PARAFUSO SENSORIZADO – PRÉ CARGA

INTRODUÇÃO

Fizemos um artigo no passado, explicando a importância de se aplicar o torque correto em parafuso.

Apresentamos o conceito da força de pré carga que é gerada pela aplicação do torque, sendo essa força a mais importante para ser controlada em uma união parafusada.

MÉTODOS DE APERTO DE PARAFUSO

Alguns métodos utilizados para “controlar” a força de pré carga são detalhados abaixo:

Os métodos mais precisos para a verificação da força de pré carga são os dois últimos da tabela acima (Alongamento e Extensômetro).

Neste artigo vamos apresentar o passo a passo para instalar o extensômetro em parafusos, para que no final seja possível ter um parafuso sensorizado pronto para o uso em alguma aplicação especifica onde seja necessário medir a força de pré carga.

Ao final de todas as etapas ele ficará como mostra a imagem abaixo:

Figura 1 – Parafuso sensorizado pronto para uso.

O extensômetro é instalado em um furo realizado no centro do parafuso, de acordo com a imagem abaixo:

Figura 2 – Extensômetro instalado dentro do furo do parafuso.

PASSO A PASSO PARA FABRICAR O PARAFUSO SENSORIZADO

O passo a passo para a instalação do extensômetro no parafuso é o seguinte:

• Passo 1 – Furar o parafuso:
  • O furo deve ser bem centralizado, sendo importante atender as dimensões de diâmetro e comprimento fornecidas pelo fabricante do sensor.
• Passo 2 – Limpar o furo:
  • O furo deve ser limpo com álcool isopropílico ou acetona.
• Passo 3 – Colagem do Extensômetro no Parafuso
  • O extensômetro deve ser colado no parafuso com colas especiais, atendendo o processo de cura a temperaturas pré determinadas.

Figura 3 – Extensômetro sendo inserido no furo .

• Passo 4 – Conexão do Extensômetro com Fio Externo:
  • O extensômetro deve ser conectado com fios externos que possibilitem a medição da deformação em módulos específicos e apropriados.

Figura 4 – Conexão com o fio externo.

• Passo 5 – Calibração do Sensor:
  • O parafuso deve ser submetido a um teste, em uma máquina de tração, onde são aplicadas forças axiais e verificado os resultados obtidos pelo extensômetro. Todas as cargas aplicadas estão dentro do regime elástico do material e tem como principal objetivo verificar a efetividade da instalação do sensor e a linearidade dos resultados obtidos.
  • A relação entre força aplicada e resposta do sensor, fornece um coeficiente de calibração que relaciona a força de pré carga no parafuso com a deformação do sensor.

Figura 5 – Parafuso sumetido a ensaio de tração para calibração do sensor.

• Passo 6 – Utilização do Parafuso Sensorizado:
  • O parafuso sensorizado está pronto para ser utilizado, e para isso é necessário conectar os fios em uma placa de aquisição apropriada para extensômetros.

Figura 6 – Setup para medição do parafuso sensorizado.

• • À medida que o torque for aplicado no parafuso, o valor da força de pré carga será apresentado na tela do computador.

Figura 7 – Torque sendo aplicado no parafuso sensorizado.

A resposta de deformação do sensor durante a aplicação do torque pode ser visualizada abaixo:

Figura 8 – Gráfico de Deformação x Tempo.

Multiplicando a deformação pelo coeficiente de calibração, é possível obter a resposta da força de pré carga aplicada, conforme é mostrado abaixo:

Figura 9 – Gráfico de Força de Pré Carga x Tempo.

ENTENDENDO NA PRÁTICA A IMPORTÂNCIA DA PRÉ CARGA EM PARAFUSO…

Em qualquer projeto que haja parafusos, o torque é calculado a partir da força de pré carga necessária para garantir que a união não se separe e que não haja flutuações de tensão no parafuso (já falamos sobre isso em nosso artigo).

No final das contas, o torque é uma maneira mais fácil, rápida e barata de se controlar, entretanto pode não ser preciso o suficiente.

Agora, faremos o inverso, vamos aplicar 30N.m no parafuso sensorizado e calcular a força de pré carga teórica para posteriormente compará-la com o valor obtido pelo sensor.

Figura 10 – Torque sendo aplicado no parafuso.

Para o experimento, utilizamos um torquímetro de vareta, que não é nada preciso devido principalmente a sua dificuldade de medição.

Figura 11 – Marcação de 30N.m no torquímetro.

A força de pré carga teórica pode ser calculada pela equação abaixo:

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O coeficiente de torque depende da maciez da superfície, acurácia e grau de lubrificação, em outras palavras, é um coeficiente que mede todos os atritos envolvidos durante o aperto do parafuso.

A grande variação das amplitudes de pré carga, se dá por conta dos valores que podem ser utilizados para este coeficiente. Já é fácil imaginar que esse fator pode variar drasticamente se a rosca de um parafuso estiver limpa ou suja, lubrificada ou enferrujada, e assim por diante.

Geralmente, o valor do coeficiente de torque nominal é adotado entre 0,15 a 0,3. Para este experimento adotaremos 0,2.

Fazendo esse cálculo para o parafuso em questão, temos:

De acordo com o gráfico de pré carga do parafuso sensorizado, o valor da pré carga relativo aos 30N.m é obtido no patamar mostrado abaixo:

Figura 12 – Força de pré carga do parafuso sensorizado.

O valor de pré carga é de 7.140,0N.

COMPARATIVO

Fazendo o comparativo entre os valores de pré carga obtidos pelo torquímetro de vareta e o parafuso sensorizado, temos:

A variação é maior que 100%!!

A interpretação desses valores deve ser feita da seguinte forma:

• Imagine que o torque de projeto para esse componente seja de 30N.m, e a força de pré carga seja de 15.000,0N. Ou seja, é necessário garantir que os 15.000,0N sejam aplicados na união parafusada.
• Quando você utiliza o torquímetro de vareta e chega a 30N.m está na verdade aplicando apenas 7.140,0N de pré carga. Essa pré carga é muito abaixo do que realmente deveria ser aplicado.
• No final das contas, podemos concluir que utilizando o torquímetro de vareta não foi aplicado a força de pré carga necessária para esta união parafusada.

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Conseguiu entender na prática? Se ficou alguma dúvida, deixe seu comentário…

Não é à toa que empresas automobilísticas, aeronáuticas entre outras que precisam garantir um torque correto em componentes gastem milhões para controlar esse parâmetro.

A Ensus é especializada na fabricação de parafusos sensorizados, podendo oferecer o serviço de instalação, calibração e medição de parafusos de acordo com a especificação do cliente.

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