Diferenças entre ajuste por pressão e ajuste deslizante na fabricação

Os ajustes técnicos são um aspecto importante na produção de conjuntos mecânicos com bom funcionamento. Portanto, os projetistas devem compreender as nuances entre os diferentes tipos de ajustes projetados.

Este artigo fornece uma explicação detalhada das diferenças entre ajuste deslizante e ajuste interferente para esclarecer as diferenças que geralmente causam confusão.

O que é um ajuste de pressão?

Um ajuste de interferência, também chamado de ajuste de interferência, é um tipo de ajuste projetado no qual os componentes correspondentes são mantidos firmemente juntos por fricção. As peças apresentam interferência intencional entre as superfícies de contato, o que é a causa desse atrito excessivo.

Para fornecer mais clareza, vejamos o ajuste do eixo e do cubo padrão. Quando um cubo precisa se encaixar firmemente em um eixo para evitar movimentos laterais e rotacionais, sua abertura é intencionalmente mantida um pouco menor que o diâmetro externo do eixo. Isso é chamado de jogo com interferência positiva ou jogo negativo.

O encaixe por pressão é comunicado ao departamento de fabricação por meio de desenhos técnicos, que devem então ser mantidos pelos operadores da máquina. Um exemplo prático disso é a montagem de rolamentos em eixos, onde a usinagem do eixo é crítica em termos de dimensões de ajuste por pressão.

Exemplo de ajuste à pressão

Exemplos práticos de ajuste por pressão e ajuste deslizante, bem como cálculos técnicos ajudam a diferenciar entre ajuste deslizante e ajuste por pressão. Depois de determinar que o projeto requer um ajuste interferente, o engenheiro deve primeiro selecionar uma classe de tolerância e um sistema base apropriados, dependendo da aplicação da montagem.

O sistema de base vem com uma base de furo ou um sistema de base de onda. O sistema de base de furo utiliza o tamanho do furo como referência (fixo) e sugere a faixa de tolerância técnica correspondente para o eixo. Com o sistema de base de ondas, entretanto, ocorre o oposto.

Além disso, a classe de tolerância depende de quão apertado o ajuste precisa ser. A tabela a seguir mostra diferentes classes de tolerância para diferentes ajustes técnicos, tanto para o furo quanto para a base do eixo.

Voltemos ao exemplo do eixo do rolamento mencionado anteriormente. A figura a seguir mostra que o anel interno do rolamento requer um ajuste interferente com o eixo. Neste caso, o sistema de base de furo é aplicável porque o tamanho do rolamento é padronizado e o tamanho do eixo é personalizável.

Suponha que o engenheiro escolha um ajuste interferente do acionamento (H7/u6) e assuma que o diâmetro externo do rolamento é de 25 mm. Então a tolerância de ajuste interferente no furo deve ser de +48/-35 μm de acordo com a tabela de tolerância da base do eixo ISO 286.

Como calcular a força de ajuste de pressão?

Podemos dar um passo além e realizar cálculos de engenharia para determinar a força necessária para montar/desmontar os componentes. Além disso, também podemos determinar o torque de aperto da montagem final, que deve ser conhecido em condições de carga difíceis.

Pressão na superfície de contato

A seguinte fórmula se aplica para calcular a pressão na superfície de contato:

Os termos e seus respectivos valores para nossa caixa de rolamento são:

Para simplificar, assumimos que tanto o anel externo do rolamento quanto o eixo são feitos de aço. Para algumas das outras dimensões desconhecidas também usamos valores arbitrários. Além disso, assumimos que a interferência radial é de 10 μm, o que está dentro da tolerância de ajuste de interferência da tabela.

Se você inserir todos os valores na fórmula, obterá uma pressão de 11,98 MPa. Supondo que as superfícies de contato sejam completamente lisas (o que obviamente não é possível), essa pressão atua uniformemente em toda a superfície de contato. Portanto, este valor é aplicável ao valor Pmax que utilizaremos no próximo cálculo.

Força de retenção axial

Para calcular a força de retenção axial (força de montagem/desmontagem), podemos usar a seguinte fórmula:

Como antes, você encontra a explicação dos valores na tabela abaixo. A área de contato é calculada assumindo que o rolamento tem uma largura de 10 mm.

A força de retenção axial para esta configuração é de 564,6 N. Esta é a força que o fabricante deve utilizar como referência ao montar/desmontar o rolamento no eixo. Além disso, a carga axial no rolamento também não deve exceder este valor para evitar o deslocamento do anel interno.

Como o ajuste à pressão é alcançado?

Montar corretamente um ajuste de pressão é uma tarefa que requer habilidade e atenção. Como há interferência entre as peças correspondentes devido às dimensões do ajuste interferente, sua montagem não é tão fácil quanto, por exemplo, apertar uma porca em um parafuso.

Em geral, existem dois métodos comuns para obter um ajuste de interferência.

1. Força: As peças são posicionadas uma em frente da outra, sendo uma parte fixa e outra móvel. A força de montagem calculada na seção anterior é aplicada à peça móvel, forçando-a sobre/dentro da peça fixa, conseguindo assim um ajuste interferente.

Este método utiliza força bruta e geralmente requer que uma das peças tenha um chanfro (geralmente entre 10° e 30°) em um dos cantos correspondentes para facilitar a montagem.

2. Expansão/contração térmica: O outro método, que é mais adequado para ajustes de pressão muito justos ou precisos, é usar calor. Este método aquece o cubo até o ponto onde ele se expande termicamente o suficiente para deslizar facilmente sobre o eixo, ou resfria o eixo a uma temperatura onde ele se contrai o suficiente para deslizar para dentro do cubo. O último método também é conhecido como ajuste por contração.

Assim que o conjunto estiver em posição, os componentes retornarão gradualmente à temperatura ambiente. A expansão/contração térmica resultante cria o ajuste de interferência.

O que é um ajuste deslizante?

Vamos continuar com esta comparação entre ajuste deslizante e ajuste por pressão. Os componentes do conjunto de ajuste deslizante são capazes de se mover livremente uns em relação aos outros, ao contrário dos ajustes de interferência onde os componentes estão travados. No entanto, a amplitude de movimento ainda é bastante limitada. Imagine uma dobradiça de porta onde a dobradiça e seu pino giram livremente, mas apenas dentro de uma amplitude de movimento definida.

Falando mecanicamente, a ideia é deixar um pequeno espaço/lacuna entre as superfícies de contato para que possam deslizar facilmente umas sobre as outras. Outro nome para folga é interferência negativa ao definir a tolerância de ajuste deslizante.

Do ponto de vista técnico, os ajustes deslizantes são relativamente fáceis de avaliar. Como não há atrito excessivo na zona de encaixe devido à falta de deformação elástica, a pressão e a força são mais fáceis de calcular.

Exemplo de ajuste deslizante

As dimensões para ajustes deslizantes podem ser obtidas diretamente de uma tabela de tolerâncias. Podemos consultar nosso exemplo de rolamento na seção de ajuste por pressão. O anel externo do rolamento tem um ajuste de folga na caixa.

Neste caso, o sistema de base do eixo é aplicável porque o tamanho do anel do rolamento é constante enquanto o furo na carcaça/cubo é ajustável.

Suponha que os projetistas escolheram um ajuste deslizante (H7/g6) para posicionar adequadamente o rolamento no cubo, mantendo a liberdade de movimento e montagem. Como antes, determinamos a tolerância de ajuste deslizante a partir de uma tabela padrão.

Supondo que o anel externo do rolamento tenha um diâmetro nominal de 30 mm, isso resulta em uma faixa de tolerância de ajuste deslizante de +21/-0 μm de acordo com a ISO 286. Embora pareça um valor muito pequeno, faz uma grande diferença na eficiência do trabalho e na vida útil do conjunto.

Como o ajuste deslizante é alcançado?

Assim como os cálculos de ajuste deslizante, a montagem de ajuste deslizante também é mais conveniente do que os ajustes por pressão. Os métodos gerais para montar um ajuste deslizante são:

1. Força: Para ajustes deslizantes com pequena folga ou interferência, o método tradicional de aplicação de força mecânica é aplicável. Tal como acontece com os ajustes por pressão, as peças são colocadas na posição correta e a força é aplicada por uma máquina apropriada.

2. À mão: Como a maioria dos ajustes deslizantes não apresentam interferência, os componentes correspondentes simplesmente deslizam uns nos outros sem que nenhuma força externa seja aplicada. Nestes casos, os fabricantes realizam a montagem manualmente.

Diferenças entre ajuste por pressão e ajuste deslizante

Vamos resumir toda essa discussão e resumi-la em algumas dicas. As diferenças entre push-fit e press-fit não são tão grandes, mas fazem uma grande diferença no funcionamento da montagem.

Interferência/espaço livre

A diferença óbvia entre esses dois ajustes de engenharia é que os ajustes de interferência criam interferência entre as peças correspondentes, enquanto os ajustes de deslizamento criam folga.

Em outras palavras, com um ajuste interferente, o furo é menor que o eixo, o que significa que é necessário usar força para montá-lo. Com ajustes deslizantes, o furo é maior que o eixo e desliza facilmente sobre ele.

Graus de liberdade

Outra diferença importante entre os dois reside nos graus de liberdade de movimento dos componentes correspondentes. No ajuste por pressão, as peças correspondentes são rigidamente conectadas entre si, evitando qualquer tipo de movimento em qualquer direção.

Com ajustes deslizantes, por outro lado, há movimento relativo entre os componentes. Por exemplo, num sistema pistão-cilindro, o pistão se move livremente ao longo do eixo do cilindro. Contudo, o ajuste deslizante ainda restringe os outros dois movimentos laterais.

Deformação mecânica

A deformação mecânica é outra diferença entre ajuste deslizante e ajuste de interferência. Geralmente, em um ajuste interferente, as peças correspondentes sofrem deformação física nas superfícies correspondentes. Na maioria dos casos esta é uma deformação elástica, mas a deformação plástica também pode ocorrer em ajustes muito apertados ou em materiais plásticos com baixa resistência à fluência.

Em contraste, os componentes de ajuste deslizante não se deformam devido à folga positiva na tolerância de ajuste deslizante. Pode haver algum desgaste superficial ao longo do tempo devido à ação de deslizamento, mas isso é tudo.

Montagem e desmontagem

Devido à força necessária e à expansão/contração térmica, a montagem e desmontagem dos ajustes de pressão são mais exigentes.

Os fabricantes precisam controlar muitos outros parâmetros, como temperaturas, pontos de aplicação de aquecimento/resfriamento, força e resistência ao impacto dos materiais. Além disso, existe também o risco de os componentes da montagem serem danificados durante o processo. Por exemplo, forças elevadas ou mal direcionadas durante a montagem podem, às vezes, danificar os rolamentos.

Por outro lado, as conexões de encaixe são mais fáceis de montar. Normalmente a montagem é possível manualmente, o que é rápido, fácil e menos arriscado.

Capacidade de fabricação

Os ajustes de pressão podem exigir uma fabricação mais precisa para obter a interferência necessária. Como vimos na seção Cálculos, a tolerância do ajuste por pressão é fundamental para um ajuste por pressão bem-sucedido. Pequenas alterações nas dimensões do ajuste por pressão podem resultar em níveis de pressão insustentáveis ​​e falhas subsequentes.

Os ajustes deslizantes oferecem mais flexibilidade nas tolerâncias de fabricação, tornando-os um pouco mais fáceis de serem alcançados sem a necessidade de tolerâncias extremamente rígidas. No entanto, a precisão da fabricação ainda é um requisito fundamental. Toda a interface deve ter a tolerância correta para permitir um movimento de deslizamento suave. Caso contrário, as peças poderão ficar bloqueadas, desalinhadas ou muito soltas.

Formulários

Um ponto-chave na discussão push-fit versus press-fit são as diferentes aplicações. Como esperado, ambos têm áreas de aplicação muito diferentes.

Os ajustes por pressão são adequados para conexões rígidas e permanentes com mínimo ou nenhum movimento relativo entre as peças. Os exemplos incluem rolamentos, buchas e certos componentes estruturais.

Os ajustes deslizantes são preferíveis quando os projetistas exigem facilidade de montagem e desmontagem ou algum grau de movimento entre as peças. As aplicações de ajuste deslizante incluem carcaças, dobradiças, pivôs e sistemas de cilindros de pistão.

Visualização rápida: diagrama de diferenças entre ajuste à pressão e ajuste deslizante

Concluindo

Os ajustes técnicos são um dos conceitos mais importantes em design e fabricação. Esta discussão sobre ajuste deslizante versus ajuste por pressão destaca vários aspectos, incluindo seu uso, análise técnica e comparação. É claro que escolher o ajuste técnico correto e produzi-lo dentro da tolerância é crucial para uma montagem mecânica funcional.

Perguntas frequentes

Quais padrões são usados ​​para determinar as dimensões do ajuste interferente e do ajuste deslizante?

ISO 286 e ANSI B4.1 são os dois padrões mais reconhecidos para tolerâncias de ajuste técnico.

Os ajustes de transição também são considerados ajustes deslizantes?

Tanto os ajustes de transição quanto os ajustes de folga geralmente se enquadram na categoria de ajustes deslizantes porque compartilham propriedades semelhantes. No entanto, não existe uma linha divisória específica.

O aquecimento/resfriamento é sempre necessário para conexões de prensa durante a montagem?

A expansão/contração térmica nem sempre é necessária com o encaixe por pressão. Para ajustes de pressão de baixa interferência, a aplicação de força à temperatura ambiente é muitas vezes suficiente para montar com sucesso os componentes correspondentes.