As conexões instantâneas são um dos mecanismos de conexão mecânica mais comuns encontrados em produtos ao nosso redor. A ação de “tirar algo” geralmente se refere a um snap no fundo. Tampas de Tupperware, tampas de garrafa e tampas de caneta são exemplos comuns de produtos de encaixe rápido.
Este texto discute conexões instantâneas em detalhes. Abordaremos diferentes tipos de conexões instantâneas, as vantagens e desvantagens das conexões instantâneas e algumas dicas e truques interessantes para o projeto de conexões instantâneas.
O que é fecho instantâneo?
Vamos começar com uma definição formal de fecho instantâneo. Um bloqueio instantâneo é um arranjo mecânico que conecta componentes flexíveis. Os componentes correspondentes, geralmente feitos de plástico, possuem recursos flexíveis projetados para bloquear o movimento uns dos outros quando colocados em uma posição relativa específica. Para criar a trava, um componente é pressionado contra o outro, deformando os recursos flexíveis até que eles “se encaixem” em suas posições de travamento.
Conexões instantâneas
As conexões instantâneas são um tipo de mecanismo de conexão mecânica que aproveita as vantagens de uma conexão instantânea. Eles são criados por componentes que podem ser interligados. Além disso, os componentes de encaixe não requerem fixadores adicionais para mantê-los unidos.
No entanto, sua característica mais marcante é que são reutilizáveis. Isso significa que os usuários podem montar e desmontar conexões de encaixe milhares de vezes sem que o mecanismo perca qualidade. Geralmente este não é o caso com outros tipos de fixadores. Por exemplo, os especialistas recomendam descartar os fixadores roscados após uso repetido.
A flexibilidade é uma propriedade importante do material para componentes de bloqueio de encaixe porque eles se deformam temporariamente quando são encaixados e retirados. Uma vez travados, os componentes retornam à sua forma original sem deformação permanente. Portanto, os plásticos são frequentemente usados para fazer conexões de encaixe devido à sua flexibilidade e durabilidade.
Tipos de conexões instantâneas
Existem diferentes tipos de conexões instantâneas com aplicações, vantagens e limitações específicas. Esta seção explica os tipos mais importantes.
1. Fecho de pressão cantilever
Os encaixes cantilever são provavelmente os mais comuns dos diferentes tipos de encaixes. Eles consistem em um braço cantilever com um recurso de travamento na extremidade livre. Para a montagem, o componente é inserido com o braço em uma reentrância do outro componente, o que deforma o braço. Finalmente, o recurso de travamento se encaixa no final do recesso e o braço retorna ao seu formato original.
É uma junta mecânica durável disponível em versões temporárias e permanentes. Um problema comum é a deformação permanente do braço da lança. O alongamento excessivo pode fazer com que o braço não consiga retornar à sua forma original ou até mesmo quebre.
2. Conexão instantânea em forma de anel
Os acessórios de encaixe anulares consistem em um anel circular que se expande quando deslizado em uma ranhura rígida e correspondente. A expansão cria tensão no anel anular, criando força de atrito suficiente para mantê-lo na estrutura da ranhura.
Esta trava de pressão é adequada para aplicações pesadas devido à distribuição uniforme da tensão em formatos em forma de anel. No entanto, existe o risco de estiramento excessivo e o uso excessivo também pode fazer com que a trava de encaixe se solte com o tempo.
3. Fecho de pressão de torção
Os encaixes de torção são muito semelhantes aos encaixes cantilever, pois possuem braços cantilever com recursos de travamento semelhantes a clipes. No entanto, o braço permanece em posição por uma força de torção (geralmente proveniente de uma mola e de um rolamento).
Para montar/desmontar é necessário trabalhar contra a força da mola e soltar o clipe de travamento. É uma conexão simples, com menor risco de falha e longa vida útil.
4. Fecho de pressão em forma de U
As conexões de encaixe em forma de U, como o nome sugere, possuem um elemento de travamento em forma de U. A maneira mais fácil de imaginar isso é pensar em uma junta de encaixe em balanço com o braço dobrado até a metade sobre si mesmo. Funciona de maneira semelhante. O braço flexiona durante a montagem/desmontagem e o clipe trava os componentes.
É um design de bloqueio de pressão útil e durável. No entanto, é mais propenso ao estiramento excessivo devido a múltiplas áreas de concentração de tensão. Além disso, não é fácil de fabricar devido à sua geometria.
Vantagens das conexões instantâneas
As conexões instantâneas são usadas em muitas áreas devido às suas inúmeras vantagens no design de produtos. Um breve resumo de seus principais benefícios é o seguinte:
Fácil montagem/desmontagem
Em contraste com a maioria das conexões mecânicas, os fechos de pressão são muito práticos de usar. Eles podem ser fixados e removidos em segundos e não requerem ferramentas especiais (como chaves de fenda para parafusos).
Nenhum hardware adicional
Conexões instantâneas são suficientes para criar conexões mecânicas. Não são necessários fixadores adicionais, como porcas, arruelas, parafusos, etc., para conectar os componentes.
Confiável e durável
Quando usados corretamente, os fechos de pressão podem durar a vida toda. Têm uma vida útil de vários anos e geralmente não contribuem para inutilizar um produto.
estética
Geralmente, os fixadores mecânicos são visíveis e podem tornar o produto feio. Por exemplo, na indústria aeroespacial existem milhares de fixadores. Os fechos de pressão geralmente não são visíveis do lado de fora, preservando o design estético dos produtos.
Limitações no uso de conexões instantâneas
É claro que um produto como os fechos de pressão, com as suas inúmeras vantagens, também tem algumas limitações. Discutiremos isso agora.
Processo de produção complexo
Os recursos de intertravamento e as áreas de concentração de tensão tornam a produção de conexões instantâneas um desafio. Recursos como clipes de travamento exigem cortes no projeto do molde, aumentando a complexidade e o custo. Além disso, como existe o risco de as juntas ficarem excessivamente esticadas quando ejetadas do molde, são necessários cuidados e tempo especiais.
Fácil de quebrar
As peças flexíveis podem quebrar facilmente. O mesmo se aplica aos fechos de pressão. Embora sejam duráveis, eles estão sujeitos a quebrar sob leve sobrecarga.
Conexões mais fracas do que duradouras
As conexões instantâneas são conexões não permanentes cuja resistência não é comparável à dos parafusos, porcas e pernos. Embora esta comparação não seja justa dadas as aplicações específicas das conexões instantâneas, acreditamos que ainda vale a pena mencioná-la.
Problemas comuns de design Snap-Fit
Embora as conexões instantâneas sejam duráveis e eficientes, elas apresentam alguns problemas comuns que às vezes levam a falhas. Essas são coisas que você deve ter em mente ao projetar e usar conexões instantâneas para evitar problemas.
Concentração de estresse: A concentração de tensão refere-se à condição na qual uma pequena parte da conexão de encaixe está sob uma tensão muito maior do que outras peças. Se as tensões nestas áreas excederem os limites de resistência do material, a estrutura irá falhar. As concentrações de tensão são comuns em conexões de encaixe porque elas são flexíveis e possuem curvas/voltas em sua geometria que são suscetíveis a altas tensões.
Arrastar: Fluência é um fenômeno no qual um material enfraquece sob carga durante um longo período de tempo. Como as conexões de encaixe permanecem carregadas por longos períodos de tempo, ocorre fluência, o que pode comprometer sua integridade estrutural.
fadiga: A fadiga refere-se ao enfraquecimento de uma estrutura devido ao carregamento cíclico/repetitivo. As conexões de encaixe podem sofrer falhas por fadiga devido à montagem/desmontagem frequente.
Condições ambientais: O desempenho das conexões de encaixe pode ser afetado por condições como altas temperaturas, exposição a produtos químicos e umidade.
Melhores dicas para projetar conexões instantâneas duradouras
O desenvolvimento de fechos de pressão é um campo desafiador. Os engenheiros precisam considerar vários fatores ao projetar fixadores de pressão e manter em mente os aspectos práticos mencionados acima. As decisões de projeto dependem muito de fatores como aplicação, disponibilidade de material, capacidade de fabricação e orçamento.
Nesta seção, compartilhamos algumas dicas de especialistas sobre as melhores práticas de design de encaixe rápido.
Tolerância razoável
A maioria dos problemas surge porque o ajuste mecânico entre os componentes interligados é muito grande ou muito pequeno. Ajustes apertados resultam em altas concentrações de tensão e ajustes frouxos não têm força de engate suficiente no ponto de conexão. Uma regra geral é projetar a conexão com uma tolerância entre ajustes de interferência e ajustes deslizantes.
Rodapé no braço cantilever
Um método comum para reduzir as concentrações de tensão é eliminar as características geométricas que as causam. Para juntas cantilever, estes são os cantos vivos na base do braço. Arredondar esses cantos aumenta sua resistência às concentrações de tensão.
Clipe largo
O clipe é um componente importante das conexões de encaixe e carrega uma grande parte da carga. Um clipe mais largo é mais estável. Portanto, é capaz de suportar melhor o estresse.
Paradas e ilhós
Estas são características de projeto que evitam o aninhamento excessivo de componentes interligados, o que levaria a concentrações de tensão e estiramento excessivo. Além disso, eles também são úteis para alinhar componentes correspondentes e distribuir sua carga.
Design cônico
Adicionar uma ligeira conicidade ao design da trava de pressão reduz as concentrações de tensão e o consumo de material.
Áreas de aplicação de conexões instantâneas
As conexões Snap têm inúmeras utilizações devido à sua facilidade de uso e conveniência. Destacaremos alguns dos usos mais comuns.
Snaps: Os encaixes são incrivelmente úteis para fixar peças duráveis e de ótima aparência, eles permanecem invisíveis e criam uma conexão forte.
Tampas de caneta: As tampas das canetas geralmente têm fechos de pressão em forma de anel. Os usuários os pressionam na parte superior da caneta, fazendo com que abram um pouco e fechem bem a caneta.
Fechamentos de bolsas: Os pequenos fechos de pressão das mochilas de trekking são úteis quando estão cheias e difíceis de manusear. Essas fortes conexões de encaixe são conexões cantilever que fornecem resistência suficiente para manter o conteúdo da mochila no lugar.
Tampa tupperware: Todos nós usamos Tupperware para embalar nossos alimentos. As tampas geralmente apresentam travas de pressão que duram anos sem quebrar e são fortes o suficiente para criar conexões herméticas.
Concluindo
As conexões instantâneas são, sem dúvida, uma parte importante da indústria de design de produtos, pois fornecem um método eficiente e prático de criar conexões mecânicas duradouras. Eles são onipresentes em nosso ambiente e são definitivamente importantes para os designers.
Perguntas frequentes
O que são conexões instantâneas?
As conexões instantâneas são um tipo de conexão mecânica em que elementos interligados mantêm duas partes juntas sem fixadores ou adesivos adicionais.
Quais processos são comumente usados para produzir conexões instantâneas?
O processo mais comumente usado para produzir conexões de encaixe é a moldagem por injeção. Usinagem CNC e impressão 3D também são usadas ocasionalmente.
Que materiais podem ser usados para conexões instantâneas?
Os materiais mais comuns para conexões de encaixe são plásticos como ABS, PETG, náilon e PLA porque são flexíveis e fáceis de moldar.
Quais são as tolerâncias adequadas para o design do snap lock?
Não existem regras rígidas e rápidas para a tolerância de projeto das conexões de encaixe, mas é recomendado que elas não sejam nem muito apertadas nem muito frouxas. Uma faixa típica para a largura da folga é de 0,2–0,5 mm, dependendo do tipo de conexão e do material utilizado.
