Esse resultado é assim o seu diâmetro maior, aproximadamente, em milésimos de polegada.

O diâmetro menor = diâmetro maior – passo.

Outra classificação de rosca triangular é a Rosca Whitworth. As fórmulas para confecção das roscas Whitworth normal e fina são as mesmas utilizadas para o sistema métrico, variando apenas os números de filetes por polegada. A seguir observa-se a tabela com informações sobre esse tipo de rosca:

Há também a rosca Edison, que é normalmente usada em bases de lâmpadas e fusíveis roscáveis, bem como nas peças fêmeas roscadas dos correspondentes porta-lâmpadas e porta-fusíveis. As roscas Edison são designadas pela letra E maiúscula, seguida de um número que indica aproximadamente seu diâmetro em milímetros.

1.3 – Danos típicos em roscas:

As roscas apresentam, normalmente, dois danos típicos: quebra do parafuso por cisalhamento do corpo ou da cabeça e rosca interna avariada (espanada).

Quebra do parafuso por cisalhamento: nesse caso, para extrair a parte restante, improvisa-se um alongamento para a chave fixa, ou então usa-se um extrator apropriado para os casos em que a seção da quebra esteja situada no mesmo plano da superfície da peça:

O extrator é constituído de aço-liga especial e possui uma rosca dente-de-serra, múltipla, cônica e à esquerda. No comércio, o extrator é encontrado em jogos, cobrindo os mais variados diâmetros de parafusos.

Rosca interna avariada - há várias maneiras de recuperar uma rosca interna avariada. A primeira maneira, caso haja parede suficiente, é alargar o furo roscado e colocar nele um pino roscado. Esse pino roscado deve ser faceado e fixado por solda ou chaveta. A seguir, o pino deve ser furado e roscado coma medida original da rosca que está sendo recuperada. Outro modo, mais recomendável, é fazer insertos na rosca, ou seja, adicionar na rosca elementos de fixação existentes no mercado. Dentre os insertos conhecidos temos o tipo Kelox e o tipo Helicoil.

a)O Kelox é uma bucha roscada nas partes interna e externa, com dois rasgos conificados e um rebaixo. Ela apresenta, também, um anel provido de duas chavetas, servindo para fixá-la após o rosqueamento:

b)O Heli-coil é uma espiral de arame de alta resistência com a forma romboidal. Nesse caso é preciso, também, repassar o furo danificado com outra broca e rosqueá-lo com macho fornecido pela própria Heli-coil. Em seguida, o inserto é rosqueado com uma ferramenta especial:

Os parafusos são formados por um corpo cilíndrico roscado, que pode ter vários formatos e suas dimensões normalizadas. Por exemplo: parafuso cabeça sextavada DIN 931:

Os parafusos são utilizados tanto para manter coisas unidas, como no caso de parafusos de fixação, quanto para mover cargas, como no caso dos chamados parafusos de potência, ou parafusos de avanço.

A força de aperto na união roscada resulta da tensão do parafuso ao ser apertado. A tensão produzida tem de ser superior às forças opostas a ela durante o funcionamento. A tensão resultante chama-se tensão inicial.

A forma de se ter um aperto adequado é manter a deformação dentro da zona elástica, ou do limite de elasticidade, do material do parafuso. Para evitar apertos inadequados devem-se usar ferramentas indicadoras de aperto e seguir as especificações do fabricante da máquina ou equipamento. A seguir, têm-se alguns tipos de torquímetros:

Na falta dos dados acima, é correto proceder das seguintes formas: na reutilização de um parafuso, examiná-lo quanto a trincas, planeza, estado da rosca e esquadro entre corpo e cabeça; não recuperar parafusos ou mesmo porcas danificadas; limpar e examinar os alojamentos dos parafusos; repassar a rosca com macho condizente para eliminar rebarbas e impurezas; encostar todos os parafusos antes de apertar o primeiro; apertar os parafusos evitando deformações e desalinhamento, através da seqüência adequada de aperto.

Em geral, o parafuso de cabeça sextavada é utilizado em uniões em que se necessita de um forte aperto da chave de boca ou estria. Esse parafuso pode ser usado com ou sem rosca.

Os parafusos de potência são utilizados para converter movimento rotacional em movimentos linear em atuadores, máquinas de produção e macacos, entre várias outras aplicações. Eles são capazes de produzir grande vantagem mecânica e, portanto, podem levantar e mover grandes cargas. Nesses casos, uma rosca muito forte é necessária. Embora as formas padrão descritas acima sejam adequadas para uso em fixadores, elas podem não ser fortes o suficiente para todas as aplicações relacionadas ao uso de parafusos de potência. Outros perfis de rosca foram padronizados para essas aplicações, como mostrados na figura a seguir:

a) Rosca quadrada: provê máxima eficiência e rigidez e também elimina qualquer componente de força radial entre parafuso e a porca. Uma rosca quadrada modificada construída com um ângulo de 100 melhora a fabricabilidade deste tipo de rosca; b) Rosca Acme: possui um ângulo de 290 o que a torna mais fácil de fabricar e também permite o uso de uma porca partida, que pode ser apertada radialmente contra o parafuso para consumir qualquer desgaste existente. A rosca Acme é uma escolha comum para parafusos de potência que devem carregar cargas em ambas as direções; c) Rosca de botaréu: se a carga axial na rosca for unidimensional, esse tipo de rosca pode ser utilizado para obter maior resistência na raiz que a presente nas outras roscas mostradas;

Através das figuras a seguir, são mostradas aplicações dos parafusos de potência:

No caso em que se motorizam a rotação da porca para transladar o parafuso ou motorizam a rotação do parafuso para transladar a porca, se a rotação de entrada for fornecida por um servomotor ou motor de passo em combinação com um parafuso de avanço preciso, pode-se obter um posicionamento de bastante precisão.

Uma redução significativa no atrito de rosca pode ser obtida com o uso do Parafuso de Esferas, os quais utilizam um trem de esferas de rolamento na porca para criar condições aproximadas de contato de rolamento com os filetes de roscas do parafuso. A seguir é mostrada uma figura do parafuso de esferas:

A forma da rosca é moldada para encaixar as esferas e é usualmente endurecida e retificada para ter uma vida longa. Possuem ainda uma capacidade de carga bastante alta, em geral maior que aquela de um parafuso convencional de mesmo diâmetro, e não padecem das condições de aderência-escorregamento características de juntas deslizantes.

Aplicações do parafuso de esferas: controle de superfície, atuadores de trem de pouso em aviões, controladores de máquinas ferramentas CNC e mecanismos de direção de carros.

Variações nas formas padrão de roscas ocorrem em certas variedades de parafusos, especialmente aqueles utilizados em aplicações envolvendo parafusos auto-atarrachantes.

Parafusos de fixação podem ser classificados de diferentes maneiras: por meio do uso pretendido, pelo tipo de rosca, pelo tipo de cabeça e por sua resistência. Parafusos de fixação de todos os tipos estão disponíveis em grande variedade de materiais, incluindo aço, aço inoxidável, alumínio, latão, bronze e plásticos.

Parafusos de fixação classificados quanto o uso pretendido:

a)Parafusos e parafusos de máquinas – um parafuso de porca é um fixador com uma cabeça e um corpo reto, com filetes de rosca cujo uso prevê a utilização de uma porca para sujeitar e manter as partes de um conjunto juntas. O mesmo parafuso pode ser chamado de parafuso de máquina ou parafuso de cabeça quando é rosqueado a um furo em vez de ser engajado a uma porca; b)Prisioneiros – é um parafuso sem cabeça, com roscas em ambas as extremidades e que se pretende utilizar de maneira semipermanente como metade de uma junta. Um furo na região de engajamento desce então para a parte que se estende passado o prisioneiro e é mantido por meio de uma porca. Cada extremidade do prisioneiro pode tanto ter um passo igual quanto diferente. A extremidade permanente possui algumas vezes uma rosca de alta classe ajustada para agarrar-se ao furo rosqueado e resistir ao afrouxamento quando a porca é removida da metade superior. A seguir têm-se exemplos desse tipo de parafuso.

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