Juntas de fricção em parafusos de alta resistência

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificação: 2024-01-17 19:05

As juntas de fricção têm uma alta capacidade de carga e são menos trabalhosas do que as juntas soldadas. Devido a isso, eles são amplamente utilizados na produção de estruturas metálicas de construção. A obtenção das forças de atrito necessárias na junta é conseguida de várias maneiras - jateamento abrasivo e tratamento por chama, bem como usando composições adesivas.

Descrição e aplicação

Na engenharia mecânica, existem 2 tipos de conexões aparafusadas de acordo com a natureza da transferência de força nelas:

• Resistente ao cisalhamento. Na maioria das vezes, eles são projetados em parafusos de precisão grosseira, normal e aumentada (raramente de alta resistência). A força de aperto não é controlada. Os cálculos levam em conta as tensões internas de tração, compressão e cisalhamento, mas não levam em conta as forças de atrito.
• Fricção (resistente ao cisalhamento). A força externa é contrabalançada pelas forças de atrito que surgem nos planos de contato das peças a serem unidas. O atrito é devido à pré-carga dos parafusos de fixação, que deve ser máxima. Portanto, nessas juntas, ferragens de alta resistência comprocessamento.

O último tipo é dividido em 2 subcategorias: juntas de fricção e cisalhamento, em que uma parte das forças é transmitida por fricção e outra por esmagamento.

A desvantagem dessas conexões é o alto custo dos fixadores. Por outro lado, o uso de juntas de fricção em parafusos de alta resistência melhora a confiabilidade e reduz o número de soldas em campo. Assim, a complexidade da montagem é reduzida em quase 3 vezes. Este tipo de conexão é utilizado na construção de edifícios industriais, na construção de pontes, guindastes e outras estruturas treliçadas que sofrem vibrações ou cargas dinâmicas.

Diretrizes promissoras no desenvolvimento desta solução construtiva são a utilização de revestimentos de conservação removíveis e a utilização da tecnologia de fabricação "block", quando a montagem e pintura das unidades ampliadas é realizada na fábrica, e apenas o a instalação é feita no canteiro de obras.

Fator de rugosidade

A rugosidade da superfície necessária, que fornece a força de atrito calculada, é alcançada por abrasivo, tratamento por chama de superfícies de contato ou usando revestimentos especiais. O coeficiente de atrito para cálculos é retirado da tabela abaixo.

Tipo de processamento	Coeficiente de atrito
Sem Preservação
Escova	0, 35
Jato de tiro	0, 38
Cortar chama	0, 42
Gravação ou jato de areia	0, 58
Jateamento, limpeza de ambas as partes, aquecimento por chama até 300°C ao redor dos orifícios dos parafusos. Área de tratamento térmico - não inferior ao tamanho da arruela	0, 61
Com preservação subsequente
Primeiro detalhe - jateamento com areia ou granalha, preservação com cola. Segunda parte de acasalamento - escovada, sem mais preservação	0, 5

O tipo de processamento deve ser indicado nos desenhos. As superfícies de contato estão completamente livres de gelo, neve, óleo, escamas, ferrugem e outros contaminantes antes da montagem do parafuso.

Jato de areia

Os seguintes requisitos aplicam-se à limpeza de estruturas metálicas com juntas de fricção com tecnologia de jateamento:

• rugosidade da superfície preparada - não mais que Ra 6, 3;
• eliminação completa de óxidos e ferrugem (2º grau de purificação conforme GOST 9.402-2004);
• grau de desengorduramento da superfície - o primeiro (tempo de pausa da película de água - mais de 1 minuto, sem manchas de óleo no papel filtro);
• limpeza preliminar do ar comprimido que entra no jateador de óleo e umidade (isso é controlado pelo menos 1 vez por turno);secagem de areia de quartzo até um teor de umidade não superior a 2%.

Após o jateamento, a poeira deve ser removida das superfícies soprando ar ou limpando com um pano limpo.

Tratamento com chama

A chama oxi-acetileno é usada na limpeza de peças com maçarico a gás. Os produtos da combustão (óxidos) são posteriormente removidos com escovas de arame. Nesse caso, você não pode dar brilho ao metal. A limpeza por chama só pode ser utilizada em peças com espessura mínima de 5 mm, para evitar o seu empenamento térmico. O processamento é realizado nos seguintes modos:

• pressão de oxigênio - 0,6 MPa, acetileno em cilindros - 0,05 MPa;
• fornecimento de oxigênio - máximo (o núcleo da chama deve sair do bocal do aquecedor, mas não sair);
• velocidade de deslocamento da tocha - 1 m/min (para estruturas metálicas de paredes finas 5-10 mm - 1,5-2 m/min);
• próxima passagem deve sobrepor a anterior em 15-20mm;
• ângulo da tocha até 45°.

Durante esta operação tecnológica, são utilizados queimadores especiais com chama larga.

Limpeza com tiro e escova

Antes do processamento com escovas metálicas (escovação), a tinta é removida das superfícies com solventes ou em método de chama de gás. É impossível limpar as peças com um brilho metálico, pois isso impede a formação do coeficiente de atrito adequado. O trabalho é realizado por meio de uma máquina pneumática ou elétrica mecanizadaferramenta. A poeira restante é removida soprando com ar ou com uma escova de cabelo.

Para jateamento, é usada granalha de aço ou ferro fundido lascado (cortado) com uma fração de 0,8-1,2 mm. As máquinas de jateamento usam granalha de ferro fundido.

Revestimentos

Para aumentar as forças de atrito em flanges e juntas de fricção, também são utilizadas substâncias adesivas - colas. Como revestimento de fricção, são utilizadas composições, cujo principal componente é a resina epóxi e os adicionais são um endurecedor, solvente, acelerador ou isopropanol.

Os trabalhos de montagem são realizados na seguinte ordem:

1. Elementos estruturais de grande porte são limpos por um dos métodos descritos acima, exceto chama-gás, e também desengordurados. O intervalo de tempo entre a limpeza e a colagem não deve exceder 0,5 dias. O armazenamento ao mesmo tempo é realizado em condições de umidade não superiores a 80%.
2. A cola é preparada imediatamente antes do uso.
3. A composição adesiva é aplicada na superfície de elementos menores e preenchida com pó de carbeto de silício com 2 mm de espessura, rolando com rolo de metal. É permitido colar ambas as partes de contato com cola. Dentro de 1-2 horas, a cola recém-preparada deve ser completamente usada.
4. Retire o excesso de pó girando a peça e dando algumas batidinhas.
5. Mantenha o tempo até que o epóxi esteja totalmente curado.
6. A junta de fricção é montada em parafusos de alta resistência.

Qualidade do Hardware

Fixadores para juntas de fricção devem ser acompanhados de certificado de qualidade. Parafusos, arruelas e porcas são preparados da seguinte forma:

• limpeza da graxa de conservação em solução alcalina (exposição em recipiente por 15-20 minutos);
• secagem, soprando com ar comprimido;
• rosqueamento com chaves ou em torno;
• lubrificação com óleo mineral;
• conjunto completo de parafusos com porcas emparelhadas que foram usadas durante a execução;
• armazenamento até o trabalho de montagem (não mais que 10 dias).

Cálculo da conexão de atrito

Os parâmetros de conexão mais importantes deste tipo são:

• coeficiente de atrito Μ nas superfícies de contato, determinado a partir da tabela acima, dependendo do tipo de processamento;
• relação de torque do parafuso;
• força de aperto do parafuso;
• torque necessário para obter o valor necessário do indicador anterior.

O valor de torque calculado é encontrado pela fórmula:

M=K∙N∙d_{nom, onde K é o fator de torque determinado de acordo com GOST 22356-77;}

N – força de tensão do parafuso, kN;

d_{nom – seu diâmetro nominal, mm.}

O valor de N é determinado pela fórmula:

N=σ_r∙S_{n∙ k,}

onde σ_r é a resistência à tração do material do parafuso, N/mm^2;

S_n – área da seção transversal do parafuso,net, mm^2;

k – coeficiente de condições de trabalho (para estruturas metálicas e pontes rodoviárias é igual a 1).

A força gerada em um contato de parafuso é encontrada pela fórmula:

N_{1=N∙Μ/ɣ, onde ɣ é o coeficiente de confiabilidade, selecionado dependendo do número de parafusos na conexão.}

O número mínimo necessário de parafusos de alta resistência é determinado da seguinte forma:

n=P/(k∙N_{1∙s), onde P é a carga longitudinal atuante, kN;}

s – número de contatos na conexão.

Montagem

As regras para fazer uma conexão de fricção devem atender aos seguintes requisitos técnicos:

• Antes da montagem, é necessário preparar a superfície usando um dos métodos acima (de acordo com a documentação do projeto), remover saliências e rebarbas que impedem que as peças se encaixem perfeitamente.
• Durante o transporte e armazenamento intermediário de peças, deve-se excluir a lubrificação ou contaminação das superfícies preparadas. Se isso não puder ser evitado, é necessário um segundo procedimento de limpeza.
• Na primeira etapa da montagem, as peças são alinhadas com os furos usando bujões de montagem.
• Instale os parafusos com arruelas (não mais que uma sob a cabeça do parafuso e a porca), aperte-os com porcas em 50-90% da força calculada e verifique o aperto da conexão.
• Ajuste o torque de aperto calculado com chaves de torque.
• Aplique massa ou primer misturado comcimento, argila branca, giz. Isso é feito para selar a conexão da umidade.

Verificação de qualidade

O controle de qualidade é realizado em todas as etapas de preparação e montagem. Os resultados das verificações interoperacionais são registrados no registro de fabricação da conexão de campo.

O complexo de tais obras inclui as seguintes operações:

• controle de qualidade de entrada de matérias-primas, componentes, produtos adquiridos;
• verificação do estado da ferramenta, tara das chaves dinamométricas;
• controle de limpeza de superfícies e preparação de ferragens;
• Verificação da densidade de aperto das juntas (usando sondas);
• controle de torque de aperto seletivo;
• controle de pressão;
• amostras de teste (conforme exigido pelo cliente de obras civis).