Tipos de arruelas de pressão: guia prático para seleção e uso

O que “tipos de arruelas de pressão” significam em montagens reais

A frase tipos de arruelas de pressão abrange vários designs que resistem ao afrouxamento de diferentes maneiras. Alguns adicionam força de mola (arruelas de pressão), alguns aumentam o atrito (arruelas serrilhadas/dentadas) e alguns criam um efeito de cunha mecânica (pares de travamento de cunha). Escolher o tipo errado pode transformar uma junta “travada” em uma junta que ainda se solta sob vibração, ciclagem térmica ou embutimento.

Uma abordagem prática é combinar o mecanismo de travamento da lavadora com o modo de falha esperado:

• Afrouxamento de vibração (deslizamento transversal) → considere arruelas de travamento ou soluções comprovadas de torque predominante.
• Baixo torque, chapa fina, ligação elétrica → considere arruelas dentadas (estrela).
• Precisa de comportamento controlado da mola (manter a força durante as mudanças térmicas) → considere Belleville (mola disco) ou arruelas onduladas.
• Retenção mecânica positiva (crítico para a segurança) → considere arruelas com abas ou placas de travamento.

Arruelas de pressão divididas (arruelas de pressão helicoidais)

As arruelas de pressão divididas são o familiar “anel cortado e torcido”. Eles têm como objetivo adicionar um pequeno efeito de mola e criar uma mordida nas bordas. Na prática, seu desempenho de travamento depende muito da rigidez da articulação, da dureza superficial e se a articulação sofre movimento transversal.

Onde as arruelas de pressão divididas se encaixam melhor

• Vibração de uso geral, baixa a moderada, onde a prática/especificação histórica assim o exigir.
• Montagens onde a superfície de contato é dura o suficiente para resistir ao achatamento precoce da arruela.

Cuidados práticos

Sob cargas de fixação mais altas, muitas arruelas bipartidas achatar rapidamente , comportando-se como uma arruela lisa ao mesmo tempo que adiciona variabilidade ao torque-tensão devido à mudança de atrito. Se o seu problema de projeto for o verdadeiro afrouxamento de vibração, trate as arruelas bipartidas como “não sua primeira escolha”, a menos que dados de teste ou especificações do cliente as apoiem.

As especificações comuns incluem DIN 127/padrões legados semelhantes, mas muitas indústrias preferem alternativas para juntas com vibração crítica.

Arruelas de pressão dentadas (estrela): internas, externas e combinadas

As arruelas dentadas usam “dentes” serrilhados para aumentar o atrito e morder as superfícies. Eles são amplamente utilizados em montagens elétricas e mecânicas leves porque os dentes podem romper óxidos/tinta e melhorar a continuidade elétrica enquanto resistem à rotação.

Dente interno vs dente externo

• Dente externo : maior raio efetivo para melhor resistência à rotação; pode danificar superfícies visíveis.
• Dente interno : dentes dentro do diâmetro interno; melhor para restrições rígidas de diâmetro externo e aparência externa mais limpa.
• Combinação (interna/externa): mordida mais agressiva, mas também maior risco de danos superficiais.

Exemplo de melhor uso

Uma aplicação comum é ligar um terminal de aterramento a um chassi. A arruela dentada é colocada de forma que os dentes entrem em contato com o metal base condutor. Se o chassi for pintado, os dentes podem cortar o revestimento, melhorando o contato. Neste cenário, o benefício do “bloqueio” advém em grande parte da maior atrito e mordida superficial , não ação de primavera.

Arruelas de travamento em cunha (arruelas de came emparelhadas)

Arruelas de travamento em cunha são usadas como um par combinado com cames na parte interna e serrilhados radiais na parte externa. Os cames têm um ângulo de cunha projetado para que qualquer rotação de afrouxamento suba pelas rampas do came, o que aumenta o comprimento do grampo e resiste ao recuo.

Quando escolher o bloqueio em cunha

• Alta vibração ou cisalhamento dinâmico onde pode ocorrer deslizamento transversal.
• Juntas críticas para segurança ou tempo de atividade onde o afrouxamento do campo é caro.
• Aplicações onde você pode aceitar marcas de serrilhado na superfície (ou usar superfícies de rolamento endurecidas compatíveis).

Nota prática chave

Essas arruelas dependem do emparelhamento e orientação corretos. Instale-os como um conjunto acoplado (cames voltados um para o outro). Um erro de campo comum é dividir o par em múltiplas juntas, o que anula o mecanismo de cunha.

Se o seu requisito é “resistir ao afrouxamento por vibração”, os designs de travamento em cunha são frequentemente selecionados porque o efeito de travamento não é apenas baseado no atrito; é um resistência geométrica ao recuo .

Arruelas Belleville (mola disco)

As arruelas Belleville são molas prato cônicas. Eles são escolhidos menos para “mordida anti-rotação” e mais para manter a força de fixação quando há assentamento, ciclagem térmica, deformação da junta ou expansão diferencial. Eles podem ser empilhados em série/paralelo para ajustar a deflexão e a carga.

O que eles resolvem bem

• Manter a pré-carga durante a incorporação/fluência (por exemplo, polímeros, juntas, interfaces de alumínio macio).
• Ciclagem térmica onde o comprimento da junta muda com a temperatura.
• Projetos onde é necessária uma taxa de mola definida (comportamento de fixação controlado).

Exemplo numérico simples (contexto de pré-carregamento)

Suponha que um parafuso M10 de classe de propriedade 8.8 tenha uma tensão de prova próxima 580MPa . Usando uma meta típica de engenharia de cerca de 70% de prova para pré-carga e uma área de tensão de tração próxima 58 mm² , uma pré-carga aproximada é:

Pré-carga ≈ 0,7 × 580 MPa × 58 mm² ≈ 23,5 kN .

Uma arruela Belleville pode ser selecionada de modo que o assentamento esperado da junta (por exemplo, uma pequena perda de altura da pilha) resulte apenas em uma mudança modesta na pré-carga, melhorando a retenção em comparação com uma pilha rígida.

Arruelas onduladas e arruelas de pressão curvas

Arruelas onduladas (multiondas) e arruelas de pressão curvas (onda única/curvas) fornecem forças de mola mais leves e mais deflexão do que muitas arruelas bipartidas helicoidais. Eles são comumente usados ​​para reduzir o ruído, controlar a folga axial e compensar o acúmulo de tolerância em montagens para serviços leves.

Aplicações mais adequadas

• Pré-carga do rolamento em mecanismos de baixa carga (quando especificado pelo projeto do rolamento/mecanismo).
• Controle de ruído/chocalho para painéis e suportes de luz.
• Montagens que necessitam de conformidade sem mordida superficial agressiva.

Limitações

Geralmente, essas não são a primeira escolha para atenuação de vibrações severas. Seu valor é principalmente comportamento controlado da mola , não geometria anti-rotação.

Arruelas com abas e placas de travamento (travamento mecânico positivo)

As arruelas de aba e as placas de trava usam uma aba dobrada que bloqueia fisicamente a rotação da porca/parafuso, encaixando uma peça plana, ranhura ou recurso no fixador e um recurso estacionário no conjunto. Este é um conceito de “bloqueio positivo” em vez de um conceito de fricção/mola.

Onde eles fazem sentido

• Juntas críticas para a segurança com requisitos de inspeção (confirmação visual do engate da aba).
• Equipamento rotativo onde os padrões históricos exigem travamento positivo.
• Aplicações onde mordidas superficiais ou serrilhadas são indesejáveis.

Cuidados práticos

Dobrar abas é uma forma de deformação plástica; muitos projetos são tratados como de uso único ou de reutilização limitada, dependendo da especificação. Certifique-se de que o material e a espessura da arruela de aba correspondam ao torque e à geometria plana para que a aba não rache ou relaxe.

Tabela de comparação: seleção entre tipos comuns de arruelas de pressão

Use a tabela abaixo como um filtro rápido. Em seguida, valide as condições da sua junta (nível de vibração, dureza/revestimentos da superfície, temperatura e se você pode tolerar marcações na superfície).

Como escolher a arruela de pressão certa (lista de verificação de decisão)

Use esta lista de verificação para definir rapidamente a opção correta e, em seguida, valide com testes ou qualificação prévia quando a junta for de missão crítica.

Etapas de seleção

1. Defina o fator de afrouxamento: vibração, ciclo térmico, incorporação ou problemas de retorque do operador.
2. Confirme a condição da superfície: pintada, folheada, anodizada, alumínio macio, aço endurecido ou compósitos.
3. Decida se a marcação da superfície é aceitável: serrilhas/dentes geralmente deixam danos visíveis.
4. Avalie a capacidade de manutenção: será removido com frequência? Se sim, prefira soluções com comportamento de reutilização consistente.
5. Para juntas com vibração crítica, priorize soluções com desempenho comprovado sob carga transversal (geralmente estratégias de travamento em cunha ou de torque predominante) em vez de depender de arruelas bipartidas.

Uma regra prática robusta: o travamento começa com força de fixação . Se a junta estiver mal apertada, nenhuma arruela impedirá o afrouxamento de forma confiável.

Dicas de instalação e erros comuns

Muitas “falhas na arruela de pressão” são, na verdade, falhas no processo de montagem. Os pontos abaixo evitam os problemas de campo mais comuns.

Melhores práticas

• Coloque a arruela de pressão diretamente sob o elemento rotativo (geralmente a porca), a menos que suas especificações exijam o contrário.
• Evite empilhar vários elementos de “travamento” que lutem entre si (por exemplo, arruela dentada mais par de travamento em cunha), a menos que sejam validados por teste.
• Se usar arruelas dentais em superfícies revestidas, certifique-se de que os dentes realmente entrem em contato com o metal base onde for necessária uma mordida elétrica ou de fricção.
• Para pares de travamento em cunha, mantenha o par junto e confirme se os cames estão voltados para dentro (cames a cames).

Erros que reduzem a eficácia do bloqueio

• Usar uma arruela de pressão para “consertar” o torque incorreto ou uma superfície de junta oleosa/contaminada.
• Usar uma arruela tipo mola onde a rigidez da junta é tão alta que a arruela contribui com uma deflexão insignificante.
• Escolher uma arruela OD/ID que não se encaixe corretamente, causando carga excêntrica e força de fixação inconsistente.

Quando não usar uma arruela de pressão

Às vezes, a resposta certa é “sem arruela de pressão”. Se você precisar de pré-carga controlada e desempenho repetível, outras estratégias podem superar o desempenho das arruelas:

• Use porcas com torque predominante, porcas de fixação totalmente metálicas ou adesivos de travamento de rosca quando apropriado para o ambiente.
• Use arruelas planas endurecidas para proteger as superfícies e manter o atrito consistente quando a repetibilidade do torque-tensão for importante.
• Se a vibração for intensa, considere redesenhar a junta (aumentar o comprimento da braçadeira, adicionar cavilhas/chaves de cisalhamento, melhorar a área do rolamento), além de ferramentas de travamento.

O resultado mais confiável vem da seleção entre os tipos de arruelas de pressão com base na física da junta: força de fixação, risco de escorregamento, condição da superfície e ambiente de serviço.