Tipos de roscas: A perspetiva de um engenheiro

Do básico aos conceitos avançados, este guia abrange todos os aspectos dos tipos de roscas. Explore os diferentes tipos de roscas, as suas aplicações e as melhores práticas para um desempenho ótimo em projectos estruturais, de produtos e de fabrico.

As roscas são componentes frequentemente ignorados, mas inegavelmente cruciais no mundo da engenharia. As roscas são essenciais para a vedação, transmissão de energia e fixação, e podem ser encontradas em tudo, desde pequenos parafusos a enormes máquinas industriais. Obtenha informações sobre tecnologias avançadas de roscas e explore conhecimentos essenciais mais profundos para tomar decisões de engenharia informadas.

Uma rosca é uma crista ou ranhura helicoidal produzida ou cortada numa superfície cilíndrica. Este desenho exato em espiral forma uma interface mecânica que permite a transmissão de força de rotação ou a união segura de componentes. A compreensão dos seus componentes fundamentais é crucial para a conceção de roscas eficientes capazes de unir ou fixar componentes de forma segura.

Elementos principais da rosca de parafuso

PITCH

O passo representa a distância axial entre duas cristas (ou raízes) sucessivas de uma rosca. Não deve ser confundido com o avanço, que é a distância que uma rosca avança axialmente numa volta completa. Tem um impacto direto na capacidade de avanço da rosca em cada rotação, bem como no seu movimento linear e rotacional.

RAIZ

A raiz é a superfície inferior da linha. É o ponto mais baixo da linha, por oposição à crista.

FLANCO

O flanco refere-se aos lados rectos da rosca que ligam a crista e a raiz, formando as superfícies inclinadas da rosca. Formam uma estrutura sólida com superfícies laterais inclinadas e inclinações que vão da crista à raiz.

CREST

Crista significa o ponto mais alto de uma rosca que forma a superfície externa do parafuso.

LÍDER

O avanço é a distância axial que um parafuso ou porca percorre numa rotação completa (360 °). O avanço nas roscas de arranque múltiplo é igual ao número de arranques multiplicado pelo passo, enquanto que nas roscas de arranque simples é igual ao passo. Quanto mais pequeno for o avanço, maior é a vantagem mecânica.

ÂNGULO DO FIO

É o ângulo medido num plano axial entre os flancos da rosca.

DIÂMETRO PRINCIPAL

O diâmetro maior é o diâmetro de um cilindro imaginário que rodeia e toca os topos das roscas externas. As roscas internas tocam o fundo das roscas.

DIÂMETRO MENOR

O diâmetro menor, também designado por diâmetro da raiz, é o diâmetro do cilindro imaginário na raiz.

DIÂMETRO DE INCLINAÇÃO

O diâmetro do passo é o diâmetro em que a espessura do dente é igual ao passo/2 ou o diâmetro do cilindro imaginário (concêntrico ao eixo da rosca) que atravessa a superfície nesse local. O diâmetro do passo existe a meio caminho entre os diâmetros maior e menor de uma rosca em V. No entanto, são poucas as roscas que se formam desta forma.

ROSCA EXTERNA

São roscas que se encontram na superfície exterior de componentes como tubos, parafusos, cavilhas, pernos, cilindros e veios.

ROSCA INTERNA

A rosca interna forma-se na superfície interna das peças, como as roscas dentro de uma porca, cilindro ou tubo.

ROSCA DIREITA

Quando um parafuso ou uma haste roda no sentido dos ponteiros do relógio, a sua superfície exterior avança para a porca e, quando o parafuso está posicionado horizontalmente, inclina-se para cima e para a esquerda.

ROSCA ESQUERDA

Quando um parafuso ou uma haste roda no sentido contrário ao dos ponteiros do relógio, a sua rosca esquerda avança para a porca. Quando o parafuso é colocado na horizontal, inclina-se para cima e para a direita.

ROSCA DE ARRANQUE SIMPLES

A rosca de arranque simples é uma rosca de arranque simples que tem um passo que coincide com o avanço e apenas uma hélice visível, ou ponto de partida, que percorre o comprimento da rosca num cilindro. O passo da rosca faz com que a porca se desloque ao longo do eixo quando uma porca é fixada firmemente num local de um parafuso roscado e a haste gira 360 graus.

ROSCA DE ARRANQUE DUPLO

As roscas no interior do orifício da porca são também roscas de duplo arranque quando existe uma rosca de duplo arranque. Uma porca avança ou desloca-se duas vezes o passo da rosca quando encaixa num parafuso ou numa haste com rosca de arranque duplo, e a haste gira 360 graus.

ROSCA DE ARRANQUE MÚLTIPLO

As roscas de arranque múltiplo referem-se a duas ou mais roscas com o mesmo passo que correm paralelamente umas às outras. Nas situações em que um sistema não necessita de autobloqueio, mas sim de uma velocidade de translação elevada ao longo do eixo da rosca, aplicam-se as roscas de vários inícios.

Tipos de fios

O desenvolvimento de vários perfis de rosca foi influenciado por processos de fabrico históricos e preferências regionais, que levaram à normalização de tipos de rosca específicos para diferentes aplicações. Para além disso, devido a requisitos únicos em termos de capacidade de carga, existem diferentes normas de roscas. É aqui que a forma da rosca é importante. Cada tipo de rosca tem uma finalidade distinta e todas elas são caracterizadas por perfis únicos. Este influencia o aspeto e o comportamento da rosca e inclui valores como o passo e o ângulo de flanco. O domínio de aplicação para o qual uma rosca é adequada também é determinado pelo perfil da rosca. Os tipos de roscas comuns dividem-se em vários grupos com base neste facto.

Roscas Acme

Estas roscas assemelham-se às roscas quadradas em geral, mas têm uma forma cónica, ou seja, são finas na parte superior e planas na parte inferior. Em comparação com as roscas quadradas, é um pouco mais simples de cortar num trabalho. Além disso, é considerada muito mais forte. Fixar ou desatarraxar a porca fendida nestas roscas parece mais fácil nas suas extremidades inclinadas. Não contém qualquer folga. Esta rosca tem um ângulo de fabrico de 29°. As válvulas de latão, os tornos de bancada e os tornos de aparafusar estão frequentemente equipados com rosca acme.

Roscas em forma de V

A forma "V" do alfabeto inglês aparece neste estilo de fio. A máquina de torno, máquina de fresagemAs ferramentas de rosca, torneira, matriz e outras podem cortar ou criar este tipo de roscas. No entanto, as normas utilizadas para o fabrico destas roscas variam. É o tipo de rosca mais utilizado.

Fios de contraforte

Esta rosca é triangular, com uma face orientada perpendicularmente ao eixo do parafuso e a segunda face meramente inclinada. Em comparação com a rosca quadrada, tem uma força de tração mais forte. As vantagens da rosca quadrada e da rosca em V são ambas proporcionadas pela unidade de rosca de reforço. É tão forte como uma rosca em V e tem a mesma baixa resistência à fricção que as roscas quadradas. Por este motivo, é aplicável em situações em que existe uma tração excessiva de um lado que necessita de ser absorvida, tal como num roquete.

Fios de junta

O fio é bastante forte. Pode ser utilizada tanto para trabalhos ligeiros como para trabalhos pesados e difíceis. Tanto a crista como a raiz desta rosca são semi-redondas. As roscas Knuckle são concebidas para funcionar bem em ambientes adversos onde se podem acumular detritos, graças ao seu perfil arredondado, que resiste a danos e à acumulação de sujidade. Esta rosca modifica o desenho da rosca quadrada, permitindo uma fácil fundição e laminação. Tem um ângulo de 30°. Gargalos de vidro, acoplamentos de carruagens ferroviárias, engrenagens de acoplamento, válvulas, acessórios, corrediças, bocas de incêndio, isoladores moldados de grandes dimensões utilizados no sector elétrico, entre outros, podem ter roscas de junta.

Fios de rosca sem-fim

Embora sejam mais profundas do que as Acme Threads, as suas formas são notavelmente semelhantes. Estão também num ângulo de 29°. As roscas sem-fim são normalmente utilizadas em sistemas em que a transmissão de energia ocorre num ângulo reto (próximo de 90°), como nos sistemas de engrenagens sem-fim dos automóveis. O ângulo exato pode variar de acordo com a conceção específica. As rodas de sem-fim encaixam perfeitamente no eixo, uma vez que três dos seus dentes são roscados.

Um e vários threads

É concebível que uma peça de trabalho tenha algumas roscas distintas e independentes a correr em simultâneo com ela. Por conseguinte, quando um parafuso é totalmente rodado, designa-se por parafuso de rosca simples. Além disso, uma única rosca está em movimento. Nos parafusos de rosca múltipla ou de arranque múltiplo, há mais do que uma rosca presente num dado momento. As roscas independentes são arranques, e podemos ter um arranque simples, dois arranques, três arranques, etc.

Fios quadrados

Uma rosca quadrada tem uma raiz extremamente forte. É uma rosca de parafuso muito utilizada que tem o seu nome devido à sua secção transversal quadrada. Estas roscas aplicam-se em macacos de parafuso, máquinas de prensar, aparelhos de levantamento de pesos, transmissão de energia, aplicação de pressão e equipamento de fuso de torno. Embora ofereçam menos resistência ao movimento por fricção do que as roscas Whitworth, as roscas quadradas não são tão robustas como as roscas em V. Não têm um número definido por polegada ou uma medida exacta.

Roscas cónicas

Este tipo de rosca tem roscas cónicas, que são roscas cortadas numa superfície cónica. Aplicável em veios como os fusos para polimento. Podem ser roscas à esquerda ou à direita.

Estes fios têm múltiplas funções.

Vantagem mecânica: Aplica-se a mecanismos de elevação como macacos e roldanas.

Precisão: Certificar-se de que os instrumentos de medição, como os micrómetros, são exactos.

Transmissão de energia: o movimento de energia de um sítio para outro.

Controlo da velocidade: Regulação e redução dos movimentos.

Peças de ligação: Montagem de parafusos e porcas.

Fios do vendedor

A American National Thread tem um ângulo de 60° e é uma rosca em forma de V. A sua parte inferior e superior são planas. Esta rosca, muito utilizada, foi criada pela Instituto Americano de Normas. Devido à sua maior relação resistência/peso, a National Fine Thread, uma variante mais fina, é frequentemente utilizada nas indústrias automóvel e aeroespacial.

Rosca métrica (M) ou rosca internacional

A rosca mais popular e amplamente utilizada na Europa é, sem dúvida, a rosca métrica ISO, normalizada a nível mundial. É por vezes designada por rosca standard. Os milímetros medem o diâmetro e o passo. M é a letra de código para a rosca métrica. O seu parafuso é plano e a raiz é redonda. Os parâmetros da rosca são preparados pela norma indiana (IS) 1330-1958: o diâmetro nominal em milímetros vem em primeiro lugar, seguido do passo (distância entre roscas) em milímetros. A título de exemplo, a notação "M20 x 2,5" indica uma rosca com um diâmetro de 20 mm e um passo de 2,5 mm, ou seja, 20 roscas por polegada.

Rosca padrão britânica.

Roscas Whitworth padrão britânico (BSW)

A rosca de controlo grosseira britânica recebeu o nome do engenheiro britânico Joseph Whitworth. Esta rosca destinava-se a facilitar a permutabilidade. A rosca Whitworth mede em polegadas e tem um ângulo de flanco de 55 graus. A sua crista, bem como a raiz, é redonda. Tem aplicação em muitas tarefas, tais como parafusos de porcas normais.

Rosca fina padrão britânica. (B.S.F)

Esta rosca assemelha-se à rosca BSW na sua forma. Esta rosca tem igualmente um ângulo de 55°, mas tem mais fios por polegada, o que significa que os fios são mais finos. Como resultado, o aperto torna-se mais forte. Este parafuso de porca roscada aplica-se em locais com níveis de vibração mais elevados.

Roscas de tubo padrão britânico

Têm um corte cónico de 3/4 por pé e um ângulo de 55°. São aplicáveis em tubagens de vapor, condutas de gás e acessórios para tubagens sanitárias. Além disso, são à prova de fugas devido ao cone.

Fios da Associação Britânica

Esta rosca está presente em dispositivos mecânicos e eléctricos minúsculos e sensíveis, incluindo relógios, contadores, televisores, rádios e aparelhos eléctricos. Estas roscas adaptam-se a parafusos de porca de 6 mm ou 1/2′′ e têm um ângulo de 47 1/2°.

Este quadro apresenta um resumo dos vários tipos de rosca e das suas classificações. Podem existir critérios específicos e modificações.

Conceção e consideração da rosca

O design da rosca é um componente essencial da engenharia, influenciado por elementos como a carga, o material, o ambiente e a aplicação. Os projectistas têm em conta o perfil, o passo, a profundidade e a tolerância da rosca para maximizar o desempenho. Numerosos tipos de cargas influenciam a resistência da rosca, incluindo cargas estáticas, dinâmicas e de fadiga. A durabilidade, a resistência ao desgaste e a proteção contra a corrosão são afectadas pela escolha do material. As variáveis ambientais, como a humidade e a temperatura, afectam o desempenho da rosca. Além disso, a função da rosca - seja para vedação, transmissão de energia ou fixação - depende da aplicação específica. Através de uma avaliação meticulosa destes factores, os engenheiros podem escolher ou criar roscas que sejam adequadas a uma variedade de tarefas de engenharia.

Falhas de rosca e prevenção

O tipo de rosca afecta as falhas de rosca. As roscas quadradas são mais susceptíveis de gripagem e de encravamento do que as roscas em V, que tendem a descarnar com mais frequência. As roscas Acme combinam elementos de ambas, enquanto a fadiga de raiz pode ocorrer em roscas de reforço. As roscas de tubos podem descarnar ou falhar devido à corrosão, enquanto as roscas métricas são propensas a falhas gerais, dependendo da classe da rosca e da carga. Ao abordar estes factores, o risco de falhas nas roscas pode ser significativamente reduzido.

Importância dos tipos de rosca e tendências futuras

Uma compreensão abrangente da tecnologia de roscas é indispensável para os engenheiros. Uma vez que os componentes roscados são tão comuns nos sistemas de engenharia, este conhecimento é essencial para a sua conceção, seleção e utilização. Os engenheiros podem solucionar problemas com sucesso, otimizar o desempenho dos componentes e reduzir os custos, tendo um conhecimento profundo das categorias de roscas, materiais e métodos de produção. Além disso, garantir a fiabilidade e a segurança do produto requer uma base sólida na tecnologia de roscas.

O aumento das capacidades dos tipos de roscas já existentes será provavelmente o principal objetivo dos futuros desenvolvimentos na tecnologia das roscas. Isto envolve a criação de novos materiais com maior resistência e durabilidade, a investigação de processos de produção de ponta para geometrias de rosca complexas e a incorporação de tecnologias inteligentes para roscas que se podem auto-monitorizar e adaptar. Além disso, os sectores em desenvolvimento terão de se concentrar na investigação de formas de otimizar o desempenho das roscas em ambientes difíceis, como ambientes corrosivos ou temperaturas elevadas.