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UNIVERSIDADE PAULISTA Integrantes do Grupo RAs Turma Alexandre da Silva Mota C179EH-8 EP0P06 Jardel Nunes Santos C1854G-6 Thiago Francisco de Oliveira Silva C17BHF-6 MANUTENÇÃO DE ELEMENTOS DE UNIÃO Santana de Parnaíba 2018 SUMÁRIO 1 ............ Introdução ....................................................................................................... 04 2 ............ Elementos de Fixação ..................................................................................... 05 2.1 ..........Tipos de Elementos de Fixação ...................................................................... 07 2.1.1 .......Pinos ................................................................................................................ 07 2.1.2 .......Cavilhas .......................................................................................................... 08 2.1.3 .......Contra Pinos ou Cupilha ................................................................................. 10 2.1.4 .......Arruelas ........................................................................................................... 10 2.1.4.1 ....Tipos de Arruelas ............................................................................................ 11 2.1.5 ...... Anéis Elásticos ................................................................................................ 13 2.1.5.1 ....Classificação Conforme Norma DIN .............................................................. 14 2.1.6 ...... Chavetas .......................................................................................................... 15 2.1.6.1 ....Chaveta de Cunha ........................................................................................... 15 2.1.6.2 ....Chaveta Paralela ou Transversal ..................................................................... 16 2.1.6.3 ....Chaveta de Disco ou Woodruff ...................................................................... 17 2.1.7 ...... Parafusos ......................................................................................................... 18 2.1.7.1 ....Parafusos Passantes ........................................................................................ 18 2.1.7.2 ....Parafusos Não Passantes ................................................................................. 19 2.1.7.3 ....Parafusos de Pressão ....................................................................................... 19 2.1.7.4 ....Prafusos Prisioneiros ...................................................................................... 20 2.1.7.5 ... Características e Nomenclaturas de Parafusos ............................................... 23 2.1.8 ...... Roscas ............................................................................................................. 27 2.1.8.1 ....Sistema de Roscas ........................................................................................... 31 2.1.9 ...... Porcas .............................................................................................................. 33 2.1.9.1 ....Tipos de Porcas ................................................................................................ 33 3 2.1.10 .....Outros Tipos de Fixação ................................................................................. 34 2.1.10.1 ..Fixação por Vácuo .......................................................................................... 34 2.1.11 .....Garras Deslizantes ........................................................................................... 36 2.1.12 .....Grampos Simples ............................................................................................ 36 2.1.13 .....Sistemas de Bloco de Aperto .......................................................................... 37 2.1.14 .....Correntes de Fixação ...................................................................................... 38 2.1.15 .....Elementos de Fixação Magnéticos .................................................................. 38 2.1.16 .....Abraçadeiras ................................................................................................... 39 2.1.16.1 ..Tipos de Abraçadeiras .................................................................................... 39 2.2 ..........Tipos de Elementos de Fixação Permanente .................................................. 40 2.2.1 ...... Rebites ............................................................................................................ 40 2.2.1.2 ... Tipos de Rebites ............................................................................................. 40 2.2.2 ...... Soldas .............................................................................................................. 42 2.2.2.1 ... Junções Especiais ............................................................................................ 44 2.2.2.2 ... Tipos de Soldas ................................................................................................ 45 2.2.3 ...... Adesivos ......................................................................................................... 46 3 ............ Manutenção de Elementos de Ligação ........................................................... 47 3.1 ......... Recuperação de Uniões por Parafusos ............................................................ 47 3.1.1 ...... Rosca Interna Danificada ................................................................................ 47 3.2 ......... Recuperação de Uniões Rebitadas .................................................................. 48 3.2.1 ...... Furos Fora do Eixo Formando Degraus .......................................................... 51 3.2.2 ...... Diâmetro do Furo Muito Maior em Relação ao Diâmetro do Rebite ............. 49 3.2.3 ...... Rebitagem Descentralizada ............................................................................. 49 4 ............ Plano de Manutenção par Rebites em Pontes Metálicas ................................. 50 5 ............ Conclusões ...................................................................................................... 53 4 1 INTRODUÇÃO Na indústria dificilmente encontraremos um equipamento constituído de uma peça única, sem estar conectado a nenhuma outra peça. Qualquer máquina ou mecanismo é formado por um conjunto de peças unidas umas às outras e dificilmente elas estarão simplesmente encaixadas. Para que a união das peças seja adequada, torna-se necessário o uso de elementos de união ou de fixação. Porém, além de unir as peças, é necessário garantir que essa união não seja desfeita involuntariamente, existem elementos de fixação que não servem diretamente para unir peças, mas servem para garantir que a união feita por outro componente não se desfaça. 5 2 ELEMENTOS DE FIXAÇÃO Os elementos de fixação são componentes responsáveis por unir conjuntos de peças, formando uma composição mecânica, seja uma máquina ou uma ferramenta elaborada. São divididos em duas categorias, de união móvel e permanente. Os elementos de união permanente são aqueles que, uma vez instalados, não podem ser retirados sem serem danificados ou danificarem as peças unidas, como rebites e soldas por exemplo. Os elementos de união móvel são mais comuns, são aqueles que podem ser instalados, removidos ou substituídos sem serem danificados nem danificarem as peçasunidas. Deve-se tomar cuidado na escolha dos elementos de fixação, tanto dos móveis quanto dos permanentes, pois geralmente eles são os componentes mais frágeis da composição. Entretanto na mecânica as peças a serem unidas, exigem elementos próprios de união que são denominados elementos de fixação. Numa classificação geral, os elementos de fixação mais usados em mecânica são: rebites, pinos, cavilhas, parafusos, porcas, arruelas, chavetas, etc. Estudaremos cada um desses elementos de fixação para conhecer suas características, o material de que são feitos, suas aplicações, representações, simbologia e alguns cálculos necessários para o seu emprego. A união de peças feita pelos elementos de fixação pode ser de dois tipos: móvel ou permanente No tipo de 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, de uniões feitas com parafusos, porcas e arruelas. 6 No tipo de 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. No tipo de 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, de uniões feitas com parafusos, porcas e arruelas. Tanto os elementos de fixação móvel como os elementos de fixação permanente devem ser usados com muita habilidade e cuidados 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 a serem unidas ou fixadas. Se, por exemplo, unirmos peças robustas com elementos de fixação fracos e mal planejados, o conjunto apresentará falhas e poderá ficar inutilizado. Ocorrerá, portanto, desperdício de tempo, de materiais e de recursos financeiros. Ainda é importante planejar e escolher corretamente os elementos de fixação a serem usados para evitar concentração de tensão nas peças fixadas. Essas tensões causam rupturas nas peças por fadiga do material. 7 Fadiga de material significa queda de resistência ou enfraquecimento do material devido a tensões e constantes esforços. 2.1 TIPOS DE ELEMENTOS DE FIXAÇÃO MÓVEL 2.1.1 Pinos Tem 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, conexão entre elas. Para cada função, temos tipos de pinos diferentes. A tabela abaixo mostra os tipos e a função dos mesmos. TIPO FUNÇÃO 1. Pino cônico Ação de centragem. 2. Pino cônico com haste roscada A ação de retirada do pino de furos cegos é facilitada por um simples aperto da porca. 3. Pino cilíndrico Requer um furo de tolerâncias rigorosas e é utilizado quando são aplicadas as forças cortantes. 4. Pino elástico ou pino tubular partido Apresenta elevada resistência ao corte e pode ser assentado em furos, com variação de diâmetro considerável. 5. Pino de guia Serve para alinhar elementos de máquinas. A distância entre os pinos deve ser bem calculada para evitar o risco de ruptura. 8 Para especificar os pinos deve-se levar em conta seu diâmetro nominal, seu comprimento e função do pino, indicado pela respectiva norma. Exemplo: pino cônico 10 x 60 DIN 1. 2.1.2 Cavilhas 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. Sua fixação é feita diretamente no furo aberto por broca, dispensando-se o acabamento e a precisão do furo alargado. A cavilha une peças que não são articuladas entre si. 9 Tabela de classificação de cavilhas segundo tipos, normas utilização. Tipo NORMA UTILIZAÇÃO KS 1 DIN 1471 Fixação e junção. KS 2 DIN 1472 Ajustagem e articulação. KS 3 DIN 1473 Fixação e junção em casos de aplicação de forças variáveis e simétricas, bordas de peças de ferro fundido. KS 4 DIN 1474 Encosto e ajustagem. KS 6 e 7 - Ajustagem e fixação de molas e correntes. KS 9 - Utilizando nos casos em que se tem necessidade de puxar a cavilha do furo. KS 10 - Fixação bilateral de molas de tração ou de eixos de roletes. KS 8 DIN 1475 Articulação de peças. KS 11 E 12 - Fixação de eixos de roletes e manivelas. KN 5 DIN 1476 Fixação de blindagens, chapas e dobradiças sobre metal KN 7 - Eixo de articulação de barras de estruturas, tramelas, ganchos, roletes e polias. 10 2.1.3 Contrapino ou Cupilha É um arame de seção semicircular, dobrado de modo a formar um corpo cilíndrico e uma cabeça. Sua função principal é a de travar outros elementos de máquinas como porcas e pinos. 2.1.4 Arruelas É um elemento circular provido de um furo central, têm a função de distribuir igualmente a força de aperto entre porca, o parafuso e as partes montadas. Em algumas situações, também funcionam como elementos de trava. Os materiais mais utilizados na fabricação das arruelas são; aço-carbono, cobre e latão. Porca sextavada 11 2.1.4.1 Tipos de arruelas Existem vários tipos de arruela: lisa, de pressão, dentada, serrilhada, ondulada, de travamento com orelha e arruela para perfilados, sendo que cada uma tem sua utilidade. - Arruela lisa: distribui igualmente o aperto e melhora o aspecto do conjunto. Por não ter elemento de trava, é utilizada em órgãos de máquinas. - Arruela de pressão: utilizada em conjuntos mecânicos submetidos a grandes esforços e vibrações. Esta arruela funciona também como elemento de trava, evitando o afrouxamento do parafuso e da porca. É também utilizada em conjuntos que sofrem variação de temperatura. (automóveis, prensas). - Arruela serrilhada: tem basicamente as mesmas funções da arruela dentada. Apenas suporta maiores esforços. - Arruela ondulada: não possui cantos vivos. É indicada, especialmente, para superfícies pintadas, evitando danificar o acabamento. Sua utilização é indicada para equipamentos que possuem acabamento externo constituído de chapas finas. 12 - Arruela de travamento com orelha: utiliza-se esta arruela dobrando-se a orelha sobre um canto vivo da peça. Em seguida, dobra-se uma aba da orelha envolvendo um dos lados chanfrados do conjunto porca/parafuso. - Arruela para perfilados: muito utilizada para montagens que envolvem cantoneiras ou perfis em ângulo. Devido ao seu formato de fabricação, este tipo de arruela compensa os Ângulos e deixa perfeitamente paralelas as superfícies a serem parafusadas. - Outros tipos de arruelas: Os tipos de arruelas vistos até aqui, são os mais utilizados. Além destes, existem outros tipos menos utilizados. Observe as figuras abaixo. 13 2.1.5 Anéis Elásticos São utilizados para impedir deslocamentos de eixos. Serve, também para posicionar ou limitar Peças que se deslocam sobre eixos. É fabricado de aço-mola, tem a forma de anel incompleto, que se aloja em um canal circular construído conforme normalização.14 2.1.5.1 Classificação conforme norma DIN - Norma DIN 471 aplicação: para eixos de diâmetro entre 4 e 1000mm.Trabalha externamente. - Norma DIN 472 aplicação: para furos com diâmetro entre 9,5 e 1000 mm. - Norma DIN 6799 aplicação: para eixos com diâmetro entre 8 e 24 mm. Trabalha externamente. Anéis de secção circular: utilizados para pequenos esforços axiais. Tendo em vista facilitar a escolha e seleção dos anéis em função dos tipos de trabalho ou operação, existem tabelas padronizadas de anéis. 15 2.1.6 Chavetas É um elemento mecânico fabricado em aço, tem 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 elementos de fixação e outros autores, como elementos de transmissão. Na verdade, a chaveta desempenha as duas funções. As chavetas se classificam em: chaveta de cunha, chavetas paralelas e chaveta de disco (woodruff). 2.1.6.1 Chavetas de cunha As chavetas de cunha possuem esse nome porque são parecidas com uma cunha. Uma de suas faces é inclinada, para facilitar a união de peças. As chavetas de cunha classificam-se em dois grupos: longitudinais e transversais. - Chavetas de cunha longitudinal: 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. 16 Sua inclinação é de 1:100 e suas medidas principais são definidas quanto a sua altura (h), comprimento (l) e largura (b). As chavetas longitudinais podem ser dos seguintes tipos: encaixadas, meia-cana, plana, embutidas e tangenciais. - Chavetas transversais: são utilizadas em união de peças que transmitem movimentos rotativos e retilíneos alternativos. Quando as chavetas transversais são empregadas em uniões permanentes, sua inclinação varia entre 1:25 e 1:50. se a união se submete à montagem e desmontagem freqüentes, a inclinação pode ser de 1:6 a 1:15. 2.1.6.2 Chavetas paralelas ou lingüetas Têm as faces paralelas, portanto, não tem inclinação. A transmissão do movimento é feita pelo ajuste de suas faces laterais do rasgo da chaveta, ficando uma pequena folga entre o ponto mais alto da chaveta e o fundo do rasgo do elemento conduzido. 17 As chavetas paralelas não possuem cabeça. Quanto à forma de seus extremos, eles podem ser retos ou arredondados. Podem, ainda, ter parafusos para fixarem a chaveta ao eixo. 2.1.6.3 Chaveta de disco ou meia-lua (tipo Woodruff) É uma variante da chaveta paralela. Recebe esse nome porque sua forma corresponde a um segmento circular. É normalmente empregada em eixos cônicos por facilitar a montagem e se adaptar à conicidade do fundo do rasgo do rolamento externo. - Tolerâncias para chavetas O ajuste das chavetas deve ser feito em função das características do trabalho. As figuras mostram os três tipos mais comuns de ajustes e tolerâncias para chavetas e rasgos. 18 2.1.7 Parafusos Parafusos são elementos de fixação, empregados na união não permanente de conjuntos, isto é, as peças do conjunto podem ser desmontadas facilmente de acordo com a necessidade. Porém as junções por porcas e parafusos sujeitas a vibrações afrouxam e, portanto, requerem dispositivos de segurança para os seus travamentos. Exemplo de dispositivos de segurança: arruelas com travas, contraporcas, contrapinos, etc. Os parafusos se diferenciam pelo perfil do filete e pelo sistema de padronização, pelo tipo da cabeça, da haste. O tipo de acionamento está relacionado com o tipo de cabeça do parafuso. Por exemplo, um parafuso de cabeça sextavada é acionado por chave de boca ou de estria. O corpo do parafuso pode ser cilíndrico ou cônico, totalmente ou parcialmente roscado. A cabeça pode apresentar vários formatos; porém, há parafusos sem cabeça. 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, permite classificá-los em quatro grandes grupos: parafusos passantes, parafusos não- passantes, parafusos de pressão e parafusos prisioneiros. 2.1.7.1 Parafusos passantes Esses parafusos atravessam, de lado a lado, as peças a serem unidas, passando livremente nos furos. Dependendo do serviço, esses parafusos, além das porcas, utilizam arruelas e contra porcas como acessórios. 19 Os parafusos passantes apresentam-se com cabeça ou sem cabeça. 2.1.7.2 Parafusos não passantes São parafusos que não utilizam porcas. O papel de porca é desempenhado pelo furo roscado, feito em uma das peças a ser unida. 2.1.7.3 Parafusos de pressão Esses parafusos são fixados por meio de pressão. A pressão é exercida pelas pontas dos parafusos contra as peça a ser fixada. Os parafusos de pressão podem apresentar cabeça ou não. 20 2.1.7.4 Parafusos prisioneiros São parafusos sem cabeça com rosca em ambas as extremidades, sendo recomendados nas situações que exigem montagens e desmontagens freqüentes. Em tais situações, o uso de outros tipos de parafusos acaba danificando a rosca dos furos. As roscas dos parafusos prisioneiros podem ter passos diferentes ou sentidos opostos, isto é, uma direita e a outra esquerda. Para fixarmos o prisioneiro no furo da máquina, utilizamos uma ferramenta especial. Caso não haja esta ferramenta, improvisa-se um apoio com duas porcas travadas numa das extremidades do prisioneiro. Após a fixação do prisioneiro pela outra extremidade, retiram-se as porcas. A segunda peça é apertada mediante uma porca e arruela, aplicadas à extremidade livre do prisioneiro. O parafuso prisioneiro permanece no lugar quando as peças são desmontadas. Segue um quadro com a ilustração dos tipos de parafusos de acordo com o tipo de cabeça e forma de aperto. 21 22 Ao unir peças com parafuso o profissional precisa levar em consideração quatro fatores de extrema importância: profundidade do furo broqueador, profundidade do furo roscado, comprimento útil de penetração do parafuso e diâmetro do furo passante. Esses quatro fatores se relacionam conforme mostram as figuras a seguir. 23 2.1.7.5 Características e nomenclatura dos parafusos mais utilizados na indústria - Parafuso de cabeça sextavada Em desenho técnico, esse parafuso é representado da seguinte forma: Onde: d = diâmetro do parafuso; k = altura da cabeça (0,7.d); s = medida entre as faces (1,7.d); e = distância entre os vértices (2.d); L = comprimento útil; b = comprimento da rosca; R = raio de arredondamento - Aplicação para parafusos sextavados: em geral, esse tipo de parafuso é utilizado em uniões em que se necessita de um forte aperto da chave de boca ou estrela. este parafuso pode ser utilizado com ou sem porca, quando não utiliza porca a rosca é feita numa das peças a ser montada. - Parafuso com sextavado interno (Allen) –pode ser com cabeça e sem cabeça. 24 - Com cabeça cilíndrica com sextavadointerno. Em desenho técnico, este tipo de parafuso é representado da seguinte forma: Onde: A = d = altura da cabeça do parafuso; e = 1,5 d = diâmetro da cabeça; t = 0,6 d = profundidade do encaixe da chave; s = 0,8 d = medida do sextavado interno; d = diâmetro do parafuso. - Aplicação para parafuso allen com cabeça: este tipo de parafuso é utilizado em uniões que exigem um bom aperto, em locais onde o manuseio de ferramentas é difícil devido à falta de espaço. Esses parafusos são fabricados em aços tratados termicamente para aumentar a sua resistência a torção. - Sem cabeça com sextavado interno: em desenho técnico, esse parafuso é representado na seguinte forma: Onde: d = diâmetro do parafuso; t = 0,5 d = profundidade do encaixe da chave; s1 = 0,5 d = medida do sextavado interno. - Aplicação para parafuso allen sem cabeça: em geral, esse tipo de parafuso é utilizado para travar elementos de máquinas. Por ser um elemento utilizado para travar elementos de máquinas, esses parafusos são fabricados com diversos tipos de pontas, de acordo com sua utilização. As medidas dos parafusos com sextavado interno com e sem cabeça e o alojamento da cabeça, são especificados por tabelas. Essas medidas variam de acordo com o diâmetro. 25 As medidas dos parafusos com sextavado interno com e sem cabeça e o alojamento da cabeça, são especificados por tabelas. Essas medidas variam de acordo com o diâmetro. - Parafusos de cabeça com fenda De cabeça escareada com fenda. Em desenho técnico, a representação é a seguinte: Onde: - Diâmetro da cabeça do parafuso = 2 d; - Largura da fenda = 0,18 d; - Profundidade da fenda = 0,29 d; - Medida do ângulo de escareado = 90º - Aplicação: são fabricados em aço carbono, aço inoxidável, cobre, latão, etc. esse tipo de parafuso é muito empregado em montagens que não sofrem grandes esforços e onde a cabeça do parafuso não pode exceder a superfície da peça. De cabeça redonda com fenda. A representação em desenho técnico é a seguinte: Onde: - Diâmetro da cabeça do parafuso = 1,9 d; - Raio da circunferência da cabeça = d; - Largura da fenda = 0,18 d; - Profundidade da fenda = 0,36 d. 26 - Aplicação: é muito empregado em montagens que sofrem grandes esforços. Possibilita melhor acabamento na superfície. São fabricados em aço, cobre e ligas. - De cabeça cilíndrica boleada com fenda - Aplicação: são utilizados na fixação de elementos nos quais existe a possibilidade de se fazer um encaixe profundo para a cabeça do parafuso, e a necessidade de um bom acabamento na superfície dos componentes. Trata-se de um parafuso cuja cabeça é mais resistente do que as outras da sua classe. Podem ser fabricados em aço, cobre e ligas. - De cabeça escareada boleada com fenda - Aplicação: geralmente utilizados na união de elementos cujas espessuras sejam finas e quando é necessário que a cabeça do parafuso fique embutida no elemento. Permitem um bom acabamento na superfície. São fabricados em aço, cobre e ligas. - Parafusos com rosca soberba para madeira: são vários os parafusos para madeira, a seguir estão representados alguns tipos. 27 - Aplicação: além de poder ser atarrachado direto na madeira pode ser preso usando buchas plásticas para fixação em base de alvenaria. Quanto à escolha do tipo de cabeça a ser utilizado, leva-se em consideração a natureza da união a ser feita. São fabricados em aço e tratados superficialmente para evitar efeitos oxidantes de agentes naturais. 2.1.8.Roscas Rosca é um conjunto de filetes em torno de uma superfície cilíndrica. 28 Todo parafuso tem rosca, com diversos tipos. Para compreender melhor a noção de parafuso e as suas funções, vamos conhecer as roscas. As roscas podem ser internas ou externas. As roscas internas encontram-se no interior das porcas. As roscas externas se localizam no corpo dos parafusos. As roscas permitem a união e desmontagem de conjuntos mecânicos como também é usada para movimentar peças. Os parafusos que fixam a morsa na base e o parafuso que movimenta a mandíbula servem como exemplo. 29 - Sentido de direção da rosca: dependendo da inclinação dos filetes em relação ao eixo do parafuso, as roscas podem ser direita e esquerda. Portanto as roscas podem ter dois sentidos: à direita ou à esquerda. Na rosca direita, o filete sobe inclinado da direita para a esquerda, conforme a figura. Na rosca esquerda, o filete sobe da esquerda para a direita, conforme a figura. 30 - Nomenclatura da rosca: independente da sua aplicação, as roscas têm os mesmos elementos, variando apenas os formatos e as dimensões. Onde: - P = passo em mm - d = diâmetro externo - d1 = diâmetro interno - d2 = diâmetro do flanco - a = ângulo do filete - f = fundo do filete - i = ângulo da hélice - c = crista - D = diâmetro do fundo da porca - D1 = diâmetro do furo da porca - h1 = altura do filete da porca - h = altura do filete do parafuso As roscas são classificadas pelo sistema de normalização e pelo perfil do filete. Os filetes das roscas apresentam vários perfis. Esses perfis, sempre uniformes, dão nome às roscas e condicionam sua aplicação. 31 2.1.8.1 Sistemas de roscas As roscas além de se classificarem pelo perfil, também se classificam pelo sistema. Os sistemas mais utilizados são: métrico, whithworth e americana. - Sistema métrico: rosca métrica ISO normal e rosca métrica ISO fina NBR 9527. No sistema métrico, as medidas das roscas são determinadas em milímetros. Os filetes têm forma triangular, ângulo de 60º, crista plana e raiz arredondada. A rosca métrica fina se caracteriza por ter um número maior de filetes em um determinado comprimento. Ela permite uma melhor fixação, evitando o afrouxamento do parafuso, em caso de vibrações de máquinas. 32 - Sistema whitworth normal (BSW) e whitwoth fina (BSF) No sistema whitworth, as medidas são dadas em polegadas. Nesse sistema, o filete tem a forma triangular, ângulo de 55º, crista e raiz arredondadas. O passo é determinado dividindo-se uma polegada pelo número de filetes contidos em uma polegada. As formulas para dimensionar as roscas whitwoth fina são as mesmas. Apenas variam os números de filetes por polegada. Neste sistema a rosca normal é caracterizada pela sigla BSW e a rosca fina pela sigla BSF. - Passo de uma rosca: é à distância entre dois filetes consecutivos medidos de centro a centro. Para obtermos a medida do passo de uma rosca podemos usar o pente de roscas, escala ou paquímetro. 33 - Pente de roscas: são verificadores que fornecem o valor da medida do passo e do Ângulo do filete. 2.1.9 Porcas A 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. As poças podem ser utilizadas tanto como elemento de fixação como de transmissão. 2.1.9.1 Tipos de porcas 342.1.10 OUTROS TIPOS DE FIXAÇÃO MÓVEL 2.1.10.1 Vácuo O vácuo é o estado num espaço isento de matéria . Na prática já se fala de vácuo quando a pressão de a r se encontra abaixo daquela da atmosfera num espaço. 35 Sistemas de fixação por vácuo destinam-se principalmente à indústria do ramo de madeira, de plástico e metálico não ferroso d e rápida e fácil usinagem e são compatíveis com máquinas de processamento CNC. Utiliza-se a tecnologia de vácuo em combinação com mecanismos de manipulação específicos para fixar, uma p laca de alumínio, podendo esta ser trabalhada a partir de todos os lados. Isto aumenta a produtividade e a rentabilidade, visto não ocorrer qualquer deformação devido à fixação na peça e a facilidade e rapidez de seu alinhamento. Sistemas de fixação mais recentes possibilitam a rápida substituição d e suporte s com formas diferentes, permitindo um manuseio flexível de peças de diversos formatos. Durante a fixação por vácuo é produzida uma sub pressão a baixo da peça a fixar, ou seja, é produzida uma pressão diferencial que pressiona a peça contra a placa de fixação , a peça é pressionada na mesa de vácuo e não sugada como comumente se acredita. A f orça exercida sobre a peça depende da estrutura de superfície, da pressão diferencial e da superfície sob vácuo. Quanto maior a superfície sob pressão, mais forte será a força de retenção - Vantagens da fixação por vácuo A placa tensora de vácuo pode ser co locada em funcionamento tanto com ar comprimido em combinação com o bocal Venturi integrado com o também com uma bomba de vácuo externa. Os encostos ajustáveis reguláveis em altura podem ser ajusta dos individualmente à altura da peça e absorvem as forças de deslocamento originadas no trabalho da peça. Posicionamento fácil das peças, marcando com pinos limitadores. Também aqui as forças de deslocamento são absorvidas. 36 2.1.11 Garra deslizante No tratamento de metais com e sem remoção de cavaco, bem como na fabricação de moldes, são necessárias forças d e aperto e precisão que têm de obedecer aos requisitos m ais exigentes. A garra deslizante é u m elemento de fixação mecânica extremamente robusto e versátil, permite alcançar forças de aperto extraordinariamente e levadas, de até 25 kN, pode ser usada na horizontal ou na vertical, p ode ser fixada em mesas comuns com ranhuras de guia, em calibres fixos mediante uma rosca de fixação. 2.1.12 Fixação por grampos simples Quando se exigem e levadas f orças de aperto ou adaptação flexível à forma e tamanho da s peças, os grampos simples ou combinações de grampo s, são indicados para a fixação, os grampos podem ser conjugados com diferentes blocos de suporte, sendo, portanto, adaptáveis a peças de formas e tamanhos variados. A vantagem deste s elementos grampos ajustáveis é o seu potencial de aplicação universal, especialmente em peças específicas, bem com o em séries de produção pequenas e médias com alturas de aperto variáveis. Estes permitem aplicações horizontais e verticais, simples e rápidas; são permutáveis e econômicos. A sua concepção compacta assegura elevadas forças mesmo em grandes alturas de aperto 37 2.1.13 Sistemas de bloco de aperto Para a fixação rápida e segura de peças de alturas diferente s, os sistemas de blocos de aperto são idéias para uso em fresadoras, máquinas CNC, centros usinagem e dispositivos, por serem, simples na montagem, rápido s na troca de peças, seguros na fixação e econômicos na desmontagem. Outras vantagens: - Ajuste contínuo à altura exata das peças através de elementos intermediários intercaláveis. - Posição segura e fixa em aplicações na horizontal ou vertical. - Aperto e abertura rápidos da peça com apenas um parafuso 38 2.1.14 Conjunto de correntes de fixação Para tencionar as peças predominantemente cilíndricas, com o por exemplo entradas de válvulas, flanges, câmaras de bombas, pistões, etc. Aplicável tanto na mesa de máquina como em paletes. A pré-definição do comprimento da corrente e da força de aperto é feita no contra- gancho, através da porca recartilhada. A seguir, é aplicado no gancho o torque necessário para a força de aperto. O uso dos protetores de plástico evita danos à superfície da peça. Vantagens: a distribuição uniforme da compressão reduz a possibilidade de deformação da peça. As peças são protegidas pelos elementos protetores feitos de plástico, fixados no s elos da corrente. Área de ajuste (curso de aperto) no contra-gancho e no gancho. 2.1.15 Elementos de fixação magnéticos As placas magnéticas de fixação são uma solução eficiente, rápida e econômica p ara fixação de peças ferrosa s em má quinas operatrizes. As placas de fixação evitam desnivelamentos, desajustes e perdas de tempo com regulagem de dispositivos, aumentando a produtividade e diminuindo os custos de produção. Dependendo do equipamento n o qual que serão usadas, e do material a ser fixado, as placas de fixação podem fazer uso de diferentes componentes magnéticos. Placas construídas com Ímãs de Neodímio, podem ter força d e at ração na superfície de 14 kg/cm². Nesse caso, seu acionamento é feito p o r sistema d e alavanca, não necessitando de energia elétrica. Em situações onde uma força de atração a inda maior é necessária, eficientes eletroímãs podem ser empregados. Podem ser fabricadas n os formatos retangulares ou redondos , em modelos co m passo polar normal, fino ou superfino. As placas de fixação são muito usadas com: retíficas, tornos, fresas, plainas e máquinas de eletro erosão. 39 2.1.16 Abraçadeiras As abraçadeiras são elementos desenvolvidos para fins de lacre, fixação e organização de outros componentes e peças. 2.1.16.1 Tipos de abraçadeiras - Abraçadeiras para mangueiras - Abraçadeiras de nylon - Abraçadeiras plásticas 40 2 TIPOS DE ELEMENTOS DE FIXAÇÃO PERMANENTE 2.1.2 Rebite O rebite é formado por um corpo cilíndrico e uma cabeça. Normalmente é fabricado em aço, alumínio, cobre ou latão. É usado para fixação permanente de duas ou mais peças. Os processos de rebitagem podem ser manuais ou mecânicos, a frio ou a quente. 2.1.2.1 Tipos de rebites e sua utilização A fabricação de rebites é padronizada, ou seja, segue normas técnicas que indicam medidas da cabeça, do corpo e do comprimento útil dos rebites. A tabela a seguir mostra os tipos de rebites mais comuns, com suas características, dimensões e utilização. 41 Rebites de cabeça redonda larga ou estreita são largamente utilizados devido a resistência que oferecem. Rebites de cabeça escareada chata larga e estreita são empregados em uniões que não admitem saliências. Rebites de cabeça escareada com calota e tipo panela são empregados em uniões que admitem pequenas saliências. Rebites de cabeça cilíndrica são usados nas uniões de chapas com espessura máxima de 7mm. 42 - Especificações dos rebites Para adquirir rebites adequados para um determinado trabalho, é necessário que se conheça as seguintes especificações: material de fabricação, tipo de cabeça, diâmetro do corpo (d) e comprimento útil (L). 2.2.2 Soldas Soldagem é o processo de união permanente de duas ou mais partes, pela aplicação de calor, pressão ou ambos garantido-se na junta a continuidade das propriedades químicas, físicas e mecânicas. A união de elementosmetálicos é de fundamental importância na montagem de estruturas que transmitam ou suportem os esforços que surgem na execução de trabalhos mecânicos pelas máquinas. Os tipos de solda são: solda de topo; solda paralela e transversal. - Solda De Topo É a mais simples configuração de soldagem. E utilizado para unir as extremidades de dois elementos. A figura a seguir mostra quatro arranjos para este tipo de soldagem. Em (a) tem-se a pior situação possível, tanto em termos de concentração de tensões como em termos da mistura dos materiais. Esta configuração traz a solda características de resistência bem diferentes daquelas das peças originais. 43 Em (b) a área de contato entre as peças e a solda é aumenta da pelo chanfro,as tensões são diminuídas e é utilizado principalmente para soldagem de pecas de um só dos lados. Em (c) é apresentada a melhor configuração, pois os cordões de solda por serem feitos por ambos os lados proporcionando uma melhor uniformização da solda quanto à flexão e melhora a rigidez do conjunto. Em (d), tem-se uma variação de (b), com chanfro em uma das pecas, tornando a solda mais econômica. O projeto de soldas de topo consiste na comparação da tensão normal a qual as peças estão sujeitas com a resistência ao escoamento ou a ruptura do material da solda ou dos materiais mais fraco entre os soldados. No caso de existir variação do carregamento ao longo do tempo os conceitos de fadiga devem ser aplicados. - Solda Paralela e Transversal Quando os filetes de solda tem o eixo axial na mesma direção da aplicação da força a solda é denominada paralela. Quando for perpendicular a aplicação da força é denominada transversal. A seguir o filete de solda em uma viga tipo “T” invertido. A forma correta de soldar está mostrada no detalhe à direita. No caso do detalhe esquerdo a solda não preenche toda a espessura 't' sendo considerada uma solda de baixa qualidade. 44 A necessidade de preencher adequadamente toda a espessura 't' vem do procedimento normalizado de cálculo. Segundo este procedimento, os filetes de soldas devem ser projetados sempre considerando o cisalhamento da área formada por essa espessura e o comprimento do filete de solda. A espessura 't' é calculada a partir de 'h' pela fórmula: t = 0707.h 2.2.2.1 Junções especiais - Torção nas soldas As soldas podem ser submetidas a esforços torcionais o arranjo de soldagem submetido à torção pode ser calculada por uma combinação da tensão de cisalhamento devido a força cortante com a tensão de cisalhamento devido a torção que as soldas sofrem quando resistem a flexão da chapa em balanço. - Flexão nas soldas A solda que sofre um a composição entre a tensão de flexão e a de cisalhamento devido à força cortante. O cálculo requer que ambas sejam combinadas e a resultante seja considerada tensão de cisalhamento agindo na seção definida pela espessura 't' e pelo comprimento do filete. 45 - Junções soldadas com carregamento variável Junções soldadas sofrendo carregamento variável podem falhar por fadiga. A falta de uma sistemática de cálculos que realmente represente o que acontece na solda e a impossibilidade de incluir muitos fatores que influenciam na qualidade da junção soldada, fazem com que os coeficientes de segurança p ara estruturas soldadas, em especial as que sofrem carregamentos variáveis, sejam elevados. O procedimento para dimensionamento é semelhante ao usado para dimensionamento de qualquer outro elemento sujeito a carregamento variável, mas co m coeficientes de segurança maiores que os usuais. A tabela a seguir m ostra os valores para os principais tipos de junções 2.2.2.2 Tipos de solda - Soldagem a arco elétrico: fonte de calor: arco elétrico originado pela polarização da peça e do eletrodo - Soldagem com eletro dos revestidos: eletrodo revestido: alma metálica (material de adição) - revestimento composto de materias orgânicas e minerais - Soldagem TIG-TIG: arco é formado por eletrodo não consumível de tungstênio e proteção atmosférica é obtida pela cobertura de gás inerte (mistura de hélio e argônio). - Soldagem MIG-MAG: as soldagens MIG (metal inerte gás) e MAG (metal activegas) utilizam eletrodo consumível que é alimentado automaticamente. Proteção atmosférica é obtida de forma semelhante à do processo TIG. - Soldagem a arco submerso: eletrodo consumível sem revestimento. Proteção contra oxidação é obtida pela submersão do arco elétrico em fluxo granulado. 46 - Soldagem por resistência: aquecimento (abaixo do ponto de fusão) por passagem de corrente elétrica e aplicação de pressão. Os eletrodos são compostos de ligas de cobre e materiais refratários como o tungstênio. - Brasagem: utilizada para unir partes de metais diferentes com a adição de metal que possua soldabilidade com ambas as partes. Apenas o metal de adição é fundido (maçarico, forno s, resistência elétrica) Partes de vem estar ligeiramente afastadas (0,013 a 0,075 mm) para que o metal de adição líquido penetre por capilaridade. Materiais de adição: ligas d e cobre (latão), ligas de prata, ligas de alumínio. Juntas podem ser sobrepostas ou de topo 2.2.3 Adesivos União permanente por material geralmente polimérico que se adere às superfícies de duas partes. Resistência do adesivo é obtida por sua cura (polimerização, vulcanização, etc). Às vezes é necessário aquecimento, porém bastante brando. Características Tipos: - naturais: baixa tensão - inorgânicos: baixa tensão - sintéticos: tensões moderadas. Deve ser feita limpeza prévia das superfícies (retirada de poeira, óleos e óxidos). Não utilizar sobre superfícies muito lisas (provocar certa rugosidade proposital). Principais vantagens: aplicável a diversos materiais e geometrias, não há mudança na microestrutura do material. Principais desvantagens: restritos a baixas tensões solicitantes, temperatura de trabalho limitada, necessidade de limpeza e preparo das superfícies, dificuldade de inspeção. Temp o de cura pode ser longo a ponto de inviabilizar o processo. Adesivo também pode ser usa do para vedação de outras junções. 47 3 MANUTENÇÃO DE ELEMENTOS DE LIGAÇÃO 3.1 Recuperação de uniões por parafusos Para extrair a parte restante improvisa-se um alojamento para chave de boca fixa; ou usa-se extrator apropriado para casos em que a quebra tenha se dado no mesmo plano que a superfície da peça. O extrator é constituído de aço liga especial e possui uma rosca dente de serra,múltipla, cônica e à esquerda. Geralmente é encontrado em jogos para vários diâmetros diferentes. Os conjuntos de grande porte são normalmente fixados por parafusos. Dependendo do tempo em que tal conjunto esteve montado, pode ocorrer que os parafusos estejam fixados muito firmemente, quer por soldagem por difusão originada por aperto excessivo na montagem ou ainda por problemas devidos a oxidação do conjunto. A remoção deve ser realizada usando o torquímetro, para evitar o rompimento do parafuso por torque excessivo na remoção. Não dispondo de torquímetro, utilizar as chaves de boca, sem fazer uso de prolongadores, uma vez que o comprimento do braço da chave já está dimensionado para um determinado torque. Caso ainda se tenha resistência elevada à remoção, deve-se tomar outras medidas, tais como lubrificar a região do acoplamento e percutir levemente o parafuso, o que facilita a penetração do lubrificante. Em condições extremas e havendo condições favoráveis em termos da peça, poderá ser efetuado um aquecimento não muito elevado na região onde o parafuso estiver fixado. 3.1.1 Rosca internadanificada: Há algumas maneiras de se consertar uma rosca avariada. A melhor geralmente é a colocação de um inserto. Quando a parede for suficiente, o furo deve ser alargado e roscado. Em seguida, coloca-se no furo um pino roscado, que deve ser faceado e fixado por meio de solda ou chaveta. A última operação é refurá-lo e roscá-lo com a medida original. 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 48 Kelox e o tipo Heli-coil. Um outro modo ainda, para cargas leves, é utilizar resinas anaeróbicas aplicadas em travas químicas. 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. A seguir rosqueia-se o inserto com ferramenta especial. 3.2 Recuperação de uniões rebitadas Quando a fixação é feita por rebites, os elementos são presos sob pressão e os rebites tracionados. Seu desmonte deve ser feito da seguinte forma: Serrar ou esmerilhar a cabeça do rebite, Furar o centro do rebite, para com isso aliviar as pressões laterais deste com as paredes dos componentes. Puncionar bem no centro do rebite, utilizando um punção curto e de diâmetro próximo ao do rebite. Seleção do rebite - comprimento rebites de cabeça redonda ou cilíndrica rebites de cabeça escareada Onde: L = comprimento útil do rebite; d = diâmetro do rebite; S = soma das espessuras das chapas A prática recomenda que se considere a chapa de menor espessura (S) e se multiplique esse valor por 1,5 para determinar o diâmetro do rebite. Em recuperações, esta relação nem sempre é possível. Diâmetro do furo (dF) deve ser 1,06 vezes o diâmetro do rebite (dR) Montagem pelo processo manual Após alojar o rebite é preciso comprimir as duas superfícies metálicas a serem unidas, com o auxílio de duas ferramentas: o contra-estampo, que fica sob as chapas, e o repuxador, que é uma peça de aço com furo interno, no qual é introduzida a ponta saliente do rebite. Depois, pré-formar a cabeça com auxílio de um martelo de bola e, com o auxílio do estampo, conformar a cabeça no seu formato final. 3.2.1 Furos fora do eixo, formando degraus Nesse caso, o corpo rebitado preenche o vão e assume uma forma de rebaixo, formando uma incisão ou corte, o que diminui a resistência do corpo. Chapas mal encostadas - 49 Nesse caso, o corpo do rebite preenche o vão existente entre as chapas, encunhando-se entre elas. Isso produz um engrossamento da secção do corpo do rebite, reduzindo sua resistência. 3.2.2 Diâmetro do furo muito maior em relação ao diâmetro do rebite O rebatimento não é suficiente para preencher a folga do furo. Isso faz o rebite assumir um eixo inclinado. Aquecimento excessivo do rebite. Quando isso ocorre, o material do rebite terá suas características físicas alteradas, pois após esfriar, o rebite contrai-se e então a folga aumenta. Se a folga aumentar, ocorrerá o deslizamento das chapas. 3.2.3 Rebitagem descentralizada Nesse caso, a segunda cabeça fica fora do eixo em relação ao corpo e à primeira cabeça do rebite e, com isso, perde sua capacidade de apertar as chapas. O comprimento do corpo do rebite é pequeno em relação à espessura da chapa - Nessa situação, o material disponível para rebitar a segunda cabeça não é suficiente e ela fica incompleta, com uma superfície plana. 50 4 PLANO DE MANUTENÇÃO PARA REBITES EM PONTES METÁLICAS Grande parte das estruturas de pontes metálicas provaram a sua durabilidade e funcionalidade durante dezenas de anos, algumas com mais de 100 anos continuam em serviço. Esta durabilidade e estabilidade estrutural só é possível garantir se houver uma manutenção regular que contemple inspeções, reparações, reforço, pintura e eventualmente ensaios que permitam avaliar estados de tensão, fadiga, etc. Uma das principais causas da degradação estrutural e funcional de estruturas metálicas é a corrosão, que acompanhada de um ambiente propício à oxidação do aço e da falta de pintura, desencadearão um processo de perda de secção resistente, entre outros fenômenos. Danos provocados por acidentes com veículos que se chocam com elementos da estrutura, ou provocados por catástrofes naturais, como sismos, tempestades, fogo e a fissuração do próprio material, devido à existência de ciclos de carga e descarga durante longos períodos, assim como as variações de temperatura. As decisões de intervenção passam necessariamente pela ponderação entre fatores essencialmente econômicos, que ditarão uma recuperação ou um abandono da ponte, pelo menos para os fins em vista inicialmente. De fato, em alguns casos, a construção de uma nova ponte que responda eficazmente às necessidades, é revestida de atrativos econômicos e de execução em detrimento de uma recuperação da ponte existente. Assim se pode afirmar que, o valor patrimonial das obras pode ser aproveitado quando o abandono parece inevitável. Deste modo se coloca a primeira grande questão, recuperar ou abandonar? A partir deste ponto desenrola-se um completo processo de avaliação da capacidade resistente da ponte e das 51 necessidades futuras de capacidade resistente, concluindo antes de avançar para qualquer projeto de recuperação propriamente dito, do grau de recuperação necessário. Para esse plano de manutenção, vamos considerar a análise e substituição de rebites em pontes metálicas. Essa manutenção deve sempre ser preventiva, buscando sempre atingir o patamar preditivo, pois uma falha nesses componentes pode determinar uma falha catastrófica da ponte em questão. Trimestralmente deve ser feita uma análise visual das condições de diferentes pontos onde superfícies são unidas por rebites, buscando inicialmente verificar a existência de qualquer sinal de oxidação. Os defeitos de cravação são muitas vezes visíveis a olho nu, mas deve-se sempre ser efetuada verificação com um martelo para verificar rebites. Quando os rebites derem sinal de estar “leves” ou com a cabeça fendida, descentrada ou mal apertados contra as chapas devem ser substituídos. A substituição pode provocar reajustes na ligação entre as chapas, ou ainda um alívio dos rebites vizinhos dos substituídos. Quando um rebite se encontra mal cravado pode normalmente identificar-se um círculo de oxidação que se forma em torno da cabeça. Os defeitos de cravação são identificados a seguir: 52 O esquema 1, mostra um rebite descentrado, a rebitadeira não foi corretamente colocada no eixo do rebite, o que provocou o descentrar da cabeça. No caso 2, há uma deficiente aplicação da rebitadeira, a cabeça formada é pequena demais e não garante uma boa ligação. Por outro lado, ferro a mais produz uma cabeça demasiado grande (ver esquema 3), podendo, no entanto, não comprometer a estabilidade do conjunto. Neste caso o material em excesso pode ser retirado com uma esmerilhadeira, pois esta zona tenderá a oxidar rapidamente. A última situação refere-se à existência de rebarbas nas chapas a ligar que dificultam, podendo mesmo impossibilitar, o encosto da cabeça do rebite. 53 5 CONCLUSÃO Com base no que foi dito, pode-se estabelecer uma base de entendimento mais ampla em relação aos elementos de fixação e em como é feita a união de peças e componentes mecânicos. Também é possível ter uma noção maior, de qual a aplicação mais adequada para um elemento de fixação disponível, qual elemento de fixação torna-se mais viável em determinado conjunto de peças, qualse enquadra melhor em uniões que sofrerão determinados esforços, que dispositivo usar para efetuar o travamento, impedindo que o conjunto rompa ou se desfaça de forma involuntária. Este trabalho apresentou um estudo sobre Elementos de Fixação. Ao longo de seu desenvolvimento o trabalho segue um a seqüência lógica, explicando inicialmente o contexto e os seus benefícios. Em seguida, faz uma contextualização desta área de estudo apresentando uma parte muito importante do universo de mais de dois milhões de itens de sta parte muito importante para a civilização e o seu peculiar uso em cada função determinada. À medida que os capítulos vão passando, um estudo mais direcionado a área é apresentado já começa a dar uma idéia melhor do conteúdo tão importante. Por fim, acreditamos que esta pequena parte apresentada foi categoricamente descrita, detalhando e explicando cada uma de seus principais componentes. Com isso exposto, verifica-se que este trabalho a tendeu adequadamente às expectativas do tema proposto.
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