Porcas e parafusos: mantendo-o apertado

Não é exagero dizer que, sem porcas e parafusos, o mundo desmoronaria. As conexões aparafusadas estão por toda parte, desde a estrutura da sua impressora 3D DIY até as porcas que seguram as rodas do seu carro. Embora a penalidade por falha seja certamente maior no último do que no primeiro, o afrouxamento automático de porcas e parafusos raramente é uma coisa boa. Os engenheiros criaram dezenas de maneiras de garantir que o mundo não desmorone, e algumas funcionam melhor do que outras. Vamos explorar alguns desses métodos e descobrir o que funciona, o que não funciona e, no processo, talvez aprendamos um pouco sobre como funcionam esses fixadores fascinantes.

Existem muitas maneiras de uma junta aparafusada falhar, mas o autoafrouxamento induzido por vibração é talvez o mais insidioso. Qualquer um que já tenha batido em um parafuso preso ou usado uma chave de impacto para remover uma porca enferrujada sabe que a vibração realmente ajuda. Coloque a mesma junta em serviço e sujeite-a ao tipo certo de vibração, e há uma boa chance de que a conexão se solte e cause a falha da junta.

Na década de 1960, o engenheiro alemão Gerhard Junker estudou o autoafrouxamento e chegou à conclusão de que as vibrações transversais eram responsáveis ​​pela falha das conexões aparafusadas. Ele desenvolveu um aparelho de teste simples que fornecia vibrações transversais rápidas enquanto monitorava a tensão de pré-carga do fixador com uma célula de carga. A representação gráfica da pré-carga em função do número de ciclos vibratórios forneceu pistas sobre a eficácia de vários métodos de travamento. O teste ficou conhecido como teste de Junker e como padrão DIN 65151, continua sendo o padrão ouro para testes de autoafrouxamento.

Existem alguns vídeos fascinantes mostrando os testes do Junker em ação, e alguns são absolutamente assustadores. Normalmente, jogamos uma simples arruela de pressão helicoidal em um pino ou parafuso, apertamos a porca de maneira agradável e confortável e encerramos o dia, sentindo como se tivéssemos feito uma junta segura. Mas nada poderia estar mais longe da verdade. Na verdade, o vídeo abaixo mostra que não apenas as arruelas de pressão adicionam muito pouca segurança às conexões aparafusadas, como também nenhum dos outros métodos comuns - arruelas planas, porcas de inserção de náilon e porcas empilhadas - fornecem muita ajuda.

Obviamente, o vídeo acima visa comercializar as sofisticadas arruelas de travamento em cunha da empresa, e é bastante claro que elas funcionam bem. Mas por que eles funcionam quando uma simples arruela de pressão falha? Para responder a isso, vale a pena ver o que mais funciona, algo que não foi testado no vídeo - uma contraporca instalada corretamente.

Uma contraporca é uma porca de baixo perfil, normalmente com cerca de metade da altura de uma porca padrão, que é instalada abaixo da porca maior. Quando a contraporca é instalada, ela é apertada apenas cerca de um quarto a metade do torque final total. A porca grossa é instalada em seguida e apertada até o valor final, enquanto a contraporca é mantida no lugar com uma chave. Isso efetivamente puxa o parafuso para cima através da contraporca. As roscas do parafuso estão então em contato com os flancos superiores das roscas dentro da contraporca, ao mesmo tempo em que entram em contato com os flancos superiores ou de pressão da porca superior. Com as porcas superior e inferior fornecendo forças opostas no parafuso, é muito menos provável que as porcas se soltem.

Um mecanismo semelhante funciona nas arruelas de travamento em cunha. As duas metades da arruela têm cunhas interligadas, cujo ângulo excede o passo das roscas do parafuso. À medida que o parafuso é apertado, o passo mais alto das arruelas puxa o parafuso de volta para cima, fornecendo uma força oposta para travar as roscas e evitar que o fixador se solte.

Se olharmos para todos os métodos de travamento que falham, todos eles têm algo em comum: todos dependem do atrito. As contraporcas e as arruelas de pressão funcionam fornecendo tensão para se opor às vibrações transversais que levam ao autoafrouxamento e, portanto, são muito mais eficazes.

Obviamente, existem outros métodos de travamento de fixadores rosqueados. Os prendedores de rosca adesivos vêm à mente, assim como métodos mais complicados, como porcas com fio e arruelas com abas, e podem ser métodos muito eficazes. Mas para baixo custo e facilidade de instalação, é difícil vencer uma simples contraporca para evitar que o mundo desmorone.