As juntas com parafusos são projetadas para evitar que as peças se soltem durante o uso do equipamento. Isso pode acontecer devido a vibração, forças dinâmicas e flexão, dentre outros fatores. A principal forma de evitar o afrouxamento dos parafusos e manter o aperto (torque) seguro por mais tempo é usar arruelas de travamento.
Mas também existem outros métodos que podem garantir a fixação de montagem por parafusos. Mostraremos eles logo a seguir. Antes, vamos entender um ponto:
Por que os parafusos se afrouxam?
Montagens feitas com parafusos estão mais propensas a afrouxamento quando estão sujeitas às vibrações externas, cargas dinâmicas ou variações térmicas.
Sendo assim, é importante saber quais métodos podem evitar o afrouxamento dos parafusos ou em juntas aparafusadas.
Como evitar o afrouxamento de parafuso?
Há 4 métodos principais para evitar parafusos soltos (atrito, mecânico, adesivo e geometria).
Para escolher o melhor deles, é preciso analisar os tipos de cargas que atuarão sobre os parafusos durante sua vida útil. A partir daí, um desses métodos deve ser escolhido.
Em sistemas de fixação complexos com mais de um tipo de junta, é preciso analisar cada uma delas e dar soluções diferentes, caso seja necessário.
Além dos tipos de carga, há outros fatores que podem influenciar na escolha do método de fixação, como: lubrificação, condições de operação e tipo de contato entre as superfícies unidas pelos parafusos.
Método Fixação por Atrito
O método de travamento por atrito é aplicado através do aumento da força entre as superfícies de contato. Esta força de atrito evita que superfícies deslizem entre si.
O atrito pode ser aplicado entre o parafuso e a superfície de contato, ou entre ele e porcas ou arruelas.
Estes dois últimos podem ser projetados para aumentar o atrito aplicado, como são os casos das porcas de inserção de nylon e das arruelas de dente.
Método Mecânico
O método de fixação por travamento mecânico é utilizado aplicando alguma peça que impeça o giro do parafuso.
Alguns exemplos de peças que têm essas funções são:
- Arruelas de aba: elas possuem uma aba lateral dobrável que trava o parafuso na peça;
- Fio de travamento: ele é introduzido em um orifício na cabeça do parafuso e em seguida apertado em outro fixador.
Apesar dessas peças travarem o parafuso no lugar, elas podem fazer com que eles percam suas pré-cargas ao longo do tempo, quando eles estão sob efeito de forças dinâmicas.
Método de fixação com Adesivo (travamento químico)
Os adesivos são líquidos aplicados na rosca do parafuso e que travam este elemento após a secagem. Uma de suas vantagens é que eles não são restritos pelos tamanhos dos elementos fixadores (parafusos e porcas).
Porém, eles podem ser prejudiciais à saúde dos colaboradores caso entrem em contato com regiões sensíveis do corpo, devido à sua composição química.
Eles também podem afetar a relação entre torque e pré-carga, dificultando o controle desta última durante o aperto.
Método de fixação por Geometria
Este método se vale da forma do fixador para manter as peças fixas mesmo quando estas são submetidas a forças dinâmicas e vibrações. A peça mais comum usada desta forma é a arruela Nord Lock, que é usada aos pares e tem formato serrilhado em uma de suas faces.
Esses serrilhados travam uma arruela a outra, impedindo o movimento relativo entre o parafuso e a porca. Isso faz com que a junta aparafusada mantenha a pré-carga e permaneça segura durante o tempo de vida do sistema.
O mesmo conceito vale para as porcas antiafrouxamento.
Desafios para juntas aparafusadas.
Parafusos soltos podem causar prejuízos e problemas em relação à segurança do equipamento.
Por isso, é fundamental que a força de pré-carga possa ser mantida ao longo de toda vida útil do sistema aparafusado. Afinal, sem ela a junta falhará.
O que é pré-carga?
A pré-carga é a força aplicada em um parafuso quando este é apertado. Esta força gera um nível de tensão no parafuso, cuja função é evitar que as peças unidas deslizem em relação umas às outras e se soltem.
Assim, quanto mais preciso o nível de tensão da pré-carga, mais seguro o parafuso estará em relação ao afrouxamento.
À medida que o parafuso se deforma, as peças unidas por ele se comprimem, aumentando a pré-carga durante o aperto.
Cuidados com os níveis de pré-carga.
Caso a pré-carga seja alta, a tensão aplicada pode danificar as peças aparafusadas. A alta tensão também pode deformar demais o parafuso, levando-o à ruptura durante a operação.
Já em casos de pré-carga baixa, as peças podem ficar um pouco frouxas movendo-se em relação umas às outras, o que pode levar ao cisalhamento do parafuso.
Falha de parafusos por fadiga.
A fadiga ocorre quando um material sofre cargas cíclicas abaixo do seu limite de resistência. Porém, como as cargas são repetitivas, elas levam a falha do material.
No caso dos parafusos, isso pode ocorrer devido a forças cíclicas externas, como as que ocorrem durante a vibração de equipamentos.
O que causa a perda da pré-carga?
Um dos maiores problemas que leva à perda de pré-carga é o afrouxamento dos parafusos ou das juntas aparafusadas.
Causas de afrouxamento espontâneo: choque, vibração e cargas dinâmicas.
Este tipo de afrouxamento acontece quando fatores externos (choques, vibrações e cargas dinâmicas) levam os parafusos a girar soltos na junta. Em situações mais exigentes, esses fatores aplicam cargas externas constantemente sobre o parafuso.
Devido a isso, mesmo uma pequena rotação do fixador pode alterar o nível de pré-carga, prejudicando a segurança da junta.
Diferenças entre assentamento, arrastamento e afrouxamento.
- Assentamento: ocorre quando o material das peças aparafusadas é deformado permanentemente. Isso ocorre normalmente quando a superfície das peças são irregulares ou macias;
- Arrastamento: também é uma deformação permanente. Porém, esta ocorre quando o material fica sujeito a uma tensão relativamente alta, mas abaixo do limite de escoamento. Este efeito é mais prejudicial quanto maior for a temperatura de trabalho;
- Afrouxamento: ocorre quando um material se deforma sob efeito de uma tensão ao longo do tempo. Nesta falha, a microestrutura do material se modifica, ocorrendo principalmente em metais dúcteis e em polímeros.
Ao contrário do que ocorre nos outros modos de falha, no afrouxamento dos parafusos, o comprimento do parafuso não muda. Assim, ele é mais difícil de ser detectado.
A fixação de parafusos é um aspecto crucial para garantir a segurança e a eficiência de uma máquina ou estrutura. Porém, afrouxamento dos parafusos pode surgir devido a cargas dinâmicas que ocorrem ao longo de sua vida útil.
A arruela Nord-Lock é uma das melhores soluções disponíveis no mercado para evitar que os parafusos se soltem. Com seu design inovador, ela consegue manter a pressão dos parafusos mesmo em situações extremas de vibração e impacto.
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