Fizemos um artigo no passado, explicando a importância de se aplicar o torque correto em parafuso.
Apresentamos o conceito da força de pré carga que é gerada pela aplicação do torque, sendo essa força a mais importante para ser controlada em uma união parafusada.
Alguns métodos utilizados para “controlar” a força de pré carga são detalhados abaixo:
Os métodos mais precisos para a verificação da força de pré carga são os dois últimos da tabela acima (Alongamento e Extensômetro).
Neste artigo vamos apresentar o passo a passo para instalar o extensômetro em parafusos, para que no final seja possível ter um parafuso sensorizado pronto para o uso em alguma aplicação especifica onde seja necessário medir a força de pré carga.
Ao final de todas as etapas ele ficará como mostra a imagem abaixo:
Figura 1 - Parafuso sensorizado pronto para uso.
O extensômetro é instalado em um furo realizado no centro do parafuso, de acordo com a imagem abaixo:
Figura 2 - Extensômetro instalado dentro do furo do parafuso.
O passo a passo para a instalação do extensômetro no parafuso é o seguinte:
Figura 3 - Extensômetro sendo inserido no furo .
Figura 4 - Conexão com o fio externo.
Figura 5 - Parafuso sumetido a ensaio de tração para calibração do sensor.
Figura 6 - Setup para medição do parafuso sensorizado.
Figura 7 - Torque sendo aplicado no parafuso sensorizado.
A resposta de deformação do sensor durante a aplicação do torque pode ser visualizada abaixo:
Figura 8 - Gráfico de Deformação x Tempo.
Multiplicando a deformação pelo coeficiente de calibração, é possível obter a resposta da força de pré carga aplicada, conforme é mostrado abaixo:
Figura 9 - Gráfico de Força de Pré Carga x Tempo.
Em qualquer projeto que haja parafusos, o torque é calculado a partir da força de pré carga necessária para garantir que a união não se separe e que não haja flutuações de tensão no parafuso (já falamos sobre isso em nosso artigo).
No final das contas, o torque é uma maneira mais fácil, rápida e barata de se controlar, entretanto pode não ser preciso o suficiente.
Agora, faremos o inverso, vamos aplicar 30N.m no parafuso sensorizado e calcular a força de pré carga teórica para posteriormente compará-la com o valor obtido pelo sensor.
Figura 10 - Torque sendo aplicado no parafuso.
Para o experimento, utilizamos um torquímetro de vareta, que não é nada preciso devido principalmente a sua dificuldade de medição.
Figura 11 - Marcação de 30N.m no torquímetro.
A força de pré carga teórica pode ser calculada pela equação abaixo:
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O coeficiente de torque depende da maciez da superfície, acurácia e grau de lubrificação, em outras palavras, é um coeficiente que mede todos os atritos envolvidos durante o aperto do parafuso.
A grande variação das amplitudes de pré carga, se dá por conta dos valores que podem ser utilizados para este coeficiente. Já é fácil imaginar que esse fator pode variar drasticamente se a rosca de um parafuso estiver limpa ou suja, lubrificada ou enferrujada, e assim por diante.
Geralmente, o valor do coeficiente de torque nominal é adotado entre 0,15 a 0,3. Para este experimento adotaremos 0,2.
Fazendo esse cálculo para o parafuso em questão, temos:
De acordo com o gráfico de pré carga do parafuso sensorizado, o valor da pré carga relativo aos 30N.m é obtido no patamar mostrado abaixo:
Figura 12 - Força de pré carga do parafuso sensorizado.
O valor de pré carga é de 7.140,0N.
Fazendo o comparativo entre os valores de pré carga obtidos pelo torquímetro de vareta e o parafuso sensorizado, temos:
A variação é maior que 100%!!
A interpretação desses valores deve ser feita da seguinte forma:
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Conseguiu entender na prática? Se ficou alguma dúvida, deixe seu comentário...
Não é à toa que empresas automobilísticas, aeronáuticas entre outras que precisam garantir um torque correto em componentes gastem milhões para controlar esse parâmetro.
A Ensus é especializada na fabricação de parafusos sensorizados, podendo oferecer o serviço de instalação, calibração e medição de parafusos de acordo com a especificação do cliente.
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A união por parafusos é um dos elementos de ligação mais comum em projetos mecânicos. Esse tipo de união consiste basicamente em um parafuso e partes a serem unidas.
Figura 1 - União parafusada
Para que a união seja realizada, é necessário aplicar uma força de pré carga no parafuso, fazendo com que as peças sejam comprimidas (força de união).
A força de pré carga é atingida através do torque aplicado no parafuso, podendo ser controlado de várias maneiras.
A força exercida por uma chave de aperto é convertida em uma força axial no parafuso, fazendo com que ele se “alongue” durante a aplicação da força. Por estar na região elástica do material, o parafuso tende a retornar a seu comprimento inicial, porém é “limitado” pelas roscas engajadas entre as peças, gerando dessa maneira a força de compressão nas partes unidas.
Figura 2 - Direção da Força
ENTÃO QUANTO MAIS EU APERTAR MELHOR CERTO???
NÃO ERRADO!!!
Como dito anteriormente, a força de aperto da união parafusada é gerada quando as tensões atuantes no parafuso estão dentro do limite elástico do material, fazendo com que a força de compressão na união exista justamente pela característica do material “tentar” retornar a seu comprimento inicial.
Caso o parafuso seja apertado demais, o material começa a entrar na zona plástica do material, fazendo com que as deformações sejam irreversíveis, não gerando a força de compressão necessária para a junta.
Figura 3 - Curva tensão - deformação de um aço carbono
Diante dessas informações pode-se concluir que a pré carga é o fator mais importante a ser controlado e que o torque aplicado é uma maneira de atingir a pré carga desejada.
Mas então, como calcular o torque a ser aplicado na união parafusada?
Torque para obter pré carga:
Ao apertar um parafuso com uma chave dinamométrica (torquímetro), que é um dos métodos mais fáceis e comuns, a pré carga é atingida quando o valor do torque chega ao valor pré-determinado em projeto.
A relação entre pré carga e torque, é dada por:
Onde:
Onde Kt é calculado por:
Onde:
O coeficiente de torque depende de alguns fatores como grau de lubrificação, dimensional e limpeza das roscas, entre outros fatores que possam gerar de alguma forma mais ou menos atrito entre as peças em contato.
Shigley fornece uma tabela de coeficientes de torque com base na condição do parafuso, tabela essa que também é recomendada por distribuidores da Bowman:
E se eu te disser que controlar o torque ainda não é tão preciso para garantir o bom funcionamento da junta, você acredita?
Note que Kt varia entre 0,12 a 0,30, o que nos fornece uma grande variação na pré carga aplicada. Considerando um parafuso M12 e aplicando um torque de 57N.m, a variação da pré carga é na ordem de 150%, veja abaixo:
O que ocorre na prática é que para cada situação existe um valor de Kt, fazendo com que a utilização de torquímetro não seja um método preciso para controlar a pré carga.
Portanto, o controle de aperto dos parafusos utilizando torquímetro pode deixar a desejar, e em situações onde é necessário controlar com mais precisão a pré carga de parafusos, existem outros métodos recomendados:
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