Já alguma vez pensou no papel fundamental da humilde anilha de mola nas máquinas? Estes pequenos e despretensiosos componentes desempenham um papel vital para manter as máquinas a funcionar sem problemas e em segurança. Neste artigo, vamos explorar o fascinante mundo das anilhas de mola, os seus tipos e as suas várias aplicações na engenharia mecânica. Descubra como estes elementos, muitas vezes negligenciados, fazem uma grande diferença na fiabilidade e no desempenho de inúmeras máquinas e dispositivos.
Na indústria dos fixadores, as anilhas de mola, também conhecidas como "anilhas elásticas" ou "anilhas de bloqueio de mola", desempenham um papel crucial na manutenção da integridade das juntas. Estes componentes são fabricados principalmente em aço inoxidável austenítico (como os graus 304 ou 316) ou em aço de carbono médio (normalmente SAE 1060 a 1075), sendo que este último recebe frequentemente um acabamento protetor como o revestimento de zinco para aumentar a resistência à corrosão.
Os tamanhos métricos mais utilizados para anilhas de pressão incluem M3, M4, M5, M6, M8, M10, M12, M14 e M16. Estas dimensões são amplamente adoptadas em várias aplicações industriais devido à sua compatibilidade com as dimensões padrão dos parafusos e das cavilhas. A norma nacional chinesa GB/T 94.1-87 rege as especificações das anilhas de pressão, abrangendo uma vasta gama de tamanhos de 2 mm a 48 mm de diâmetro interno.
As anilhas de mola são concebidas para proporcionar uma superfície de suporte de carga para a cabeça do parafuso ou da porca, oferecendo simultaneamente uma funcionalidade adicional. A sua conceção de anel dividido cria tensão quando comprimida, o que ajuda a:
É importante notar que, embora as anilhas de mola sejam amplamente utilizadas, a sua eficácia na prevenção do auto-afrouxamento tem sido debatida em estudos de engenharia recentes. Para aplicações críticas, os engenheiros consideram frequentemente métodos de bloqueio alternativos, tais como anilhas Nord-Lock ou adesivos de bloqueio de roscas.
As anilhas de mola são fabricadas principalmente com ligas de alto desempenho concebidas para proporcionar uma elasticidade e durabilidade óptimas. Os materiais mais comuns incluem:
A seleção do material depende dos requisitos específicos da aplicação, incluindo a temperatura de funcionamento, as condições de carga, as necessidades de resistência à corrosão e as considerações de custo. Cada material oferece propriedades únicas que podem ser aproveitadas para otimizar o desempenho das anilhas de mola em diversos contextos industriais.
As anilhas de mola são utilizadas principalmente para evitar que as porcas se soltem, conforme especificado nas normas nacionais. A sua aplicação é crucial em várias montagens mecânicas, particularmente as sujeitas a cargas dinâmicas.
As porcas hexagonais com ranhura são especificamente concebidas para utilização com parafusos com orifícios de extremidade. Esta conceção permite a inserção de um contrapino através da ranhura da porca no orifício do parafuso, impedindo eficazmente o afrouxamento automático. Estas porcas são predominantemente utilizadas em ambientes caracterizados por cargas vibratórias ou alternadas, garantindo uma fixação segura em condições difíceis.
Na conceção e fabrico mecânicos, são utilizados vários métodos para evitar o desaperto automático de porcas ou parafusos:
As anilhas de pressão são amplamente adoptadas pela sua eficácia e facilidade de instalação. Por exemplo, os parafusos que ligam os motores às bases das máquinas requerem normalmente anilhas de mola para contrariar o afrouxamento causado pelas vibrações do motor. Esta aplicação realça a capacidade da anilha para manter a integridade do fixador em ambientes de elevada vibração.
De um modo geral, os elementos de fixação dos equipamentos sujeitos a vibrações são equipados com anilhas de pressão. No entanto, a sua utilização em flanges é mais selectiva. A decisão de utilizar anilhas de pressão em flanges depende do fluido específico e das condições de funcionamento. As anilhas de pressão são recomendadas para ligações de flanges quando:
É importante notar que estas directrizes podem não ser universalmente aplicáveis. Alguns componentes especializados, como certas válvulas e flanges da tampa de pressão da caixa de enchimento, podem exigir anilhas de mola, independentemente das recomendações gerais.
Para uma seleção eficiente das anilhas de mola adequadas, os engenheiros e técnicos podem utilizar o sistema automatizado Fastener Expert. Esta ferramenta simplifica o processo de escolha da anilha correcta com base em requisitos de aplicação específicos, garantindo um desempenho e fiabilidade ideais em montagens mecânicas.
As anilhas de pressão e as anilhas planas têm objectivos distintos em aplicações de fixação, cada uma com o seu próprio conjunto de vantagens e limitações. As anilhas de mola, concebidas com um anel dividido ou uma estrutura ondulada, funcionam principalmente para evitar o afrouxamento e manter a força de pré-carga em ambientes dinâmicos. Isto é conseguido através da sua capacidade de armazenar e libertar energia sob compressão, contrariando eficazmente o afrouxamento induzido pela vibração. Em contrapartida, as anilhas planas não possuem esta capacidade anti-afrouxamento.
As anilhas planas, caracterizadas pela sua forma de disco simples, têm várias funções essenciais:
Em ligações críticas de suporte de carga, onde a rigidez da junta é fundamental, como em estruturas de aço estrutural ou motores de alto desempenho, as anilhas de mola são frequentemente evitadas. A sua natureza compressível pode introduzir elasticidade na junta, reduzindo potencialmente a sua rigidez global e capacidade de carga. Nestes cenários, as anilhas planas ou os fixadores com flange são preferidos para maximizar a área de contacto e manter a rigidez da junta.
No entanto, em aplicações sujeitas a vibrações significativas, cargas cíclicas ou expansão e contração térmicas, as anilhas de mola tornam-se indispensáveis. A sua capacidade de manter a tensão no fixador em condições dinâmicas ajuda a evitar falhas por fadiga e assegura a longevidade da ligação. Exemplos comuns incluem suspensões de automóveis, fixações de vias férreas e maquinaria industrial.
É crucial notar que a seleção entre anilhas planas e de mola deve basear-se numa análise minuciosa dos requisitos da aplicação, incluindo características de carga, factores ambientais e considerações de segurança. Em alguns casos, pode ser utilizada uma combinação de ambos os tipos de anilhas para obter um desempenho e fiabilidade óptimos na junta fixada.
O "inchaço" das anilhas de mola não é geralmente um defeito inerente às próprias anilhas, mas sim o resultado de forças externas e condições de montagem.
O fenómeno de inchamento da anilha de mola ocorre quando a anilha é sujeita a forças radiais excessivas para fora. Estas forças têm origem principalmente na força de aperto axial gerada pelo binário de aperto aplicado durante a montagem. A magnitude desta força é fundamental para determinar a probabilidade e a extensão do inchaço.
Um fator chave que contribui para o inchaço da anilha de mola é a geometria dos componentes de acoplamento, particularmente a superfície de suporte da porca. O chanfro externo na superfície de apoio da porca produz uma força de divisão radial, que pode fazer com que a abertura da arruela de pressão aumente. A relação entre o diâmetro do chanfro e a propensão para o inchaço é inversa; um diâmetro menor do chanfro concentra a força numa área menor, aumentando a probabilidade e a gravidade do inchaço.
Para atenuar o inchaço, os engenheiros utilizam frequentemente uma anilha plana entre a porca e a anilha de mola. Este componente adicional ajuda a distribuir a carga de forma mais uniforme, reduzindo as forças radiais concentradas. No entanto, a eficácia desta solução depende das propriedades da anilha plana. Se a anilha plana for demasiado fina ou feita de um material com dureza insuficiente, pode deformar-se sob carga, não conseguindo evitar eficazmente o inchaço da anilha de mola.
Outro problema crítico que afecta as anilhas de mola é a fratura por fragilização por hidrogénio. Este tipo de falha é normalmente atribuído a dois factores principais no processo de fabrico:
Estas conclusões não são meramente teóricas, tendo sido comprovadas através de extensos testes laboratoriais e corroboradas por uma experiência prática de longo prazo em várias aplicações industriais. A interação entre as propriedades dos materiais, os processos de fabrico e as condições de montagem realça a complexidade de garantir um desempenho fiável das anilhas de mola em aplicações de fixação críticas.
Anilha elástica dentada interna, anilha elástica dentada externa
Existem muitos dentes elásticos afiados na circunferência, que perfuram a superfície de apoio e impedem que o fixador se solte. A anilha elástica dentada interna é utilizada por baixo da cabeça mais pequena do parafuso; a anilha elástica dentada externa é utilizada principalmente por baixo da cabeça do parafuso e da porca.
A anilha elástica dentada tem um volume mais pequeno do que a anilha de mola normal e o fixador é sujeito a uma força uniforme, o que pode evitar o afrouxamento de forma fiável, mas não é adequado para desmontagens frequentes.
Anilha de mola ondulada
Norma nacional: GB/T 7246-1987
As anilhas de mola ondulada dividem-se em tipos WG, WL e WN.
Anilha de mola ondulada tipo WG
A anilha de mola ondulada do tipo WG é uma anilha elástica de tipo aberto, que pode normalmente ser instalada num espaço pequeno, tal como a aplicação de pré-carga aos rolamentos, reduzindo o ruído do funcionamento dos rolamentos, melhorando a precisão de funcionamento e a estabilidade dos rolamentos. Além disso, é amplamente utilizada em eletrónica e aparelhos eléctricos, com materiais como o aço carbono, o aço inoxidável e a liga de cobre.
Anilha de mola ondulada tipo WL
A anilha de mola ondulada do tipo WL é uma anilha elástica de junta sobreposta, que pode normalmente ser instalada num espaço pequeno, tal como a aplicação de pré-carga aos rolamentos, reduzindo o ruído do funcionamento dos rolamentos, melhorando a precisão de funcionamento e a estabilidade dos rolamentos. Além disso, é amplamente utilizada em eletrónica e aparelhos eléctricos, com materiais como o aço carbono, o aço inoxidável e a liga de cobre.
Anilha de mola ondulada tipo WN
A anilha de mola ondulada do tipo WN é uma anilha elástica de sobreposição de picos de onda de várias camadas. Em comparação com o tipo WL, esta série é composta por várias camadas de material, pelo que a curva do valor K sob o mesmo curso de compressão é mais plana do que a do tipo WL, o que é adequado para situações em que a elasticidade é maior e todo o curso de trabalho requer uma libertação uniforme da elasticidade. Os materiais utilizados incluem aço-carbono, aço inoxidável e liga de cobre.
Anilha de mola do disco
A anilha de mola de disco, também conhecida como anilha de mola Belleville, foi inventada pelo francês Belleville. A anilha de mola de disco DIN6796 (série HDS) foi concebida para anilhas anti-afrouxamento para ligações de parafusos e porcas.
Foi concebido e fabricado de acordo com a norma DIN 6796 e é utilizado para ligar cavilhas e parafusos de resistência média ou elevada. A grande carga de suporte e a recuperação elástica tornam a série HDS muito eficaz. A tensão do parafuso pode suportar o relaxamento causado pelo desgaste de peças vulneráveis, fluência, relaxamento, expansão térmica, contração ou aperto de peças de vedação.
A série HDS aumenta várias vezes o efeito elástico dos parafusos e pode substituir eficazmente as anilhas de mola normais, mas não é adequada para utilização como anilha de bloqueio ou combinação de anilha plana.
Como a série HDS é uma mola de disco que pode ser combinada ou sobreposta, a combinação pode aumentar a deformação do grupo de molas de disco e a sobreposição pode aumentar a força da mola do grupo de molas de disco.
O método de instalação ideal é pressioná-lo o mais plano possível. Quanto mais próximo estiver do estado plano, mais rapidamente aumentará o binário de aperto. É possível obter uma tensão adequada dos parafusos sem uma chave dinamométrica.
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
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