No sistema industrial moderno, a cooperação entreparafusos e porcasé a base da conexão mecânica earruelas, como componentes-chave entre os dois, determinam diretamente a confiabilidade e a durabilidade da conexão. Apesar de seu pequeno tamanho, as arruelas podem lidar eficazmente com condições de trabalho complexas, como vibração, alta temperatura, corrosão, etc., por meio de design científico, otimização de materiais e fabricação de precisão, tornando-se um elemento técnico indispensável na engenharia mecânica.
As principais funções das arruelas se refletem em três aspectos. Primeiro, as arruelas planas reduzem significativamente a pressão da superfície de contato, dispersando a carga axial gerada quando os parafusos são pré-apertados. De acordo com a pesquisa da norma ASTM F436, as arruelas planas podem reduzir a concentração de tensões na superfície de contato em 40% a 60%, evitando assim o esmagamento ou a deformação do substrato. Em segundo lugar, as arruelas de pressão utilizam a força de reação contínua gerada pela deformação elástica para compensar a perda de pré-carga causada pela vibração. Dados experimentais mostram que, sob condições de frequência de vibração de 50 Hz e amplitude de 0,5 mm, o tempo de afrouxamento de parafusos com arruelas de pressão pode ser estendido para mais de 3 vezes o valor básico. Além disso, as juntas não metálicas desempenham um papel importante nas áreas de vedação e isolamento. Por exemplo, as juntas de borracha nitrílica usadas em sistemas hidráulicos podem permanecer estáveis na faixa de temperatura de -40 °C a 120 °C e suportar uma pressão de vedação de 10 MPa.
A seleção do material é um fator-chave que afeta o desempenho das arruelas. As arruelas de aço carbono têm uma resistência à tração de 500-800MPa e vantagens de baixo custo, respondendo por 65% da participação de mercado global e se tornando uma solução universal. As arruelas de aço inoxidável (304/316L) têm resistência à corrosão verificada por um teste de névoa salina de 1000 horas e são adequadas para ambientes químicos e marítimos. No cenário de demanda condutiva, as arruelas de liga de cobre são amplamente utilizadas devido às suas excelentes propriedades condutivas. Em termos de materiais não metálicos, o politetrafluoroetileno tornou-se a escolha padrão para a indústria química com um coeficiente de atrito de 0,05 e forte resistência à corrosão; enquanto os plásticos de engenharia PEEK permanecem estáveis a uma alta temperatura de 260°C, e sua resistência à fluência é 5 vezes maior que a do náilon, o que pode atender aos altos requisitos de carga dos motores de aeronaves.
Os cenários de aplicação de arruelas abrangem vários campos, desde equipamentos de precisão de nível micrométrico até equipamentos industriais de grande porte. Na indústria automotiva, cada automóvel de passeio utiliza em média 200 a 300 arruelas, das quais as arruelas de aço temperado usadas nos parafusos da biela do motor devem passar por mais de 100 milhões de testes de carga cíclica sob a norma SAE J429. No campo da energia eólica, arruelas de alta resistência com diâmetro superior a 50 cm e resistência à tração de 1000 MPa garantem a estabilidade estrutural de torres de turbinas eólicas sob pressão de vento de nível 12. O campo aeroespacial conta com arruelas de liga de titânio (Ti-6Al-4V) para atingir um equilíbrio entre redução de peso e desempenho – em comparação com ligas de alumínio tradicionais, seu peso é reduzido em 30%, enquanto a resistência à fadiga é aumentada em 2 vezes, tornando-as a solução preferida para sistemas de conexão de revestimento de aeronaves.
Avanços na tecnologia de tratamento de superfície melhoraram significativamente a resistência à corrosão das juntas. Por exemplo, os revestimentos Dacromet podem atingir uma vida útil de proteção de mais de 1.200 horas em ambientes com névoa salina, graças a uma estrutura composta de camada de zinco e alumínio, excedendo em muito o limite de 300 horas dos processos tradicionais de galvanização.
Como componente básico de um sistema de conexão mecânica, a evolução tecnológica das juntas sempre acompanhou as necessidades do desenvolvimento industrial. Da melhoria da confiabilidade de equipamentos tradicionais ao suporte a avanços inovadores em áreas de ponta, como aeroespacial e novas energias, o projeto e a fabricação de juntas continuam a demonstrar o valor da engenharia de precisão. Com o avanço da ciência dos materiais e da tecnologia de sensores inteligentes, este componente aparentemente simples continuará a desempenhar um papel insubstituível no sistema industrial.
Horário da publicação: 18/03/2025