Elementos de Máquinas 2015 16

INTRODUÇÃO À ENGENHARIA I - 2015/2016

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DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA

LICENCIATURA EM ENGENHARIA MECÂNICA

INTRODUÇÃO À ENGENHARIA I

ELEMENTOS DE MÁQUINAS

2015/ 2016

Luís Miguel Pereira Durão


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INDICE

1. ELEMENTOS DE MÁQUINAS 4

2. REBITES 9

3. PINOS 12

4. PARAFUSOS 17

5. PORCAS 26

6. ANILHAS 30

7. ANÉIS ELÁSTICOS 34

8. CHAVETAS 40

REFERÊNCIAS E BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR 44


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1. ELEMENTOS DE MÁQUINAS

Todas as máquinas são constituídas por um conjunto de peças, ligadas entre si. Essas ligações podem ser fixas, móveis ou elásticas.

As ligações fixas dividem-se em desmontáveis e permanentes. No primeiro caso podemos ter como exemplo as ligações por peças roscadas, por chavetas, por pinos, por anéis elásticos e outras. São exemplo de ligações permanentes as ligações por rebites ou por soldadura.

Nos capítulos seguintes serão abordados os órgãos de máquinas mais habitualmente utilizados nestas ligações: rebites, pinos, cavilhas, pinos fendidos, parafusos, porcas, anilhas, anéis elásticos e chavetas.

Elementos de fixação

Para fazer uma caixa de papelão, podemos usar cola, fita adesiva ou grampos para unir as partes da caixa. Por outro lado, para fazer uma caixa ou grade de madeira, utilizam-se pregos ou taxas para unir as partes.

Na mecânica é muito comum a necessidade de unir peças como chapas, perfis e barras. Qualquer construção, por mais simples que seja, exige união de peças entre si. Tal união exige a utilização de elementos próprios que são denominados elementos de fixação.

Figura 1 – União de duas peças

Numa classificação geral, os elementos de fixação mais usados em mecânica são: rebites, pinos, cavilhas, parafusos, porcas, anilhas, chavetas etc.

A união de peças feita pelos elementos de fixação pode ser de dois tipos: móvel ou permanente. No caso de uma união móvel, os elementos de fixação podem ser colocados ou retirados do conjunto sem causar qualquer dano às peças que foram unidas. É o caso, por exemplo, de uniões feitas com parafusos, porcas e anilhas.

Figura 2 – União móvel


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Numa união permanente, os elementos de fixação, uma vez instalados, não podem ser retirados sem que fiquem inutilizados. É o caso, por exemplo, de uniões feitas com rebites e soldas.

Figura 3 – União permanente

Tanto os elementos de fixação móvel como os elementos de fixação permanente devem ser usados com muita habilidade e cuidado porque são, geralmente, os componentes mais frágeis da máquina. Assim, para projetar um conjunto mecânico é preciso escolher o elemento de fixação adequado ao tipo de peças que irão ser unidas ou fixadas. Se, por exemplo, unirmos peças robustas com elementos de fixação fracos e mal dimensionados, o conjunto apresentará falhas e poderá ficar inutilizado. Ocorrerá, portanto, um desperdício de tempo, materiais e recursos financeiros.

É ainda importante planear e escolher corretamente os elementos de fixação que serão usados para evitar a concentração de tensão nas peças ligadas. Essas tensões causam roturas nas peças por fadiga do material.

Tipos de elementos de fixação

Apresentamos a seguir uma descrição simples de cada um dos elementos de fixação.

Rebite

O rebite é formado por um corpo cilíndrico e uma cabeça.

É fabricado em aço, alumínio, cobre ou latão. É usado para fixação permanente de duas ou mais peças.

Figura 4 – Rebite


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Pino

O pino une peças articuladas. Nesse tipo de união, uma das peças pode-se movimentar por rotação.

Figura 5 – União por pino

Cavilha

A cavilha une peças que não são articuladas entre si.

Figura 6 – União por cavilha

Pino fendido (ou bifurcado)

O pino fendido é uma haste ou arame com forma semelhante à de um meio-cilindro, dobrado de modo a fazer uma cabeça circular e tem duas pernas desiguais. Introduz-se o pino fendido num furo na extremidade de um pino ou parafuso com porca castelo. As pernas do pino são viradas para trás e, assim, impedem a saída do pino ou da porca durante vibrações das peças fixadas.

Figura 7 – Pino fendido (ou bifurcado)


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Parafuso

O parafuso é uma peça formada por um corpo cilíndrico roscado e uma cabeça. Esta pode ter várias formas.

Figura 8 – Parafuso de cabeça cilíndrica com fenda

Porca

A porca tem forma de prisma, de cilindro etc. Apresenta um furo roscado. Através desse furo, a porca é apertada ao parafuso.

Figura 9 – Porca sextavada

Anilha

A anilha é um disco metálico com um furo no centro. O corpo do parafuso passa por esse furo.

Figura 10 - Anilha

Anel elástico

O anel elástico é usado para impedir o deslocamento de eixos. Serve, também, para posicionar ou limitar o movimento de uma peça que desliza sobre um eixo.

Figura 11 – Anel elástico


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Chaveta

A chaveta tem corpo em forma prismática ou cilíndrica que pode ter faces paralelas ou inclinadas, em função da grandeza do esforço e do tipo de movimento que deve transmitir.

Alguns autores classificam a chaveta como elemento de fixação e outros autores, como elemento de transmissão. Na verdade, a chaveta desempenha as duas funções: fixação e transmissão.

Figura 12 - Chaveta


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2. REBITES

Um rebite é composto por um corpo em forma de eixo cilíndrico e por uma cabeça. A cabeça pode ter vários formatos. Os rebites são peças fabricadas em aço, alumínio, cobre ou latão. Unem rigidamente peças ou chapas, principalmente, em estruturas metálicas, de reservatórios, caldeiras, máquinas, navios, aviões, veículos de transporte e treliças.

Tipos de rebite e suas proporções

A tabela a seguir mostra a classificação dos rebites em função do formato da sua cabeça e do seu emprego em geral.

TIPOS DE REBITE FORMATO DA CABEÇA UTILIZAÇÃO

Cabeça redonda larga

Larga utilização devido à sua resistência

Cabeça redonda estreita

Cabeça escareada chata larga

Utilizados em uniões que não admitem saliências

Cabeça escareada chata estreita

Cabeça escareada com calote

Para uniões que admitem pequenas saliências

Cabeça tipo panela

Cabeça cilíndrica

Em uniões de chapas com espessura até 7 mm

Tabela 1 – Tipos de rebites

O fabrico de rebites é normalizado, ou seja, segue normas técnicas que indicam as medidas da cabeça, do corpo e do comprimento útil dos rebites.

Na tabela 2 apresentamos as dimensões normalizadas para os rebites. Os valores que aparecem nas ilustrações são constantes.


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Cabeça redonda larga

Cabeça redonda estreita

Cabeça escareada chata larga

Cabeça escareada chata estreita

Cabeça escareada com calote

Cabeça tipo panela

Cabeça cilíndrica

Tabela 2 – Dimensões normalizadas de rebites

O que significa, por exemplo, 2 x d para um rebite de cabeça redonda larga?

Significa que o diâmetro da cabeça desse rebite é duas vezes o diâmetro do seu corpo. Se o rebite tiver um corpo com diâmetro de 5 mm, o diâmetro da sua cabeça será igual a 10 mm, pois 2 x 5 mm = 10 mm. Essa forma de cálculo é idêntica para os restantes rebites.

Especificação de rebites

Para adquirir os rebites adequados é necessário conhecer as suas especificações, ou seja:

• de que material é feito;

• o tipo de cabeça;

• o diâmetro do corpo;

• o comprimento útil.

O comprimento útil do rebite corresponde à parte do corpo que vai formar a união. A parte que vai ficar fora da união vai ser usada para formar a outra cabeça do rebite. No caso de um rebite com cabeça escareada, a altura da cabeça do rebite também faz parte do seu comprimento útil. O símbolo usado para indicar comprimento útil é L e o símbolo para indicar a sobra necessária é z.


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Na especificação do rebite é importante saber qual será o seu comprimento útil (L) e o excesso necessário (z). Nesse caso, é preciso levar em conta:

• o diâmetro do rebite;

• o tipo de cabeça a ser formado;

• o modo como vai ser fixado o rebite: a frio ou a quente.

As figuras mostram o excesso de material (z) necessário para se formar a segunda cabeça do rebite em função dos formatos da cabeça, do comprimento útil (L) e do diâmetro do rebite (d).

Figura 13 – Montagem de rebites

Para solicitar ou comprar rebites devem-se indicar todas as especificações.

Por exemplo:

• material do rebite: rebite de aço, caracterizado pela sua classe, por exemplo 37R;

• tipo de cabeça: redondo, R

• diâmetro do corpo: 12x50 mm de comprimento útil.

Normalmente, o pedido de rebites é feito conforme o exemplo:

Rebite R norma (NF ou DIN) 12x50 – 37R


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3. PINOS

Os pinos e as cavilhas têm a finalidade de alinhar ou fixar os elementos de máquinas, permitindo uniões mecânicas, ou seja, uniões em que se juntam duas ou mais peças, estabelecendo assim uma conexão entre elas – ver figura 13.

Figura 14 – Uniões por pino e por cavilha

As cavilhas são também chamadas pinos estriados, pinos entalhados, pinos ranhurados ou, ainda, rebite entalhado. A diferenciação entre pinos e cavilhas leva em conta o formato dos elementos e suas aplicações. Por exemplo, os pinos são usados para uniões de peças que se articulam entre si e as cavilhas são utilizadas em conjuntos sem articulações; indicando pinos com entalhes externos na sua superfície. São esses entalhes que fazem com que o conjunto não se movimente. A forma e o comprimento dos entalhes determinam os tipos de cavilha.


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pino de ajuste pino de ajuste

Figura 15 – Tipos de pinos

Os pinos são usados em junções resistentes a vibrações. Há vários tipos de pino, segundo a sua função.

TIPO FUNÇÃO

Pino cónico Acção de centragem

Pino cónico com haste roscada A acção de retirar o pino de furos cegos é facilitada por um simples aperto da porca

Pino cilíndrico Requer um furo de tolerâncias rigorosas e é utilizado quando são aplicadas forças cortantes

Pino elástico Tem elevada resistência ao corte e pode ser aplicado em furos com variação de diâmetro considerável

Pino de guia Serve para alinhar peças entre si. A distância entre pinos deve ser calculada de forma a evitar o risco de rotura

Tabela 3 – Tipos de pinos


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Figura 16 – Tipos de pinos

Para especificar pinos e cavilhas deve ser levado em conta o seu diâmetro nominal, o seu comprimento e a função do pino, indicada pela respectiva norma.

Exemplo: Pino cilíndrico ISO 2338 – 8 m6 x 40 – St

Figura 17 - Cavilhas

A cavilha é uma peça cilíndrica, fabricada em aço, cuja superfície externa recebe três entalhes que formam ressaltos. A forma e o comprimento dos entalhes determinam os tipos de cavilha. A sua fixação é feita directamente no furo aberto por uma broca, dispensando-se o acabamento e a precisão do furo alargado.

As cavilhas são classificadas segundo tipos, normas e utilização – figura 17 e tabela 4.

Figura 18 – Tipos de cavilhas


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TIPO UTILIZAÇÃO

KS 1 Fixação e junção

KS 2 Ajuste e articulação

KS 3 Fixação e junção em casos de aplicação de forças variáveis e simétricas, bordas de peças de ferro

fundido

KS 4 Encosto e ajuste

KS 6 e 7 Ajuste e fixação de molas e correntes

KS 9 Quando há necessidade de puxar a cavilha

KS 10 Fixação bilateral de molas de tracção ou de eixos de roletes

KS 8 Articulação de peças

KS 11 e 12 Fixação de eixos de roletes e manivelas

KN 4 Fixação de blindagens, chapas e dobradiças sobre metal

KN 5

KN 7 Eixo de articulação de barras de estruturas, ganchas, roletes e polias

Tabela 4 – Tipos de cavilhas


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PINO FENDIDO (OU BIFURCADO)

Pino fendido é um arame de secção semi-circular, dobrado de modo a formar um corpo cilíndrico e uma cabeça.

Figura 19 – Pino fendido

A sua função principal é travar outros elementos de máquinas, como por exemplo porcas.

Figura 20 – Exemplos de aplicação dos pinos fendidos


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4. PARAFUSOS

Todos os parafusos têm uma rosca de algum tipo. Assim vamos começar por conhecer as roscas.

ROSCAS

Rosca é um conjunto de filetes em torno de uma superfície cilíndrica.

Figura 21 – Filete de rosca

As roscas podem ser internas ou externas. As roscas internas encontram-se no interior das porcas. As roscas externas localizam-se no corpo dos parafusos.

Figura 22 – Roscas internas e externas

As roscas permitem a união e desmontagem de peças.

Figura 23 – Montagem de peças com parafuso

Permitem, também, movimento de peças. O ajuste da posição do mordente móvel do torno de bancada é um exemplo de movimento de peça transmitido através da rotação de um parafuso.


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Figura 24 – Montagem de peças com movimento

Os filetes das roscas apresentam vários perfis. Esses perfis, sempre uniformes, dão nome às roscas e condicionam sua aplicação – ver tabela 5.

TIPO DE ROSCA APLICAÇÃO ESQUEMA

Triangular Parafusos e porcas de fixação na união de peças

Trapezoidal Órgãos de comando de máquinas na transmissão de movimento suave e uniforme

Quadrada Parafusos sujeitos a choques e grandes esforços

Dente-de-serra Utilizado em situações em que o parafuso exerce uma grande força num só sentido (macacos)

Redondo Parafusos de grande diâmetro sujeitos a esforços elevados

Tabela 5 – Tipos de rosca – perfil de filete

SENTIDO DE DIRECÇÃO DA ROSCA

Dependendo da inclinação dos filetes em relação ao eixo do parafuso, as roscas podem ter dois sentidos: à direita ou à esquerda.

Na rosca direita, o filete sobe da direita para a esquerda, conforme a figura 23. Ao rodar no sentido dos ponteiros do relógio um parafuso com rosca direita, este avança segundo o seu eixo.

Figura 25 – Rosca direita


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Na rosca esquerda, o filete sobe da esquerda para a direita, conforme a figura 24. Neste caso, ao rodar no sentido dos ponteiros do relógio um parafuso com rosca esquerda, este avança no sentido contrário, isto é, no sentido da sua cabeça.

Figura 26 – Rosca esquerda

NOMENCLATURA DA ROSCA

Independentemente da sua aplicação, as roscas têm os mesmos elementos, variando apenas os formatos e dimensões.

P = passo (em mm)

d = diâmetro nominal (maior)

d1 = diâmetro menor

H = altura do filete

ângulo do perfil da rosca = 60º

f = fundo do filete

Figura 27 – Nomenclatura da rosca (em Desenho Técnico Básico, J.M. Simões Morais,2006)

Roscas triangulares

As roscas triangulares dividem em três tipos, de acordo com o seu perfil:

• rosca métrica, usada em ligações roscadas

• rosca whitworth, usada em tubos

• rosca americana – Unified Screw Thread System – usado nos EUA e Canadá

Para o nosso estudo, vamos detalhar apenas os dois primeiros tipos.


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Rosca métrica ISO normal

Esta rosca tem um perfil triangular com um ângulo de 60º.

Figura 28 – Perfil de rosca métrica

Conhecidos o diâmetro nominal (d) e o passo (P), as restantes dimensões podem ser obtidas a partir de tabelas ou calculadas, como nos casos a seguir:

Diâmetro menor, d1 d1 = d-1,0825P (1)

Área da secção resistente, As �� =�

�(� − 0,935�)� (2)

A rosca métrica fina, num determinado comprimento, possui maior número de filetes do que a rosca normal. Permite melhor fixação da rosca, evitando afrouxamento do parafuso, em caso de vibração de máquinas, como por exemplo em veículos.

Md Passo (grosso) d=D P d1 As

1 0,25 0,729 0,46 1,2 0,25 0,929 0,73 1,6 0,35 1,221 1,27 2 0,4 1,567 2,08

2,5 0,45 2,013 3,40 3 0,5 2,459 5,04 4 0,7 3,242 8,79 5 0,8 4,134 14,2 6 1 4,918 20,1 8 1,25 6,647 36,7

10 1,5 8,376 58,1 12 1,75 10,106 84,4 16 2 13,835 157 20 2,5 17,294 245 24 3 20,753 353 30 3,5 26,211 561

Tabela 6 – Dimensões gerais de roscas métricas ISO


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Uma tabela mais completa dom as dimensões gerais das roscas métricas ISO pode ser consultada em Desenho Técnico Básico, J.M. S. Morais, 2006, pág. 250.

Rosca Whitworth normal - BSW

Figura 29 – Perfil da rosca Whitworth (em Desenho Técnico Básico, J.M. S. Morais, 2006)

Angulo do perfil da rosca = 55º

P = nº de fios por polegada (25,4 mm)

Entre a rosca normal (BSW) e a fina (BSF) apenas variam os números de filetes por polegada.

Apresentam-se a seguir uma tabela das roscas de perfil Whitworth normal – BSW.

Tamanho nominal

Diâmetro maior D

Passo P Fios por polegada TPI

Diâmetro menor d1

1/16” 1,587 0,423 60 1,050 3/32” 2,381 0,529 48 1,703 1/8” 3,175 0,635 40 2,362

5/32” 3,969 0,793 32 2,952 3/16” 4,762 1,058 24 3,407 1/4” 6,350 1,270 20 4,724

5/16” 7,938 1,411 18 6,131 3/8” 9,525 1,588 16 7,492 1/2” 12,700 2,117 12 9,990 5/8” 15,876 2,309 11 12,.918 3/4” 19,051 2,540 10 15,798 7/8” 22,226 2,822 9 18,611 1” 25,400 3,175 8 21,335

1 1/4" 31,751 3,629 7 27,104 1 1/2" 38,100 4,233 6 32,680

Tabela 7 – Dimensões gerais de rosca Whitworth


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Rosca UNC

A norma UTS (Unified Thread Standard) define a forma, dimensões e tolerâncias para roscas utilizadas em parafusos e outras peças roscadas normalmente encontradas nos Estados Unids da América e Canadá. O seu ângulo de perfil é idêntico à rosca métrica – 60º – mas as restantes dimensões correspondem a fracções de polegada (inch).

A rosca UNC corresponde ao passo grosso (coarse), a rosca UNF ao passo fino (fine).

Figura 30 – Perfil de rosca UNC (bolt-parafuso; nut – porca)

Diâmetro nominal

Diâmetro maior (mm)

TPI Pitch (mm)

1-64 UNC 1,854 64 0,397 2-56 UNC 2,184 56 0,453 3-48 UNC 2,515 48 0,529 4-40 UNC 2,845 40 0,635 5-40 UNC 3,175 40 0,635 6-32 UNC 3,505 32 0,794 8-32 UNC 4,166 32 0,794

10-24 UNC 4,826 24 1,058 12-24 UNC 5,486 24 1,058

1/4"-20 UNC 6,350 20 1,270 3/8”-16 UNC 9,525 16 1,587 1/2”-13 UNC 12,700 13 1,954 5/8”-11 UNC 15,875 111 2,309 3/4”-10 UNC 19,050 10 2,540 7/8”-9 UNC 22,225 9 2,822 1”-8 UNC 25,400 8 3,175

1 1/4"- 7 UNC 31,750 7 3,628 1 1/2" – 6 UNC 38,100 6 4,233

Tabela 8 – Dimensões gerais de rosca UNC


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PARAFUSOS

Parafusos são elementos de fixação, empregados na união não permanente de peças, isto é, as peças podem ser montadas e desmontadas facilmente, bastando apertar e desapertar os parafusos que as mantêm unidas. Os parafusos diferenciam-se pela forma da rosca, da cabeça e da haste.

Figura 31 - Parafuso

Em geral, um parafuso é composto de duas partes: cabeça e corpo.

Figura 32 – Partes de um parafuso

O corpo do parafuso pode ser cilíndrico ou cónico, totalmente roscado ou parcialmente roscado. A cabeça pode apresentar vários formatos. Há também parafusos sem cabeça - pernos.

Figura 33 – Tipos de corpo de parafuso


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Há uma enorme variedade de parafusos que podem ser diferenciados pelo formato da cabeça, do corpo e da ponta. Essas diferenças, determinadas pela função dos parafusos, permitem distingui-los em quatro grandes grupos: parafusos passantes, parafusos não-passantes, parafusos de pressão, pernos.

Segue-se uma tabela síntese com características da cabeça, do corpo, das pontas e com indicação dos dispositivos de aperto.

Formas de cabeça Formatos de corpo Pontas Dispositivos de aperto

Sextavada

Parte roscada de diâmetro

igual à não roscada

Cónica

Sextavado

Quadrada

Parte roscada de diâmetro

maior à não roscada

Arredondada

Quadrado

Redonda

Plana com chanfro

Sextavado interno

Abaulada

Plana

Fenda

Cilíndrica

Fenda cruzada

Escareada

Borboleta

Escareada abaulada

Recartilhado

Tabela 9 – Características dos parafusos

Exemplo de designação de um parafuso:

Parafuso de cabeça hexagonal ISO 4014 – M10x70 8.8 (MdxL)

Em que M10 designa rosca métrica de diâmetro nominal d, nesta caso 10 mm, 70 é o comprimento L do parafuso e 8.8 representa a classe do material utilizado no seu fabrico.

Exemplo de designação de um perno: Perno M12 x 60 DIN 835 – 8.8

Apresenta-se uma tabela com a ilustração dos tipos de parafusos.


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parafuso sextavado

parafuso sextavado com rosca total

parafuso sextavado com porca parafuso auto-roscante

de cabeça sextavada

parafuso de cabeça cilíndrica com sextavado interno

parafuso de cabeça quadrada

parafuso de cabeça cilíndrica com fenda

parafuso de cabeça redonda com fenda

parafuso de cabeça cilíndrica abaulada com fenda

parafuso de cabeça escareada com fenda

parafuso de cabeça escareada abaulada com fenda

parafuso sem cabeça com fenda

parafuso para madeira de cabeça escareada com fenda

parafuso sem cabeça com rosca total e fenda

parafuso tipo prego de cabeça escareada

parafuso de cabeça “panela” com fenda cruzada

parafuso de cabeça escareada com fenda cruzada

parafuso de cabeça redonda com fenda cruzada

parafuso de cabeça escareada abaulada com fenda cruzada

parafuso para madeira de cabeça escaraeda com fenda cruzada

parafuso para madeira de cabeça escareada abaulada com fenda cruzada

perno

parafuso de cabeça recartilhada

parafuso borboleta Tabela 10 - Tipos de parafusos.


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PORCAS

Porca é uma peça de forma prismática ou cilíndrica, geralmente metálica, com um furo roscado no qual se encaixa um parafuso, ou uma barra roscada. Em conjunto com um parafuso, a porca é um acessório amplamente utilizado na união de peças.

Figura 34 - Porca

A porca está sempre ligada a um parafuso. A parte externa tem vários formatos para atender aos diversos tipos de aplicação. Assim, existem porcas que servem tanto como elementos de fixação como de transmissão.

Figura 35 – Porca como elemento de transmissão

As porcas são feitas em diversos materiais: aço, bronze, latão, alumínio, plástico.

O perfil da rosca varia de acordo com o tipo de aplicação que se deseja. As porcas usadas para fixação geralmente têm roscas com perfil triangular.


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Figura 36 – Utilização de porca de perfil triangular em parafusos de fixação, uniões e tubos

Exemplo de designação de uma porca: Porca hexagonal ISO M10-10 (diâmetro nominal 10mm – classe de material).

As porcas para transmissão de movimentos têm roscas com perfis quadrados, trapezoidais, redondo e dente de serra – ver tabela 5.

Para aperto manual são mais usadas as porcas de tipo borboleta, recartilhada alta e recartilhada baixa.

Nas figuras seguintes, mostram-se os três tipos de porca e uma aplicação da porca borboleta.

Figura 37 – Porcas de aperto manual

Figura 38 – Aplicação de porca borboleta

As porcas cega baixa e cega alta, além de proporcionarem uma boa fixação, deixam as peças unidas com melhor aspecto.


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Figura 39 – Porcas cegas

Para ajuste axial (eixos de máquinas), são usadas as seguintes porcas:

Figura 40 – Porcas de ajuste axial

Certos tipos de porcas apresentam ranhuras próprias para uso de pinos bifurcados. Estes utilizam-se para evitar que a porca se solte em consequência das vibrações.

Figura 41 – Porcas ranhuradas


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Na figura seguinte apresenta-se um exemplo do emprego do pino bifurcado.

Figura 42 – Exemplo de montagem de porca com pino bifurcado

Para montagem de chapas em locais de difícil acesso, podemos utilizar as porcas rápidas:

Figura 43 – Porcas rápidas

Figura 44 – Exemplos de aplicação de porcas rápidas


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6. ANILHAS

A maioria dos conjuntos mecânicos apresenta elementos de fixação. Onde quer que se usem esses elementos, seja em máquinas ou em veículos automóveis, existe o perigo de se produzir, em virtude das vibrações, um afrouxamento imprevisto no aperto do parafuso.

Para evitar esse inconveniente utilizamos um elemento de máquina designado por anilha.

Figura 45 – Utilização de anilha numa ligação aparafusada

As anilhas têm a função de distribuir igualmente a força de aperto entre a porca, o parafuso e as partes montadas. Em algumas situações, também funcionam como elementos de travamento.

Os materiais mais utilizados no fabrico de anilhas são o aço ao carbono, o cobre e o latão.

Tipos de anilha

Existem vários tipos de anilha: lisa, de pressão, dentada, serrilhada, ondulada, de travamento com orelha e anilha para perfilados. Para cada tipo de trabalho existe um tipo ideal de anilha.

Anilha lisa

Além de distribuir igualmente o aperto, a anilha lisa tem também a função de melhorar o aspecto do conjunto. A anilha lisa, por não ter função de travamento, é utilizada em órgãos de máquinas que sofrem pequenas vibrações


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Figura 46 – Anilha lisa

Anilha elástica de espira (ou de pressão)

A anilha elástica de espira (ou de pressão) é utilizada na montagem de conjuntos mecânicos, submetidos a grandes esforços e grandes vibrações. A anilha de pressão funciona, também, como elemento de travamento, evitando o afrouxamento do parafuso e da porca. É, ainda, muito utilizada em equipamentos que sofrem variação de temperatura (automóveis, prensas etc.).

Figura 47 – Anilha elástica de espira

Designação: Anilha W NF E 25-515, 12-XC60 (diâmetro nominal, material aço de mola)

Anilha de dentes acavalados (ou dentada)

Muito utilizada em equipamentos sujeitos a grandes vibrações, mas com pequenos esforços, como, electrodomésticos, painéis de automóveis, equipamentos de refrigeração etc.

O travamento dá-se entre o conjunto parafuso/porca. Os dentes inclinados das anilhas formam uma mola quando são pressionados e encravam-se na cabeça do parafuso.

Figura 48 – Anilha de dentes acavalados


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Anilha serrilhada

A anilha serrilhada tem, basicamente, as mesmas funções da anilha dentada. Apenas suporta esforços um pouco maiores. É usada nos mesmos tipos de trabalho que a anilha dentada.

Figura 49 – Anilha serrilhada

Anilha ondulada

A anilha ondulada não tem cantos vivos. É indicada, especialmente, para superfícies pintadas, evitando danos no acabamento das mesmas. É adequada para equipamentos que possuem acabamento externo constituído por chapas finas.

Figura 50 – Anilha ondulada

Anilha de travamento com orelha

Utiliza-se esta anilha dobrando-se a orelha sobre uma quina viva da peça. De seguida, dobra-se uma aba da orelha envolvendo um dos lados chanfrado do conjunto porca/parafuso.

Figura 51 – Anilha de travamento com orelha


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Anilha para perfis

É uma anilha muito utilizada em montagens que envolvem cantoneiras ou perfis em ângulo. Devido ao seu formato, este tipo de anilha compensa os ângulos e deixa perfeitamente paralelas as superfícies a serem aparafusadas.

Figura 52 – Anilha para perfis

a) anilha chanfrada b) anilha quadrada c) anilha de furo quadrado

d) anilha dupla de pressão e) anilha curva de pressão f) anilha de dentes internos

g) anilha de dentes cónicos h) anilha com serrilhado interno i) anilha com serrilhado cónico

Figura 53 – Outros tipos de anilhas


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7. ANÉIS ELÁSTICOS

O anel elástico é um elemento usado em eixos ou furos, tendo como principais funções:

• Evitar o deslocamento axial de peças ou componentes;

• Posicionar ou limitar o curso de uma peça ou conjunto deslizante sobre o eixo.

Designa-se por deslocamento axial o movimento de qualquer peça no sentido longitudinal do eixo. O anel elástico é também conhecido como anel de retenção, de travamento ou de segurança.

Figura 54 – Aplicações de anéis elásticos

Material de fabrico e forma

Os anéis elásticos são fabricados em aço-mola e têm a forma de um anel incompleto, que se aloja num canal circular construído de acordo com as normas.

Anéis elásticos para eixos

Aplicação em eixos com diâmetros entre 4 e 1 000 mm. Trabalha externamente.

Designação: Anel elástico para veio DIN 471 – 20x1,2 – St


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Figura 55 – Anel elástico para veios

Anel elástico para furos

Aplicação em furos com diâmetro entre 9,5 e 1 000 mm. Trabalha internamente.

Designação: Anel elástico para furo DIN 472 – 20 x 1 - St

Figura 56 – Anel elástico para furos Norma DIN 472

Figura 57 – Anel elástico para eixos Norma DIN 6799


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Figura 58 – Anel elástico para eixos Norma DIN 471

Figura 59 – Anel elástico de secção circular para pequenos esforços axiais

Tendo em vista facilitar a escolha e selecção dos anéis em função dos tipos de trabalho ou operação, existem tabelas normalizadas de anéis, como as que se apresentam nas páginas seguintes.


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Tabela 11 – Anéis elásticos para eixos


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Tabela 12 – Anéis elásticos para furos


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Na utilização de anéis elásticos, existem alguns pontos importantes que devem ser observados:

· A dureza do anel deve ser adequada aos elementos que trabalham com ele.

· Se o anel apresentar alguma falha, esta pode ser devida a defeitos de fabrico ou às condições de operação.

· As condições de operação são caracterizadas por meio de vibrações, impacto, flexão, alta temperatura ou atrito excessivo.

· Um projecto pode estar errado ao prever, por exemplo, esforços estáticos, mas as condições de trabalho geraram esforços dinâmicos, fazendo com que o anel apresentasse problemas que dificultaram o seu alojamento.

· A igualdade de pressão em volta da ranhura assegura a aderência e a resistência. O anel nunca deve estar solto, mas alojado no fundo da respectiva ranhura, com alguma pressão.

· A superfície do anel deve estar livre de rebarbas, fissuras e oxidações.

· Em aplicações sujeitas à corrosão, os anéis devem receber tratamento anticorrosivo adequado.

· Deve ser efectuado um dimensionamento correcto do anel e do alojamento.

· Em casos de anéis de secção circular, utilizá-los apenas uma vez.

· Utilizar sempre ferramentas adequadas para evitar que o anel fique torto ou receba esforços exagerados.

· Montar o anel com a abertura apontando para esforços menores, quando possível.

· Nunca substituir um anel normalizado por um “equivalente”, feito de chapa ou arame sem critérios.

Para que esses anéis não sejam montados de forma incorrecta, é necessário o uso de ferramentas adequadas, ou seja, alicates como os que se mostram na figura seguinte.

Figura 60 – Alicates para anéis elásticos


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8. CHAVETAS

É um elemento mecânico fabricado em aço, de forma geralmente rectangular ou semicircular. A chaveta interpõe-se numa cavidade de um eixo e de uma peça e tem por finalidade ligar dois elementos mecânicos.

Figura 61 - Chavetas

Classificação:

As chavetas podem ser::

• de cunha;

• paralelas;

• de disco.

Chavetas de cunha

Estas chavetas têm esse nome porque são parecidas com uma cunha. Uma das suas faces é inclinada, para facilitar a união das peças.

As chavetas de cunha dividem-se em:

• longitudinais;

• transversais.


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Figura 62 – Chaveta de cunha

Chavetas longitudinais

São colocadas na extensão do eixo para unir roldanas, rodas, volantes, etc.

Podem ser com ou sem cabeça e são de montagem e desmontagem fácil.

Figura 63 – Chavetas longitudinais

Têm uma inclinação de 1:100 e as suas medidas principais são definidas relativamente a:

• altura (h);

• comprimento (L);

• largura (b).

As chavetas longitudinais podem ser de diversos tipos: encaixada, meia-cana, plana, embutida e tangencial. Vejamos as características de cada um desses tipos.

Chavetas encaixadas - São muito usadas. A sua forma corresponde à do tipo mais simples de chaveta de cunha. Para possibilitar o seu emprego, o rasgo do eixo é sempre mais comprido do que a chaveta.

Figura 64 – Chaveta encaixada

Chaveta meia-cana – Sua base é côncava (com o mesmo raio do eixo). A sua inclinação é de 1:100, com ou sem cabeça.

Figura 65 – Chaveta meia-cana


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Não é necessário rasgo no veio, pois a chaveta transmite o movimento por atrito. Desta forma, quando o esforço no elemento conduzido for muito grande, a chaveta desliza sobre o veio.

Chaveta plana – Tem uma forma similar à da chaveta encaixada, porém, para a sua montagem não se abre um rasgo no eixo, mas é feito um rebaixo plano.

Figura 66 – Chaveta plana

Chavetas embutidas - Estas chavetas têm os seus extremos arredondados, conforme se pode observar na vista superior da figura. O rasgo para o seu alojamento no eixo possui o mesmo comprimento da chaveta. As chavetas embutidas nunca têm cabeça.

Figura 67 – Chaveta embutida

Chavetas tangenciais - São formadas por um par de cunhas, colocada cada uma no respectivo rasgo. São sempre utilizadas duas chavetas, e os rasgos são posicionados a 120º. Transmitem fortes cargas e são utilizadas, sobretudo, quando o eixo está submetido a mudanças de carga ou golpes.

Figura 68 – Chaveta tangencial

Chavetas transversais – São aplicadas em uniões de peças que transmitem movimentos rotativos e rectilíneos alternativos.

Figura 69 – Chaveta transversal

Quando as chavetas transversais são utilizadas em uniões permanentes, a sua inclinação varia entre 1:25 e 1:50. Se a união é sujeita a montagens e desmontagens frequentes, a inclinação pode ser de 1:6 a 1:15.


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Figura 70 – Inclinações em chavetas transversais

Chavetas paralelas

Estas chavetas têm as faces paralelas, portanto, sem inclinação.

Figura 71 – Chaveta paralela

Figura 72 – Montagem de uma chaveta paralela

A transmissão do movimento é feita pelo ajustamento das suas faces laterais às faces laterais do rasgo para alojamento da chaveta. Deve ficar uma pequena folga entre o ponto mais alto da chaveta e o fundo do rasgo do elemento conduzido.

As chavetas paralelas não possuem cabeça. Quanto à forma dos seus extremos, eles podem ser rectos ou arredondados. Podem, ainda, ter parafusos para fixarem a chaveta ao eixo.

Designação: Chaveta paralela tipo A ISO/R b x h x L (largura x altura x comprimento da chaveta) – St


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Figura 73 – Formas de chaveta paralela (A, B e C)

Chaveta de disco ou meia-lua (tipo Woodruff) - É uma variante da chaveta paralela. Recebe esse nome porque a sua forma corresponde a um segmento circular.

Figura 74 – Chaveta disco

É geralmente utilizada em eixos cónicos por facilitar a montagem e adaptar-se à conicidade do fundo do rasgo do elemento externo.

Figura 75 – Montagem

Designação : Chaveta – disco 6x11, ISO 3912 - St

REFERÊNCIAS E BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR

Desenho Técnico Básico, J. M. Simões Morais, 23ª edição, Porto Editora, 2006

Biblioteca Virtual do Estudante de Língua Portuguesa

Tecnologia Mecânica, A. Teixeira da Rocha, 3 vols, 8ª edição, Coimbra Editora, 1991

Máquinas Prontuário, N. Larburu, 11ª edição, Ed. Paraninfo, Espanha, 1999

Modern Machine Shop’s Handbook for the Metalworking Industries, 1ª edição, Hanser Gardner Publications, Ohio, 2002

ISEP – DEM, 14 de setembro de 2015

Documents

Elementos de Máquinas 2015 16