Fonte
http://www.boltscience.com/pages/twonuts.htm
O que você vai encontrar neste artigo?
- Como montar porca e contra porca para evitar o afrouxamento
- Que torque usar no aperto da porca e contra porca
- Referencia normativa sobre o assunto
Porca e contraporca usadas na vedação da haste de acionamento
Existem alguns tipos de válvlas esfera que usam porca e contra porca para apertar a vedação da haste de acionamento, esse artigo analisa tecnicamente a melhor forma de usar esse método de forma a evitar o afrouxamento das porcas.
O uso de duas porcas para evitar o autoafrouxamento
Muitos tipos de máquinas antigas têm duas porcas nos parafusos. Uma porca fina, também muito conhecida como porca baixa, é frequentemente usada nessas aplicações. Às vezes, a porca fina pode ser observada abaixo da porca de espessura padrão e, em outras instalações, fica em cima. Embora possa parecer contraintuitivo, a porca fina deve ficar ao lado da junta e não ser colocada por último. Em outras aplicações, por exemplo, em fixações de colunas, duas porcas de espessura padrão são frequentemente usadas
Neste artigo, a eficácia deste método de travamento é investigada e o procedimento de aperto que deve ser usado para que o travamento eficaz seja alcançado.
O uso de duas porcas simples remonta a pelo menos 150 anos com base na observação de máquinas históricas. Apertar uma porca para baixo e, em seguida, simplesmente apertar outra porca em cima dela obtém pouco efeito de travamento. Um procedimento específico precisa ser seguido para que o travamento seja alcançado. Quando uma porca fina e uma porca grossa são usadas, pode-se pensar que a porca grossa deve ficar próxima à junta, pois isso levaria toda a carga. No entanto, ao colocar a porca fina primeiro, quando a porca grossa é apertada em cima dela, a carga nas roscas da porca fina é aliviada de sua carga.
A porca fina deve ser colocada no parafuso primeiro. Esta porca é tipicamente apertada entre 25% a 50% do torque de aperto geral. A segunda porca (grossa) é então colocada no parafuso e a porca fina é segurada para evitar a rotação por uma chave inglesa enquanto a porca grossa é apertada ao valor de torque total. A série de diagramas mostra o efeito que o procedimento tem nas forças presentes entre as porcas e no parafuso.
Quando a porca grossa é apertada na porca fina, conforme a carga aumenta, a carga é levantada dos flancos de pressão da porca fina. Conforme o aperto continua, um ponto é alcançado quando a rosca do parafuso toca os flancos superiores da porca fina. Neste ponto, F3 = F2. Continuar a apertar a porca superior resulta no travamento das roscas, levando a F3 > F2. Se o aperto for continuado, a força entre as duas porcas continuará a aumentar. Se a porca grossa for apertada demais, há o risco de descascamento da rosca ou fratura por tração do parafuso entre as duas porcas.
A razão pela qual o sistema de duas porcas é eficaz em resistir ao autoafrouxamento é devido à maneira como as roscas são presas juntas (daí o termo porca de travamento ser frequentemente usado para a porca fina). Como a rosca do parafuso está em contato com o flanco superior da porca pequena e o flanco inferior da porca superior, o movimento relativo da rosca não é possível. Para que o autoafrouxamento ocorra, o movimento relativo entre as roscas do parafuso e da porca deve ocorrer. É essa ação de travamento que é o segredo do método de duas porcas.
Para atingir a pré-carga apropriada do parafuso antes do travamento das roscas, é necessário apertar a porca menor. Quanto maior o comprimento de aperto da junta, maior é a extensão necessária para atingir uma determinada pré-carga e, portanto, maior a carga inicial que deve ser sustentada pela porca pequena. Embora a folga axial possa ser calculada para determinadas condições de tolerância das roscas da porca e do parafuso, pode haver um fator de 10 de diferença entre os valores mínimo e máximo. Essa variação dificulta o estabelecimento da pré-carga correta da porca fina. Como resultado, a porca inferior é apertada a uma porcentagem simples (ou seja, 25% a 50% do valor geral do torque). Duas porcas de altura total podem ser usadas se os princípios descritos acima forem seguidos. Pequenas (porcas de travamento) são usadas com frequência, pois não há necessidade de ter uma porca de altura total na parte inferior, pois as roscas não suportam a carga. Uma vantagem de uma porca fina nesta aplicação é que uma maior quantidade de folga axial será fornecida para uma determinada classe de tolerância.
Os dois vídeos mostrados abaixo apresentam os resultados de um teste de vibração de fixador Junker realizado em dois arranjos nos quais uma porca grossa e fina podem ser dispostas. Os testes foram conduzidos para investigar a eficácia do método de duas porcas em termos de resistência ao autoafrouxamento. Uma máquina de teste de vibração transversal Junker foi usada com porcas e parafusos M10. Os resultados são ilustrados no gráfico abaixo. Com a porca pequena no topo, ambas as porcas podem ser observadas girando juntas e podem subsequentemente se soltar completamente. Os resultados são ligeiramente melhores do que normalmente observados com uma única porca simples. Com a porca pequena próxima à junta, ocorre algum relaxamento, mas não uma quantidade significativa de autoafrouxamento. O desempenho do método de duas porcas, quando aplicado corretamente, fornece uma capacidade de travamento superior quando comparado a muitas das chamadas porcas de travamento. A aplicação adequada do método de duas porcas é demorada e requer um grau de habilidade e, portanto, é improvável que faça um grande retorno em novas máquinas tão cedo.
Uma palavra de advertência
Às vezes, há outras razões além do autoafrouxamento pelas quais duas porcas podem ser usadas. Duas porcas podem ser usadas para reduzir o risco de descascamento da rosca, especialmente se as roscas forem galvanizadas. Portanto, pode haver um bom motivo para usar duas porcas, ou seja, para garantir que a resistência total do parafuso seja desenvolvida em vez de uma falha prematura devido ao descascamento da rosca. Se houver uma quantidade significativa de extensão do fixador que seria desenvolvida, ou seja, quando um parafuso longo é usado, usar a porca fina na parte inferior pode ser inapropriado. Em tais circunstâncias, a extensão do parafuso pode ser tal que a porca fina sustentaria o descascamento da rosca devido à extensão exceder a folga da rosca disponível na porca fina. Daí o aviso de que colocar a porca fina próxima à junta não é apropriado em todas as circunstâncias.
Apertar a porca fina em cima da porca grossa tende a não funcionar, pois há uma extensão mínima do parafuso existente nas roscas entre duas porcas. Portanto, elas tendem a se soltar como resultado do embutimento entre as superfícies da porca, mesmo sob uma situação de carga axial, quando o autoafrouxamento (ou seja, rotação da porca) tenderia a não ocorrer.
Se você ainda tiver dúvidas sobre o acima, preste atenção à seguinte declaração na seção 5 da ISO 898-2: 2012 (Propriedades mecânicas de fixadores feitos de aço carbono e aço de liga — Parte 2: Porcas com classes de propriedades especificadas — Rosca grossa e rosca de passo fino), para citar: “Porcas finas usadas como porcas de aperto devem ser montadas junto com uma porca regular ou uma porca alta. Em montagens com porca de aperto, a porca fina é primeiro apertada contra as peças montadas e então a porca regular ou alta é apertada contra a porca fina.”