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ARTIGOS Spider Nut: solução inovadora para fi xação segura, econômica e fácil Dr. Ing. Mauro M. de Souza Juliano Savoy Paulo Cesar Sigoli Marcelo A. do C. Silva Elevadas cargas axiais aplicadas sobre determinados componentes de montagem móveis podem restringir seus movimentos e, em algumas aplicações, podem levar até o travamento total do sistema. A montagem destes componentes é caracterizada, geralmente, como de segurança e de elevada solicitação mecânica. Para estas aplicações são utilizadas, hoje em dia, porcas autotravantes ou porcas travantes. As porcas auto-travantes impõem um torque prevalente à junta, o qual evita o afrouxamento e mantém a montagem segura. O torque prevalente pode ser obtido por diferentes formas, como por exemplo, por deformação de alguns filetes da rosca, por diferença entre o passo de rosca da porca e do parafuso, porca com inserto metálico ou de poliamida. Já as porcas travantes, exigem um componente externo para garantia da função de fixação da montagem, tais como: cupilhas, anéis e capas de travamento, porém, as porcas travantes também podem ser representadas pela fixação através da deformação de uma determinada região da rosca da porca ou de um colar, simulando uma cupilha, após a montagem. Este procedimento, muitas vezes, envolve diversos componentes para a montagem, restringe a sua reutilização, aumenta custos, e possibilita falhas na linha de montagem e durante a manutenção futura. A solução inovadora da Neumayer Tekfor Automotive Brasil, chamada de Spider Nut, apresenta, em seu desenvolvimento, um sistema eficiente, de fácil montagem em linha e em manutenções futuras, sem comprometer a eficácia e a funcionalidade dos componentes da junta aparafusada. Esta solução combina características de funcionalidade tanto de porcas travantes como de auto-travantes. fotolia.com 20 Revista do Parafuso - Fevereiro / Março 2011
Figura 1 - Exemplo de elementos para fixação de um cubo de roda traseiro Para demonstrar o seu funcionamento, apresentaremos a Spider Nut em uma aplicação para fixação de cubos de roda traseiro sobre rolamentos cônicos. A montagem de rolamentos de rolos cônicos em cubos de roda, normalmente requer ajuste na pré-carga axial para evitar o bloqueio do rolamento e o conseqüente bloqueio da roda. A figura 1 apresenta um exemplo de um conjunto de componentes usado em uma montagem possível de um cubo de roda. Nesta figura pode ser visto o rolamento de rolos cônicos, o disco de pressão, a porca, a capa dodecagonal e a cupilha de segurança que evita a soltura do conjunto. 21 Revista do Parafuso - Fevereiro / Março 2011
Figura 2 - Exemplo de instalação de um cubo de roda traseiro A instalação de um cubo de roda segue os passos que estão descritos na figura 2. Primeiramente, o rolamento cônico é instalado (A) e então o disco de pressão é encaixado no eixo (B). A porca é instalada (C) e fixada até o correto ajuste axial do rolamento. Obtêm-se, com isto, o giro livre da roda sem folga axial (D). A capa é inserida sobre a porca de forma que seja possível posicionar a cupilha de segurança em um dos furos do eixo (E). A cupilha é dobrada nas extremidades para garantir a segurança do conjunto (F). Neste procedimento, requer-se muito tempo para instalação dos quatro componentes e também para a manutenção, gerando custos de produção, logística e de estoques. Para facilitar esta montagem, foi desenvolvido pela empresa um novo conceito de porca a qual é capaz de manter a segurança do sistema de travamento com maior precisão e eficiência. A Spider Nut é constituída de um corpo roscado, uma mola em forma de aranha e uma arruela de travamento. Sua utilização é adequada para aplicações em ponta de eixo de roda, aplicações para fixação de rolamentos cônicos ou em qualquer outra aplicação de segurança. Figura 3 - Porca montada A guia retangular da arruela na figura 4 se encaixa no rasgo de chaveta do eixo o qual evita a rotação entre a arruela e o eixo. Figura 4 - Posicionamento da arruela no eixo 22 Revista do Parafuso - Fevereiro / Março 2011
entre o corpo roscado e a arruela e, consequentemente, restringindo o movimento da porca com eixo. Dependendo do projeto, são possíveis até 102 posições para o encaixe de um dos braços da mola nos rasgos da arruela, ou seja, uma posição de acoplamento a cada 3,53º. Uma porca com rosca de passo 1mm, por exemplo, possuirá precisão de ajuste axial de 0,01mm. Figura 5 - Movimento do braço da mola CONCEITO DE OPERAÇÃO Com a introdução de uma chave soquete os braços da mola aranha se fecham liberando o movimento rotativo entre a porca e a arruela, e consequentemente permitindo o rosqueamento ou desrosqueamento da porca no eixo, como mostrado na figura 5. Quando a chave de soquete é removida, os braços da mola retornam à sua posição original e um dos braços se acopla em um dos rasgos da arruela bloqueando assim o movimento de rotação NOVO CONCEITO DE MONTAGEM DO CUBO DE RODA TRASEIRO O novo processo inovador de fixação do cubo de roda é feito de acordo com os passos mostrados na figura 6. Primeiramente, o rolamento cônico é instalado (A). O guia retangular da arruela é posicionado com a chaveta do eixo (B). A porca é encaixada no eixo (C), e uma chave soquete é introduzida no sextavado da porca para liberar o giro da mesma (D). A porca é apertada até que o correto ajuste axial do rolamento seja alcançado, objetivando-se, com isto, o giro livre da roda sem folga axial (E). Após a remoção da chave soquete, a porca permanece fixa no eixo (F), ou seja, o bloqueio ocorre imediatamente quando um braço da mola acopla em um dos rasgos da arruela. (G ). 23 Revista do Parafuso - Fevereiro / Março 2011
Figura 6 - Novo conceito de montagem do cubo de roda traseiro Apesar da montagem de cubos de roda com rolamentos de rolos cônicos ser complexa, devido à restrição das forças axiais atuando em todo o sistema, esta solução atende aos requisitos considerados essenciais para um produto superior e competitivo, como garantia de elevada segurança, redução de custos do sistema e otimização do tempo e recursos de montagem. VANTAGENS DA SPIDER NUT EM COMPARAÇÃO COM OUTRAS SOLUÇÕES Estoque e logística Linha de montagem Montagem Segurança Manutenção Aplicação Custo Posição em estoque de apenas uma única peça, ao em vez de vários componentes Rápida e fácil. Cerca de 60% mais rápida do que os atuais sistemas de montagem de cubos de rodas com rolamento de rolos cônicos. Com ou sem carga axial. Precisão - 0,01 mm de posicionamento axial da porca no parafuso. Solução segura contra perda de torque. Fácil manuseio para manutenções futuras dos componentes da roda. Sem limitação de reuso para a porca. Redução de custos de aproximadamente 10% em comparação ao sistema de fixação atual. Muitas soluções de sistemas de fixação têm sido desenvolvidas nos últimos anos a fim de garantir a segurança e eficiência de uma junta parafusada. Na maioria das vezes, essas se tornam muito caras e inviáveis para os clientes. As principais premissas para novas soluções em fixadores são, a segurança, o baixo custo e a facilidade de aplicação e manutenção, porém, um novo produto com a exclusão de um destes três requisitos ficará incompleta. A solução apresentada neste artigo, resulta de muitos anos de trabalho em sistema de fixação, a fim de reduzir os custos das linhas de montagem, e de ajudar os engenheiros a solucionar problemas freqüentes de juntas aparafusadas. A Spider Nut pode sempre ser pensada quando nos deparamos com sistemas complexos, onde muitos componentes são envolvidos, e que requerem elevado grau de segurança funcional, baixos custos de montagem ou manutenções futuras do sistema e com precisão de posicionamento axial no eixo roscado. *Dr.-Ing. Mauro Moraes de Souza Chief Engineer R&D Brazil mauro.souza@neumayer-tekfor.com.br *Juliano Savoy R&D Engineering Manager juliano.savoy@neumayer-tekfor.com.br *Paulo Cesar Sigoli R&D Product Engineer - Fastener paulo.sigoli@neumayer-tekfor.com.br *Marcelo Adriano do Carmo Silva R&D Product Engineer - Driveline marcelo.silva@neumayer-tekfor.com.br 24 Revista do Parafuso - Fevereiro / Março 2011