Você já se perguntou como algo tão simples como uma rosca de parafuso pode afetar o mundo da engenharia? Desde a Grécia antiga até o maquinário moderno, as roscas de parafuso têm sido cruciais na transformação do movimento rotacional em ação linear. Este artigo se aprofunda em sua história, tipos e padrões, desvendando as complexidades dos perfis e medidas das roscas. Você descobrirá como as roscas desempenham um papel fundamental na fixação e na transmissão de energia, garantindo a eficiência mecânica e a segurança. Prepare-se para aprender os fundamentos e as complexidades das roscas de parafuso e sua importância no projeto mecânico.
O conceito de forma em espiral, fundamental para a rosca, é reconhecido desde a antiguidade. Já no século IV a.C., os naturalistas gregos utilizavam esse princípio em dispositivos para extração de vinho e óleo, demonstrando uma compreensão inicial da mecânica helicoidal.
Uma das aplicações mais duradouras desse conceito é o parafuso de Arquimedes, um dispositivo de elevação de água inventado no século III a.C. Esse mecanismo engenhoso continua a ser usado em sistemas modernos de gerenciamento de água e irrigação, o que comprova sua eficiência e simplicidade.
Fig. 1 Dispositivo de entrada de água em espiral de Arquimedes ainda em uso atualmente
A evolução da tecnologia de rosqueamento teve um avanço significativo no século XIV, com o surgimento de roscas e parafusos feitos à mão. Esses primeiros componentes rosqueados, embora rudimentares, lançaram as bases para futuras inovações mecânicas.
A Revolução Industrial marcou um momento crucial na história da rosca. Como o maquinário se tornou cada vez mais complexo, a necessidade de fixadores mecânicos confiáveis cresceu exponencialmente. Os parafusos, em particular, tornaram-se cruciais para a montagem e manutenção de vários equipamentos industriais.
Inicialmente, a rosca era um processo de trabalho intensivo. Porcas, cavilhas e parafusos eram fabricados individualmente por artesãos qualificados usando ferramentas manuais ou tornos básicos. Esse método, embora funcional, tinha limitações significativas:
Fig. 2 Linhas feitas à mão há 200 anos versus linhas modernas feitas à máquina
A necessidade de eficiência e consistência impulsionou o desenvolvimento de sistemas de rosqueamento padronizados. Vários países começaram a estabelecer seus próprios padrões unificados, o que acabou levando a esforços de padronização internacional. Essa padronização revolucionou a fabricação, permitindo a produção em massa e a intercambialidade de peças entre setores e fronteiras geográficas.
Atualmente, dois padrões principais de medição de rosca dominam a fabricação global:
A China, alinhada às práticas internacionais, adotou totalmente o sistema métrico. Na fabricação e engenharia chinesas, as medidas e especificações de roscas são consistentemente expressas em milímetros métricos (mm). Essa adoção facilita a integração perfeita com as cadeias de suprimentos globais e a adesão aos padrões internacionais de engenharia.
A história do rosqueamento reflete tendências mais amplas de avanço tecnológico, padronização e cooperação industrial global. Da antiga engenhosidade grega à moderna fabricação de precisão, a evolução do rosqueamento continua a desempenhar um papel crucial na engenharia mecânica e no progresso industrial.
Uma rosca é uma crista helicoidal contínua formada pelo enrolamento em torno de uma superfície cilíndrica ou cônica em um padrão espiral. Essa estrutura helicoidal permite a conversão do movimento rotacional em movimento linear, facilitando o deslocamento linear controlado de objetos.
As roscas podem ser classificadas em dois tipos principais com base em sua geometria de superfície:
Roscas cônicas: Criadas em superfícies cônicas, com um diâmetro que muda gradualmente.
Roscas retas: Formadas em superfícies cilíndricas, mantendo um diâmetro constante ao longo de seu comprimento.
Fig. 3 Roscas retas e cônicas
Os segmentos são ainda categorizados como externos ou internos:
O acoplamento de roscas externas e internas permite a fixação segura ou a atuação linear precisa por meio do acoplamento rotacional. Esse mecanismo de intertravamento forma a base para uma ampla gama de conexões mecânicas e aplicações de transferência de movimento em engenharia e manufatura.
Uma descrição completa do thread deve incluir pelo menos cinco elementos, a saber:
O perfil do dente é o principal fator para determinar o uso final da rosca.
O formato do dente refere-se à geometria da rosca.
Diferentes formatos de dentes determinam se a rosca é usada para conexão ou transmissão.
Atualmente, os tipos de dentes comumente usados incluem principalmente triângulo, trapézio, dente de serra e retângulo.
A rosca triangular é usada principalmente para conexão, enquanto os outros três padrões de dentes são usados para transmissão de energia.
Fig. 4 Comparação de quatro tipos comuns de rosca
A rosca triangular consiste em dois tipos principais de roscas: rosca comum código M e rosca de tubo código G.
A rosca M é a rosca de conexão mais comumente usada e é classificada em dentes grossos e dentes finos. Os dentes finos são normalmente empregados em peças pequenas ou de paredes finas.
Por outro lado, as roscas de tubos são usadas para conectar canos de água, canos de gás e outros dutos.
A rosca trapezoidal com código Tr é utilizada para transmissão de potência em vários parafusos de avanço de máquinas-ferramenta.
A rosca serrilhada com código B é capaz de transmitir energia em apenas uma direção.
A Figura 5 mostra a classificação das roscas de acordo com seu uso e tipo de dente.
Fig. 5 Classificação de threads
Normalmente, o tamanho da rosca é determinado pelo diâmetro nominal. No entanto, para roscas de tubos, o diâmetro nominal é o diâmetro interno do tubo (em polegadas), enquanto para outras roscas, é o diâmetro principal (em unidades métricas).
As roscas externas são indicadas pela letra maiúscula "D", enquanto as roscas internas são indicadas pela letra minúscula "d". O diâmetro maior é o diâmetro de um cilindro imaginário que é tangente à crista de uma rosca externa ou à raiz de uma rosca interna. Por outro lado, o diâmetro menor é o diâmetro de um cilindro imaginário que é tangente à raiz de uma rosca externa ou à crista de uma rosca interna.
O diâmetro do passo é um parâmetro crucial para obter o ajuste e a resistência da rosca. É o diâmetro de um cilindro imaginário cuja largura do dente na linha de passo é igual à largura do dente adjacente.
Fig. 6 Diâmetro grande, médio e pequeno da rosca externa e da rosca interna
O número de roscas refere-se ao número de linhas espirais ao formar roscas, que podem ser divididas em linha única e linha múltipla.
Uma única rosca refere-se à rosca formada ao longo de uma linha em espiral, e várias roscas referem-se à rosca formada ao longo de duas ou mais linhas em espiral.
Fig. 7 Rosca de linha simples e dupla
A distância axial P entre os dois pontos correspondentes na linha do diâmetro do passo de dois dentes adjacentes na rosca é chamada de passo;
Na mesma rosca, a distância axial Ph entre os dois pontos correspondentes de dois dentes adjacentes na linha do diâmetro do passo é chamada de avanço.
Fig. 8 Inclinação e avanço
Fig. 9 Direção da rosca
Os padrões predominantes de roscas em vários países são principalmente os padrões de medição e identificação de roscas de classe 2 em unidades métricas e em polegadas.
A rosca métrica foi adotada pela primeira vez na França Central, entre 1898 e 1908, e depois foi amplamente promovida em vários países.
Na China, é adotado o padrão métrico GB de rosca de parafuso.
O código de rosca métrica M é aplicável para conectar peças de trabalho com um diâmetro que varia de 0,25 mm a 300 mm.
O ângulo da rosca é de 60°, e a parte superior do dente é plana, o que facilita o giro, enquanto a parte inferior do dente é um arco circular que aumenta a resistência da rosca.
A rosca métrica pode ser classificada em duas categorias: rosca grossa e rosca fina.
Fig. 10 Padrão de rosca métrica
Originária da Grã-Bretanha, essa linha foi inventada pelo cidadão britânico Joseph Whitworth em 1841, daí seu nome.
O ângulo da rosca dessa rosca é de 55°, e a parte superior e inferior da rosca são arcos circulares, também conhecidos como rosca b.s.w.
Fig. 11 Padrão britânico Padrão de rosca Wyeth
O formato da rosca desse tipo é semelhante ao de uma rosca B.S.W., e o ângulo da rosca também é de 55°. No entanto, ela tem um número maior de roscas por polegada, o que resulta em uma espessura de rosca mais fina e uma aderência mais forte.
Esse tipo de rosca é comumente usado para peças que exigem raízes fortes ou que precisam suportar altos níveis de vibração.
Fig. 12 Padrão britânico de rosca fina
A rosca padrão americana tem a parte superior e inferior planas, proporcionando boa força e resistência ao estresse.
O ângulo da rosca mede 60° e sua especificação é expressa em dentes por polegada, categorizados em três níveis: dentes grossos (NC), dentes finos (NF) e dentes superfinos (NEF).
Fig. 13 Rosca padrão americano
A linha britânica, que é comumente usada atualmente, foi desenvolvida pelos Estados Unidos, Grã-Bretanha e Canadá.
Em contraste com a rosca padrão americana, a rosca britânica tem um ângulo de rosca de 60° e suas especificações são expressas pelo número de dentes por polegada. Além disso, ela é dividida em três níveis: dente grosso (UNC), dente fino (UNF) e dente ultrafino (UNEF).
Fig. 14 Padrões de rosca unificados dos Estados Unidos, Grã-Bretanha e Canadá
Essa é a rosca padrão determinada pela din na Alemanha.
A rosca é redonda, o que é adequado para a conexão de lâmpadas e tubos de borracha.
O código da linha é Rd.
Fig. 15 Padrão alemão de rosca redonda DIN
A rosca trapezoidal, também conhecida como rosca acme, é uma rosca de transmissão especial que pode ser ajustada pela porca após o desgaste.
O ângulo da rosca quando o padrão de rosca métrica é usado é de 30°, e o ângulo da rosca quando o padrão de rosca britânica é usado é de 29°.
Fig. 16 Rosca trapezoidal Tr
De acordo com o padrão GB da China, a unidade de medida para a marcação de roscas comuns é o milímetro. A primeira letra indica o código da rosca, enquanto o segundo dígito representa o diâmetro nominal, também conhecido como o diâmetro maior da rosca. Os símbolos restantes representam o código de tolerância, o código de comprimento da rosca e o código de direção da rosca, respectivamente.
É obrigatório marcar o passo fino, enquanto o passo grosso pode ser omitido.
Fig. 17 marcação do conteúdo de 5 partes de rosca comum
Notas de código de cada parte:
O código da característica representa o tipo de rosca, sendo que M representa uma rosca comum. O código de tamanho indica o diâmetro nominal × passo. Por exemplo, 8X1 significa que o diâmetro nominal é 8 e o passo é 1.
O código da zona de tolerância inclui um grau de tolerância (número) e um desvio básico. A rosca externa é representada por letras minúsculas, e a rosca interna é representada por letras maiúsculas.
O código de comprimento de rosca usa L, N e s para representar longo, médio e curto, respectivamente. Quando a rosca é de comprimento de rosca médio, o código N não é marcado.
O código do sentido de rotação está marcado com LH para rosca esquerda e não está marcado para rosca direita.
Exemplo de interpretação
Exemplo 1: que rosca representa M20x1,5LH-5g6g-S?
Exemplo 2: a que tipo de rosca se refere a B36x14 (P7) -7H-L?
Exemplo 3: como representar uma rosca simples à esquerda, rosca fina, rosca comum com diâmetro nominal de 20 e passo de 1,5?
A rosca pode ser personalizada por três métodos: torneamento com controle numérico, fresamento com articulação de três eixos e rosqueamento.
Método 1 Torneamento NC
Torneamento NC com ferramenta de torneamento é o método de processamento personalizado mais comumente usado para peças únicas e pequenos lotes de peças rosqueadas devido à sua estrutura simples.
Fig. 18 Usinagem personalizada da rosca de torneamento
Método 2 Fresagem NC
Em geral, a fresagem é realizada com fresas de disco ou fresas de pente.
As fresas de disco são utilizadas principalmente para fresar roscas externas trapezoidais em peças de trabalho, como hastes de parafusos e sem-fins. Por outro lado, as fresas de pente são empregadas para fresar roscas comuns internas e externas ou roscas cônicas.
Fig. 19 Processamento personalizado da rosca de fresamento NC
Método 3 de rosqueamento
O rosqueamento consiste em usar um determinado torque para rosquear o macho no furo inferior pré-perfurado na peça de trabalho, de modo a processar a rosca interna necessária.
Fig. 20: toque
O rosqueamento é um método de formação de rosca externa na peça de trabalho em barra com uma matriz.
Fig. 21 Rosqueamento
Por um lado, a precisão do rosqueamento depende da precisão do macho ou da matriz usados e, por outro lado, também depende da experiência do operador que executa a tarefa.
Para várias roscas internas não padronizadas de pequeno diâmetro, o rosqueamento é o único método viável de processamento.
A rosca e o rosqueamento podem ser realizados manualmente ou por meio de máquinas como tornos, perfuração máquinas, máquinas de rosqueamento ou máquinas de rosqueamento.
Como fundador do MachineMFG, dediquei mais de uma década de minha carreira ao setor de metalurgia. Minha vasta experiência permitiu que eu me tornasse um especialista nas áreas de fabricação de chapas metálicas, usinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou sempre pensando, lendo e escrevendo sobre esses assuntos, esforçando-me constantemente para permanecer na vanguarda do meu campo. Permita que meu conhecimento e experiência sejam um trunfo para sua empresa.
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