Mecanismos: A rosca do parafuso

Eles unem tudo, desde o relógio mais delicado até a maior ponte. O mundo é literalmente impedido de se desintegrar por meio de parafusos e porcas, mas nem sempre pensamos nesses mecanismos. Parte disso provavelmente se deve ao fato de termos nos tornado tão bons em fabricá-los que eles são vistos como mercadorias baratas, mas a física e a engenharia por trás da rosca do parafuso são coisas interessantes.

Todos nós provavelmente nos lembramos de uma das primeiras aulas de ciências em que foram apresentados os blocos básicos de construção de todos os mecanismos. As máquinas simples são mecanismos que utilizam uma força aplicada para realizar trabalho, como o plano inclinado, a alavanca e a polia. Por exemplo, um plano inclinado, na forma de uma cunha fendida, direciona a força dos golpes contra sua face plana para um pedaço de madeira, forçando a separação da madeira.

As roscas dos parafusos são outra máquina simples e podem ser consideradas como um plano inclinado longo e suavemente inclinado enrolado em um cilindro. Corte um longo triângulo retângulo de papel, enrole-o em um lápis começando pela ponta grande e a hipotenusa forma uma rampa helicoidal que se parece com um fio. É claro que, para que a rosca de um parafuso faça qualquer trabalho, ela precisa se projetar mais do que a espessura de um pedaço de papel, e o formato da projeção determina as propriedades mecânicas do parafuso.

O perfil de rosca mais comum é a rosca em V simples, com faces opostas da rosca formando um ângulo de 60°. Este ângulo da rosca é um compromisso que equilibra a eficiência, a taxa de desgaste, a resistência e, o mais importante, o atrito das roscas. Juntamente com o passo, ou número de roscas por unidade de comprimento, o atrito da rosca contribui para a propriedade de autotravamento ou de “não revisão” da maioria das roscas de parafuso. As roscas autotravantes convertem facilmente uma força rotacional em uma força axial, mas não o contrário. É fácil ver essa propriedade em ação - uma porca gira facilmente em um parafuso com a pressão do dedo, mas empurre a porca o mais forte que puder ao longo do longo eixo do parafuso e o parafuso não começará a girar. O travamento automático evita que ferramentas como macacos de parafuso se desenrolem sob carga.

Os perfis de rosca de parafuso podem ser modificados a partir do perfil V padrão para melhor desempenho sob diferentes cargas. O perfil Acme, um formato trapezoidal com faces formando um ângulo incluído de 29° e com grandes cristas e raízes planas, é particularmente adequado para aplicações de alta carga, como tornos e grampos. Também é encontrado em parafusos de avanço, como aqueles usados ​​em atuadores lineares, encontrados em tudo, desde DVD players até máquinas CNC. O perfil Acme também é encontrado nos parafusos de avanço da maioria dos tornos de metal porque funciona bem com porcas bipartidas. As porcas divididas são exatamente o que parecem - um elemento roscado internamente que foi dividido longitudinalmente e pode ser aberto e fechado em torno de um parafuso de avanço. Isto é usado com vantagem em operações de rosqueamento, nas quais a porca bipartida fecha em torno do parafuso de avanço no início do rosqueamento e abre no final do corte, iniciando e parando o movimento da ferramenta de corte contra a peça de trabalho em locais repetíveis.

Para roscas de precisão e produção de baixo volume, as roscas cortadas são comuns. As roscas cortadas são produzidas em um torno ou em uma máquina CNC, removendo material para formar o perfil da rosca, seja com uma ferramenta de corte de rosca transladada longitudinalmente contra uma peça rotativa, ou com um macho (para roscas internas) ou uma matriz (para roscas externas). ).

Cortar roscas é demorado, portanto, para produção em massa, as roscas externas geralmente são formadas com uma operação de laminação. Uma peça forjada é fixada firmemente entre um par de matrizes ranhuradas, uma das quais é estacionária. A matriz oposta se move perpendicularmente ao longo eixo da peça bruta, pressionando o perfil da rosca nela. Como nenhum material é removido da peça bruta e como o material é endurecido, as roscas enroladas podem ser mais resistentes do que as roscas cortadas. O processo de laminação também é de fácil automação e as máquinas de laminação podem produzir milhares de peças por minuto.

As roscas internas das porcas não podem ser roladas, então a maioria das porcas produzidas em massa são formadas por um processo de forjamento a quente. Pedaços de metal quentes são atingidos por matrizes que formam o perfil da cabeça e perfuram o orifício central. Posteriormente, os blanks resfriados são enviados para uma rosqueadora que corta as roscas internas por meio de um macho.