rosca

SSE - Sociesc Servio de Engenharia 1

Influncia na Utilizao de Valores Nominais de Passo e ngulo no Clculo de Dimetrosde Flanco de Calibradores Tampo Roscado Cilndrico

Anderson Badziak- [email protected] Eduardo Paiva Dias- [email protected]

1- Objetivo

Determinar atravs de ensaios prticos e matemticos, quais so os parmetros de calibraoque interferem mais diretamente no dimetro de flancos dos calibradores tampo roscadocilndrico e fazendo uma breve comparao com a incerteza de medio.

2- Padres utilizados

Mquina de medio longitudinal ULM 600C Carls Zeiss Jena; Calibrador Tampo roscado cilndrico; Microscpio de medio Carls Zeiss Jena.

3- Definies

3.1 Geometria de roscas

So cinco os elementos principais que definem uma rosca cilndrica:

Dimetro externo Dimetro do ncleo Dimetro de flancos Passo ngulo de flancos , sendo os semi-ngulos de flancos 1 e 2.

Tambm ficam esclarecidos alguns outros elementos adicionais da rosca:

A profundidade t do perfil terico (definido as grandezas t/2 em relao linhacentral dos flancos);

A profundidade t1 da rosca (tanto para o parafuso como para a porca); Os arredondamentos do perfil. [3]

Em construo de mquinas usam-se roscas de vrios perfis: roscas mtricas, roscasWhitworth, Unificadas, Edison, entre outras. As mais utilizadas so as mtricas e unificadas cujongulo de flanco de 60 e Whitworth de 55. Vejamos abaixo alguns exemplos de designaonormalizados:

a) Sistema Mtrico: M14 x 2 6H

M14 = Sistema mtrico e valor do dimetro 2 = valor do passo dos filetes 6H = Classe e tolerncia [3]


b) Sistema Unificado (polegadas) x12UN 2B

= Valor do dimetro 12 = Nmero de fios por polegada

UN = Tipo de rosca unificada 2B = Classe e tolerncia para tampo roscado [2]

c) Sistema Britnico Whitwort: G ou BSP

G indica sistema britnico = Valor do dimetro da rosca 0 numero de filetes por polegadas normalizado. [4]

3.2 Calibrao de Calibradores roscados

O processo de calibrao de roscas adotado no laboratrio estudado divide-se em duasopes: rastreados e acreditados. O primeiro consiste em apenas medir o de flanco e j nosegundo realizado a medio do passo e ngulo para tampo roscado.

Utiliza uma mquina de medio longitudinal ULM600, microscpio de medio,acessrios disponveis e um software que gerencia e calcula todos os parmetros de medies.

3.2.1 Calibrao Rastreada

uma calibrao mais simples onde o que interessa apenas o dimetro de flanco. Nestecaso no medido o passo e o ngulo dos filetes. Como os calibradores so dotados denomenclaturas adota-se os valores nominais para o passo e o ngulo. Ex.: tampo roscado M2Ox 2,5 6H. O software calcula o de flancos, suas tolerncias e adota o passo sendo 2,5 mm e ongulo de 60 para sistema mtrico;

Com bases nestas informaes, realiza a medio pelo mtodo de 3 arames para tamporoscado e/ou T esfera para anel roscado. O software faz o gerenciamento dos clculos.

3.2.2 Calibrao Acreditada

uma calibrao completa, onde necessrio medir os semi-ngulos e o passo dos filetesestabelecendo os valores obtidos como variveis de entrada no software de medio. A vantagemdesta calibrao poder entender melhor a situao real do calibrador, at quando o passo e ongulo podem interferir numa medio dos flancos e como a incerteza cobre estas variveis.


3.3 Clculo matemtico

Atravs da frmula abaixo possvel entender passo a passo todo o clculo do dimetrode flanco. [3]

Onde:

dz = dimetro de flancosP= medida obtida sobre os aramesdD= dimetro dos arames calibrados= ngulo dos flancosh= passo.A1= correo da posio do arame nos filetesA2= correo devido fora de medio

3.3.1 Correo da posio dos arames nos filetes

As posies que os arames tocam nos flancos esto perpendiculares a hlice da rosca eno no eixo axial da rosca, portanto ocorrer um erro de inclinao dos arames com o filete. Estas condies especiais de contato entre arames e flancos devem ser levadas emconsiderao pela correo A1 a ser subtrada do resultado acima deduzido porque o arame ficapara fora da posio ideal, o que faz com que o valor de P seja maior do que o correto. [3]

O valor desta correo :

3.3.2 Correo devido fora de medio

Na realidade mede-se um calibrador aplicando-se uma determinada fora, de modo queocorre o erro por achatamento, ou seja, os arames se deformam sob a fora de medioverdadeiramente usada na medio, e o resultado obtido menor do que sem achatamento. Oerro pode ser eliminado pela introduo de uma correo cuja frmula :


Onde:

K= fora aplicada em Newton. [3]

Pelo fato de subtrair o erro de posicionamento dos arames e pela adio da fora aplicadana medio ocorre conseqentemente uma anulao dos itens A1 e A2 tornando desprezvel noclculo do flanco. Portanto para nossa finalidade, adotaremos somente esta frmula:

3.3.3 Clculo do arame ideal

O mtodo mais utilizado para medir o flanco por meio dos trs arames. Os aramesusados tm a forma de cilindros curtos com a geometria de alta qualidade e com dimetrosiguais.

Os trs arames acomodam-se nos respectivos filetes tocando os flancos. O dimetro dosarames deve ser escolhido em funo dos parmetros da rosca a fim de que toquem os flancosperto da linha mdia do flanco, e ao mesmo tempo, sobressaiam aos filetes. [3]

Onde:

h = passo do filete da rosca = ngulo de flanco

Arames com este dimetro tocam o flanco exatamente na sua linha mdia, ondeteoricamente deveria ser medido o dimetro. Na prtica, porm, isto implicar em grandequantidade de dimetro dos arames (para vrios passos). Por motivos econmicos, so usadosjogos de arames com dimetros normalizados, sendo que ento se faz necessria devidacorreo matemtica. Os dimetros dos arames normalizados so citados a seguir (em mm) : [3]

0,17 0,455 1,650,195 0,53 2,050,22 0,62 2,550,25 0,725 3,200,29 0,895 4,000,335 1,10 5,050,39 1,35 6,35


3.4 Calibradores roscados

So instrumentos que permitem verificar medidas indiretas por comparaoestabelecendo os limites mximos e mnimos das dimenses de parafusos e porcas quedesejamos comparar.

Geralmente so fabricados em ao carbonos, temperados e retificados possibilitando umalto grau de preciso dimensional e boa durabilidade em ambientes agressivos. So empregadosnos trabalhos de produo em srie. Tambm so chamados de calibradores roscados Passa/NoPassa por estarem dentro dos limites de tolerncia, isto , entre o limite mximo e o limitemnimo.

3.4.1 Calibrador tampo roscado cilndrico

Utilizados para controlar peas com roscas internas ou porcas propriamente dita. Aextremidade de rosca mais longa do calibrador tampo verifica o limite mnimo: ela devepenetrar suavemente, sem ser forada, na rosca interna da pea que est sendo verificada. Diz-selado passa. A extremidade de rosca mais curta, no-passa, verifica o limite mximo.

3.5 Passo da rosca

a distncia do centro de um filete ao centro do prximo. Esto identificados no cabodos calibradores.

Para realizar a medio, utiliza-se uma mquina de medio longitudinais e acessrios(mesa entre pontas, esfera, chaves, tampo de alinhamento, brao mecnico e entre outros).

No aconselhvel realizar a medio do passo de calibradores em projetores de perfil,devido incerteza de medio do projetor ser alta, contribuindo para um aumento da incerteza demedio do dimetro de flancos do calibrador.

3.6 Semi-ngulo dos filetes da rosca

A medio dos semi-ngulos do filete do calibrador importante para avaliar se a roscafoi fabricada de maneira correta, pois se durante a usinagem do calibrador a ferramenta pararosca entrar de forma incorreta (inclinada), haver uma diferena considervel do semi-ngulocom relao ao eixo axial do tampo roscado. Neste caso poderemos ter um ngulo total de 60,s que os semi-ngulos podem apresentar valores de 33 e 27, como por exemplo.

Para medir os semi-ngulos do calibrador usa-se um microscpio ou um projetor deperfil. Fixa-se o calibrador em uma mesa entre pontas, realizando o ajuste do foco e oalinhamento do calibrador.

Figura identificando os semi-ngulos medidos


3.7 Dimetro de flanco

O dimetro de flancos o parmetro mais importante de uma rosca, pois a rea decontato do parafuso com a porca, sendo a rea de maior tenso das peas.

Para esta medio utiliza-se uma mquina de medio longitudinal, um conjunto dearames calibrados e acessrios diversos (apalpadores cilndricos planos, mesa entre pontas,suporte, dispositivo de fixao, entre outros).

Figura identificando a linha central de flancos e elementos auxiliares

3.8 Incerteza de medio

Parmetro, associado ao resultado de uma medio, que caracteriza a disperso dosvalores que podem ser fundamentalmente atribudos a um mensurando.

Estimativa caracterizando a faixa dos valores dentro da qual se encontra o valorverdadeiro da grandeza medida. [1]

4- Ensaios realizados

Foram realizados ensaios prticos com o calibrador tampo roscado cilindrico edesenvolvido o clculo do dimetro de flanco. O clculo foi baseado no processo de medioprtico com o intuito de observar se h alguns desvios nos valores medidos e calculados.Obviamente no apresentou desvio nenhum nos valores medidos com os valores calculados,porm para facilitar nosso trabalho, utilizamos a planilha de clculos (excel), onde foramdesenvolvidos passo a passo todos os compontes da frmula do flanco. Isso nos ajudou muito,pois alm da comprovao prtica dos ensaios realizados igualarem com ensaios calculados,bastava somente agora jogar os valores obtidos na planilha para ver o resultudo alcanado.

Adotando que na calibrao acreditada foram feitos medies no passo e no ngulo eutilizados os valores obtidos para o clculo tanto no software da mquina quanto no clculoprtico. J no rastreado, foram adotados valores nominais para o passo e ngulo. Com tudo isso,observa diferenas no dimetro de flanco que depende diretamente do passo e do ngulo.

Abaixo podemos analisar os diversos tipos de tabelas e os resultados obtidos quando sealteram o passo e ngulo.


dz = dimetro de flancosP = medio obtida sobre os arames.dD = dimetro dos arames calibrados = ngulo dos flancos (filetes da rosca)h = passo.pi = 3,141592654dz (1) = medida obtida com o ngulo e passo alteradosDif. Dz = diferena de medida do flanco com passo e ngulos alterados.dD ideal = valor dos arames calculadosDif. Ideal e real = diferena de medida do arame ideal com o calculado

Tabela 1: simulao dos resultados

h P dD dz /2 (rad) pi h /2 (rad) dz (1) Dif. dz

0,400 60 4,5033 0,231 4,1569 0,523599 3,141593 0,400 60 0,523599 4,15689 0,0000

0,800 60 7,5985 0,462 6,9057 0,523599 3,141593 0,800 60 0,523599 6,90568 0,0000

1,000 60 10 0,577 9,1340 0,523599 3,141593 1,000 60 0,523599 9,133975 0,0000

1,250 60 12 0,722 10,9175 0,523599 3,141593 1,250 60 0,523599 10,91747 0,0000

1,500 60 15 0,866 13,7010 0,523599 3,141593 1,500 60 0,523599 13,70096 0,0000

1,750 60 20 1,010 18,4845 0,523599 3,141593 1,750 60 0,523599 18,48446 0,0000

2,000 60 25 1,155 23,2679 0,523599 3,141593 2,000 60 0,523599 23,26795 0,0000

2,500 60 30 1,443 27,8349 0,523599 3,141593 2,500 60 0,523599 27,83494 0,0000

3,000 60 40 1,732 37,4019 0,523599 3,141593 3,000 60 0,523599 37,40192 0,0000

2,117 60 27,834 1,222 26,0009 0,523599 3,141593 2,117 60 0,523599 26,00088 0,0000


ANGULO DE FLANCO

0,1

1,7

1,1

0,60,3

0

0,4

0,8

1,2

1,6

2

1 C 2 C 3 C 4 C 5 C

PASSO e 1C NO ANGULO

5,95,0

1,72,5

3,34,2

0,8

0

1

2

3

4

5

6

7

0,001 0,002 0,003 0,004 0,005 0,006 0,007


5- Concluso

So inmeras as possibilidades que os calibradores roscados possam apresentar desviosdimensionais no flanco. O uso de clculos matemticos demonstra que o passo um itemfundamental na fabricao de roscas, pois influncia muito diretamente no dimetro de flancopodendo muitas vezes interferir gravemente na incerteza do instrumento. J os semi-ngulos doflanco pouco influenciam comparados com os desvios ocasionados pelo passo, porm sesomados os desvios destes dois itens, os erros podem chegar a serem grosseiros e muitas vezesacabam superando a incerteza.

Assim constatou-se que apenas o passo interfere no sentido do dimetro. O ngulo porsua vez obedece ao valor apresentado como passo, o erro do passo afeta de forma proporcional odimetro.

O erro do ngulo tem pouca influencia no clculo do dimetro de flancos (se considerar odesvio mdio de 1 grau desvio normal que se encontra em calibradores comercializados).

Constatou-se uma influencia do dimetro do arame, fato este que nos remete a um novoestudo especfico para este fator. Para tanto utilizou o valor ideal calculado para os arames.

Alm disso, o item fundamental na produo de calibradores roscados o dimetroprimitivo, este sim em hiptese alguma pode apresentar desvios dimensionais que comprometamsua funcionabilidade. Independente do passo ou do ngulo, o valor nominal do dimetro de flanco tem que atenderde maneira rigorosa suas tolerncias e seus critrios de fabricao conforme normas.

Sugesto: laboratrios avaliem a incerteza declarada nos certificados de calibrao, pois oscalibradores no so fabricados com medidas nominais exatas.


6- Referncias

[1] THEISEN, lvaro Medeiros de Farias. Fundamentos da Metrologia Industrial: aplicao no processo de certificao ISSO 9000, Porto Alegre, 1997.

[2] ANSI / ASME B1.1. Unified Inch Screw Threads; New York; 1989.

[3] http://www.unifenas.br/radiologia/biblioteca/METROLOGIA%20parte%20II.pdf Acessado em 09/02/2006.

[4] ISO DIN 228. Rohrgewinde fur nicht im Gewindedichtende Verbindungen; Deutsche; 1985.

[5] DIN 13. Metrisches ISO-Gewinde; 1986.

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