Os Pinos Espirais da SPIROL são projetados para resistir à impactos e forças dinâmicas ou oscilantes. As forças dinâmicas devem ser calculadas de acordo com os princípios de engenharia e o pino deve ser selecionado com uma tensão de cisalhamento estática superior às forças dinâmicas calculadas. Sempre que for possível calcular as forças dinâmicas teóricas, torna-se necessário determinar a carga estática a qual a junta estará sujeita. Dependendo da severidade do impacto e da vibração, deve-se aplicar um fator de segurança adequado. Forças dinâmicas menores podem, geralmente, ser desconsideradas.

Devido aos diversos fatores envolvidos em uma situação dinâmica, é impossível definir precisamente condições de testes que poderiam fornecer dados a serem facilmente aplicados à uma situação real. No entanto, para todos os novos projetos, a SPIROL recomenda que o teste de ciclo de vida da montagem real seja realizado sob condições simuladas do mundo real para garantir que o pino atende aos requisitos de desempenho desejados. A simulação não deve ser acelerada à medida que uma nova situação dinâmica for criada. Um pino com desempenho adequado irá, eventualmente, falhar sem causar danos ao furo, porém, apenas depois de alcançada a vida útil da montagem.

A falha dinâmica não ocorre no plano de cisalhamento. Não se trata de um corte reto, mas, sim, uma falha helicoidal. Como resultado, o pino deve continuar a funcionar mesmo após a falha, que pode ser descoberta apenas durante a desmontagem.

Orientações de Projeto

Estudos independentes1 resultaram nas seguintes descobertas:

• Ao contrário do cisalhamento estático, onde sempre ocorre fratura no plano de cisalhamento, na falha dinâmica dos Pinos Elásticos Espirais, a fratura ocorre com alguma distância do plano de cisalhamento. Isso comprova a flexibilidade do pino. Além disso, a fratura no Pino Espiral progride de forma helicoidal a partir do espiral externo, de modo que o pino continua a funcionar após a fratura inicial.

• A resistência dinâmica diminui à medida que o comprimento do Pino Elástico aumenta em relação ao diâmetro. Esta diminuição ocorre menos com os Pinos Espirais da SPIROL que em outros Pinos Elásticos.

• Em todos os testes, os Pinos Espirais sobressaíram-se aos Pinos Elásticos. Em alguns exemplos onde outros pinos apresentaram falha em menos de 100000 ciclos, Pinos Espirais projetados adequadamente apresentaram uma vida com resistência infinita sob a mesma carga (conforme mostrado abaixo).

É importante começar a análise identificando as forças às quais o pino será submetido. Posteriormente, deve-se avaliar o material de acoplamento para determinar a carga do Pino Espiral. O diâmetro do pino para resistir às forças identificadas deve, então, ser determinado a partir da tabela de forças de cisalhamento (nas páginas 14-19) levando em consideração estas instruções adicionais:

• Sempre que o espaço for suficiente, utilize pinos de carga padrão. Este pino apresenta a combinação ideal entre força e flexibilidade para uso em componentes de aço leve e não ferrosos. Ele também é recomendado para componentes endurecidos devido à suas maiores qualidades de absorção de impactos.

Escolhendo a Carga e o Diâmetro Adequados

Dados Técnicos - Resistência ao Cisalhamento e Forças Dinâmicas

• Pinos de carga pesada devem ser utilizados em materiais endurecidos onde as limitações de espaço ou de projeto excluem um pino de diâmetro maior em carga padrão.

• Pinos de carga leve são recomendados para materiais macios, quebradiços, finos e também onde os furos estiverem próximos às bordas. Em situações onde não houver cargas significantes, os pinos de carga leve são geralmente utilizados devido à facilidade da instalação, que resulta em baixa força de inserção.

1 • Trabalho ASME nº 58-SA-23 por Dr. M.J. Schilhasl • Konstruction 1960, Assunto 1: Páginas 5-13; Assunto 2: Páginas 83-85

ambos por Prof. Dr.–Ing K. Lürenbaum

200 kg

150

100

50

0 1,5 3 4,5 6-105

CICLOS

FOR

ÇA

Resultados do teste mostrando Pinos Elásticos Espirais superando os Pinos com Fenda.

A 150 kg, o Pino com Fenda falhou em 75 mil ciclos, enquanto o Pino Espiral atingiu ciclos infinitos.1

Orientações de Projeto

Para obter o alinhamento ideal ao utilizar Pinos Espirais, dois elementos primários de projeto devem ser respeitados:

1) Os diâmetros dos furos nos componentes em contato com o pino devem ser dimensionados corretamente para alcançar a interferência e a precisão desejadas do alinhamento.

2) Em todas as aplicações, o comprimento de engajamento do Pino Espiral no componente que está fornecendo retenção primária não deve ser menor que 60% do comprimento total do pino. O comprimento saliente que sobrar irá se alinhar com a peça secundária. É recomendado aumentar o comprimento inicial de engajamento em aplicações de furo passante; no entanto, o Pino Espiral deve estar protuberante a fim de proporcionar o alinhamento com o componente primário.

Ajuste da interferência para precisão máxima do alinhamento:Os Pinos Espirais são molas funcionais que se adaptam aos furos nos quais são instalados. A força de montagem para alcançar uma precisão máxima no alinhamento não deve exceder uma 'leve' pressão para o assentamento dos componentes de acoplamento. Dependendo da carga do Pino Espiral, da quantidade de pinos de alinhamento e do material do acoplamento, essa pressão deve ser tão suave quanto um leve empurrão com a palma da mão ou com uma marreta. Um ajuste com interferência não deve ser confundido com o ajuste de um Pino de Alinhamento tradicional, que requer tipicamente um assentamento com pressões hidráulicas ou pneumáticas. Este é um benefício primário do Pino Espiral.

Para garantir um ajuste de pressão leve, o tamanho do furo tanto no componente primário quanto no secundário deve corresponder precisamente à tolerância recomendada. Esta ação pode não ser prática se os furos não forem feitos juntos em uma montagem.

Em situações onde o diâmetro dos furos não puderem ser precisamente iguais ou onde os custos de acabamento/mandrilagem não forem permitidos, a habilidade de compensar tolerâncias de furos maiores é um benefício significante dos Pinos Espirais. A tolerância recomendada deve ser dividida entre os componentes, como demonstrado abaixo. (Observação: Utilizar tolerâncias de fabricação inferiores às permitidas melhora ainda mais o ajuste e o alinhamento da montagem.)

Atribuir a maior tolerância ao local de retenção de 60% garante a interferência entre a extremidade livre do pino e o furo oposto, que é preparado na metade inferior da tolerância. Onde houver interferência não há folga, garantindo assim a projeção apropriada da posição do furo primário.

Ajuste da folga para alinhamento de curso e facilidade da montagem:Se for desejado um ajuste com folga sobre o pino para facilitar a montagem, será necessário compensar a recuperação do espiral na extremidade livre do pino. Para determinar o diâmetro máximo da extremidade livre do diâmetro do pino, instale 60% do comprimento do pino no furo do componente primário e meça o diâmetro exposto. Um fator de folga de 0,025mm (0,001”) a 0,05mm (0,002”) deve ser adicionado à extremidade livre do pino dependendo da precisão de alinhamento desejada.

Localização e Alinhamento

Tamanho de furo recomendado e profundidade do pino para CLDP 4 x 20 LBK

12mm

4,06+0,06-0,00 4,06

+0,00-0,06

Tamanho de furo recomendado para ajuste com folga de um CLDP 4 x 20 LBK

12mm

4,06+0,06-0,06 4,17

+tol. de produção-0,00

Este diagrama demonstra a profundidade adequada de instalação. Quando o Pino Espiral é instalado em menos de 60% de seu comprimento total, duas situações podem ocorrer:

• (y) ou o diâmetro da extremidade livre não será controlado adequadamente, criando um ajuste inconsistente quando as peças forem alinhadas no processo de produção.

• O pino pode não manter a posição no componente em que ele deve ser mantido durante a desmontagem no futuro. Esse fato é de grande importância quando diversos pinos de alinhamento são utilizados entre os componentes.

y ≈ Ay > A

< 60%

A

A

y

y

Mínim

o60

%Quando utilizada como bucha livre de alinhamento, a força da montagem não é levada em consideração, embora seja importante notar que se deve considerar utilizar Pinos Espirais como uma solução para a folga da junta. Conforme descrito anteriormente, os Pinos Espirais oferecem o benefício do ajuste com folga zero, sem a complexidade adicional da alta força de inserção.

Projeto do Eixo

Orientações de Projeto

Um dos benefícios primários de se utilizar um Pino Espiral para fixar um cubo ou um pinhão a um eixo é a habilidade do Pino Espiral de prevenir danos ao furo. Existem algumas orientações de projeto que devem ser seguidas a fim de alcançar a força máxima do sistema de fixação e prevenir danos ao eixo e/ou ao pinhão:

Eixo - O furo em um eixo não deve exceder 1/3 do diâmetro do eixo. Para eixos de aço leve e não ferroso, recomenda-se pinos de carga padrão. A força extra de um pino de carga pesada é apenas benéfica se o furo for menor que 1/4 do diâmetro do eixo ou se o eixo for endurecido.

Pinhão – A SPIROL recomenda que o pinhão seja projetado com uma parede de espessura mínima de 1,5 vezes o diâmetro do pino. Do contrário, a força do pinhão não combinará com a tensão de cisalhamento do pino. À medida que a espessura da parede do pinhão aumenta, a área do material ao redor do pino para absorção da carga também aumenta.

Eixo e Pinhão – O diâmetro dos furos ao longo tanto do eixo quanto do pinhão deve coincidir precisamente a fim de eliminar qualquer movimento do pino dentro dos furos. Recomenda-se que a diferença entre os furos não exceda 0,05mm (0,002”). Do contrário, o pino estará sujeito à cargas dinâmicas onde muito pouca alteração

na velocidade poderia representar uma enorme mudança na força da montagem. Deve-se ter o cuidado de garantir que os furos estejam feitos ao longo do centro do eixo e do pinhão.

O diâmetro externo (DE) do eixo e o diâmetro interno (DI) do pinhão devem ser projetados de modo que a distância entre os planos de cisalhamento (DE - DI) não exceda 0,13mm (0,005"). Além disso, não se recomenda o uso de

escareadores, especialmente no furo do eixo. Do contrário, o pino será exposto à flexão e a resistência máxima do sistema de fixação não será alcançada. Isto poderia levar ao desgaste prematuro da montagem.

Diâmetro do Furo =Máx. de 1/3 do Ø

do Eixo

Espessura Mínima da Parede do Eixo =

1,5 x Diâmetro do Pino

Um escareador aumenta a distância entre os planos de cisalhamento. Isto pode causar abaulamento do pino e, então, reduzir sua força.

É importante notar que os tamanhos de furos recomendados (nas páginas 14-19) podem não ser adequados para todas as aplicações. Existem diversas aplicações que necessitam de um tamanho de furo diferente para garantir a função adequada da montagem. Por este motivo, recomenda-se consultar a SPIROL para novos projetos.

Mesmo que o Pino Espiral absorva várias tolerâncias de furos, considerar tolerâncias mais apertadas, especialmente em algumas aplicações como articulações de ajuste com interferência, alinhamento de precisão e montagens de engrenagem e eixo, resultará em melhor desempenho.

Em todos os casos, deve-se ter o cuidado de possuir material suficiente ao redor do pino para prevenir abaulamento e deformação do material de acoplamento. Em muitas aplicações, as cargas aplicadas serão muito superiores às tensões exercidas pelo Pino Espiral. Nunca especifique um Pino Espiral não tratado termicamente para uso em um furo endurecido.

No caso de materiais de acoplamento endurecidos com furos produzidos com furadeira, as bordas do furo devem ser rebarbadas. Um escareador não elimina a borda afiada

Projeto do Furo

de um furo endurecido e, em vez disso, desloca a borda afiada até a transição com a entrada do furo. Além disso, os escareadores aumentam a distância entre os planos de cisalhamento, o que pode prejudicar o desempenho do pino (como mostrado à esquerda). Furos fundidos ou sinterizados devem ser produzidos com um leve raio de entrada.

Recomenda-se, para furos estampados ou perfurados, que os pinos sejam inseridos na mesma direção que a estampa para prevenir que qualquer resíduo de rebarba interfira na instalação do pino.

Desalinhamento Permitido para o Furo – Os Pinos Espirais são capazes de compensar

pequenos desalinhamentos uma vez que são fabricados com um generoso chanfro de entrada. Para determinar o desvio máximo entre os furos de acoplamento nos quais o Pino Espiral está instalado, utilize o seguinte cálculo: MPHM = ½ (H-B) onde;

MPHM = Desalinhamento Máximo Permitido para o FuroH = Diâmetro mínimo do segundo furo por onde o pino será inseridoB = Diâmetro do chanfro (considere que seja igual à dimensão “B Max” listada nas páginas 14-19)

Para projetar uma articulação de encaixe livre, primeiro estabeleça o tamanho máximo do furo no componente de retenção (com interferência). Insira o Pino Espiral no componente de retenção e meça o diâmetro livre do pino no centro do vão. Adicione um valor para proporcionar alguma folga para o membro giratório, geralmente 0,02mm (0,001") para estabelecer o diâmetro mínimo do furo livre. Então adicione a tolerância de produção necessária para atribuir o diâmetro máximo do furo livre.

Se o ajuste estiver no membro interno da montagem, a medida que o pino é instalado, cria-se uma extremidade dimensionada e não dimensionada do pino. A extremidade do pino que não foi inserida através do furo será maior do que aquela que foi dimensionada pelo furo. Por isso, meça o diâmetro da extremidade não dimensionada para determinar o diâmetro mínimo do furo livre nos membros externos.

ARTICULAÇÃO DE AJUSTE COM ATRITO

Para projetar uma articulação de ajuste com atrito, o Pino Espiral deve criar uma tensão radial em todos os componentes da articulação. A fricção máxima será obtida quando todos os furos forem precisamente equivalentes em diâmetro. O desvio nos tamanhos dos furos de um componente para o outro resultará em redução da fricção da articulação na montagem. Se o fabricante não for capaz de manter o mesmo diâmetro de furo em cada componente, a tolerância deve ser dividida entre os componentes. É mais comum atribuir a metade inferior da tolerância aos furos externos e a metade superior aos furos internos.

O Pino Espiral simplifica o projeto uma vez que não há necessidade de incorporar o desalinhamento entre os furos para alcançar a fricção, como no caso dos Pinos Sólidos rígidos. Os Pinos Espirais apresentam melhor desempenho quando instalados em furos retos e alinhados. As características elásticas do Pino Espiral podem ser utilizadas para alcançar um desempenho excepcional, manter o ajuste desejado e o funcionamento correto por toda a vida do produto.

Embora este catálogo ofereça diretrizes gerais de projeto, recomenda-se que a SPIROL seja consultada para garantir que o projeto ideal de articulações seja empregado em cada aplicação.

Orientações de Projeto

Projeto de Articulação

Existem dois tipos principais de articulações:

1) Uma articulação de ajuste livre apresenta pouco ou nenhum atrito ou resistência quando o fecho ou alça são girados. Os componentes da articulação estão "livres" para girar independentes uns dos outros.

2) Uma articulação de ajuste com atrito requer interferência para prevenir a rotação livre dos componentes relacionados uns aos outros. Dependendo do objetivo do projeto, a força pode variar de uma ligeira resistência até o valor necessário para manter os componentes fixos na posição, em qualquer parte da faixa de rotação.

Os Pinos Elásticos Espirais se adaptam particularmente bem para o uso tanto em articulações de encaixe livre quanto em ajuste com atrito. Para um desempenho adequado e de longa duração da articulação, os projetistas devem observar algumas instruções básicas de projeto. Independente do tipo de pino utilizado, a lacuna entre os componentes articulados deve ser minimizado para reduzir a folga e evitar a flexãodo pino.

ARTICULAÇÃO DE AJUSTE LIVRE

Se uma articulação de ajuste livre é desejada, o diâmetro do Pino Espiral pré-instalado é de mínima importância uma vez que o diâmetro do pino é determinado pela retenção ou pelo(s) furo(s) menor(es). Os Pinos Espirais são molas funcionais e a recuperação e a retenção em locais de ajuste livre devem ser considerados. A quantidade da recuperação/retenção depende do diâmetro do(s) furo(s) menor(es) e do "vão livre" do pino. O vão livre é definido como a distância não suportada do pino quando instalado no componente de ajuste livre. À medida que o vão aumenta, o diâmetro do pino também aumenta uma vez que ele "recupera" uma parte de seu diâmetro pré-instalado.

Para uma melhor distribuição de carga e menores tolerâncias de articulações, recomenda-se que o ajuste do Pino Espiral seja feito nos membros externos da articulação. A espessura mínima dos membros externos deve ser igual ao diâmetro do pino. Se a espessura dos membros externos for menor que o diâmetro do pino, então o ajuste deve ser feito no furo interno.

Minimizar a Lacuna

ALÇA

TRAVA

TRAVA

Comprimento do vão

Comprimento do vão

ALÇA

Comprimento do vão

Pino InseridoNesta Direção

Extremidade não Dimensionada

Extremidade Dimensionada

4 © 2018 SPIROL International Corporation 03/18

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