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Os Benefícios dos Pinos Elásticos Espirais de Carga Leve

Por Adolf Valasek - Engenheiro de Aplicação

Benefícios Gerais dos Pinos Elásticos

Os Pinos Elásticos são fixadores mecânicos usados para uma variedade de funções, incluindo: articulação, alinhamento e união de duas ou mais peças. Ele é retido através de Tensão Radial, que resulta da sua interferência com o Material Hospedeiro. A principal diferença em relação a outros métodos de fixação que dependem de interferência é que os Pinos Elásticos são projetados para serem o elemento flexível na montagem. Os Pinos Elásticos exercem uma Tensão Radial constante contra a parede do furo e podem proteger o componente hospedeiro contra deformações ou outros danos permanentes ao furo. Graças a sua flexíbilidade, os Pinos Elásticos também permitem uma tolerância de furo muito maior, reduzindo o custo de fabricação do componente. 

“Pino Elástico” é um termo geral, no entanto. Existem vários outros tipos de fixadores que se encaixam na definição, dentre eles os mais comuns são: Pinos Elásticos com Fenda e Pinos Elásticos Espirais. Os Pinos Elásticos têm a seção transversal em forma de C, enquanto os Pinos Elásticos Espirais têm uma seção transversal espiral de 2 ¼ voltas e apresentam a opção mais flexível, pois são feitos de várias voltas de material mais fino e não têm uma fenda que limitaria sua flexibilidade quando fechados. 

Esquerda: Pinos Elásticos Espirais, Direita: Pinos Elásticos com Fenda

As Três Cargas e suas Diferenças

O Pino Espiral está disponível em três cargas – Leve, Padrão e Pesada – para que os projetistas tenham a opção de escolher o equilíbrio ideal entre resistência, flexibilidade e diâmetro do pino para sua aplicação específica. Todas as três cargas têm o mesmo formato de espiral de 2 ¼ voltas, com a principal diferença entre elas sendo a espessura da matéria-prima – e, consequentemente, sua flexibilidade e resistência.

Os Pinos Elásticos Espirais estão disponíveis nas cargas leve, padrão e pesada.

Os Pinos Elásticos Espirais estão disponíveis nas cargas leve, padrão e pesada.

Normalmente, a “Carga” ideal é determinada pelo material da aplicação e sua resistência/dureza, tanto como pelos requisitos funcionais do pino dentro da montagem. A Carga Leve é recomendada para plásticos, metais leves (como Zamac e aluminio fundido) e materiais frágeis, como cerâmicas. A Carga Padrão é recomendada para metais estruturais (como aços não tratados termicamente e ferro fundido) e metais não ferrosos (como bronze e alumínio), enquanto a Carga Pesada é reservada para aços endurecidos ou aplicações com choques e vibrações severos. O tipo de material de acoplamento, no entanto, limita apenas o uso das cargas pesadas, com o objetivo de projetar um pino que seja forte o suficiente para suportar a carga aplicada, mas flexível o suficiente para isolar e proteger a aplicação. Um pino muito rígido para a aplicação não teria flexibilidade suficiente e portanto, poderia danificar o furo e potencialmente resultar em uma montagem com falha. Por outro lado, os Pinos Espirais para Carga Leve podem ser usados em todos os tipos de material. Isso torna a Carga Leve extremamente versátil, especialmente quando usada em aplicações de alinhamento onde não háveria uma carga aplicada sobre o pino.

Comparação de Resistência

A Carga Leve apresenta a opção mais flexível das três cargas, mas ainda tem resistência suficiente para a maioria das aplicações. Na verdade, o nome Carga Leve não faz jus à sua resistência real.

A Tabela 1 fornece uma comparação entre Pinos Espirais de Carga Leve de Aço de Alto Carbono e Pinos Sólidos de Aço de Baixo Carbono, de acordo com a ASME B18.8.9M.

A diferença de resistência do Pino Sólido varia de apenas 1,2 kN a 8,2 kN a mais do que a do Pino Elástico Espiral de Carga Leve. Considerando que a maioria das montagens que utilizam Pinos Elásticos Espirais de Carga Leve são de materiais leves, a realidade é que a resistência do Pino Elástico Espiral de Carga Leve é na maioria dos casos mais do que suficiente - e, na verdade, muitas vezes excede a resistência do Material Hospedeiro. (Surpreendentemente, a resistência de um único Pino Espiral De Carga Leve de 6 mm é suficiente para sustentar um carro!) Além disso, a grande maioria das aplicações só recebe cargas que representam uma fração da resistência do pino. (Lembre-se de que estamos lidando com kN, ou centenas e milhares de quilogramas de carga). Portanto, nesse sentido, a resistência maior do Pino Sólido muitas vezes não agrega nenhum benefício à montagem, pois não é necessária. Geralmente, se o pino não faz parte de um mecanismo de transmissão de energia ou não suporta grandes pesos, sua resistência ao cisalhamento final não é motivo de preocupação.

Diâmetro  (mm) 2.5 3 4 5 6 8
Resistência ao Cisalhamento Duplo (kN) Pino Espiral de Carga Leve 2.3 3.3 5.7 9 13 23
Pino Sólido 3.5 5 8.8 13.8 19.9 31.2
Diferença de resistência (kN) 1.2 1.7 3.1 4.8 6.9 8.2

Tabela 1

Benefícios do Pino Elástico Espiral de Carga Leve

A seleção de um Pino Elástico Espiral de Carga Leve para uma aplicação pode trazer vários benefícios para a montagem, tanto funcional quanto comercialmente.

Menor Força de Inserção

A vantagem mais notável de um Pino de Carga Leve é sua menor Força de Inserção devido à maior flexibilidade. A Força de Inserção de um Pino Espiral de Carga Leve é 50% menor do que a de um Pino Espiral de Carga Padrão e 75% menor do que a de um Pino Espiral de Carga Pesada e um Pino Elástico. Além disso, a Carga Leve também tem o melhor equilíbrio entre Resistência ao Cisalhamento e Força de Inserção, o que significa que, nos casos em que não há limitações quanto ao diâmetro do pino, será sempre mais fácil instalar um Pino Espiral de Carga Leve de diâmetro maior do que um Pino Espiral de Carga Padrão ou de Carga Pesada de diâmetro menor com Resistência ao Cisalhamento equivalente. A instalação manual de Pinos de Carga Leve será mais simples e fácil para os operadores na linha de montagem, melhorando a ergonomia e a segurança.

Menores Custos de Montagem

Os Pinos Elásticos Espirais de Carga Leve são compostos por menos matéria-prima (conforme descrito anteriormente), resultando em um preço mais baixo em comparação com outras cargas. Porém o que é mais beneficiário, são as economias potenciais no custo total de montagem. Dada a menor Força de Inserção dos Pinos Elásticos Espirais de Carga Leve, os equipamentos de instalação não precisam ser tão potentes, o que permite reduzir o custo com investimento em automação. Na verdade, quando você compara um Pino Elástico Espiral de Carga Leve com um Pino Sólido e considerando as reduções de custo em relação ao material, equipamento de instalação e fabricação para criar o diâmetro de furo necessário no material hospedeiro, o Pino Elástico Espiral de Carga Leve tem o menor custo de montagem!

Protege o Componente Hospedeiro

Dada a flexibilidade superior dos Pinos Elásticos Espirais de Carga Leve, a quantidade de pressão radial e tensão exercida sobre o material de acoplamento é a mais baixa de todas as opções de Pinos Elásticos Espirais, mitigando assim a probabilidade de danos a aplicação, mesmo em condições de cisalhamento. Essa propriedade torna a Carga Leve perfeita para materiais leves e aplicações em que a junta deve permanecer utilizável. A Figura 1 mostra uma comparação da tensão radial criada por diferentes pinos. Quanto mais largas e coloridas forem as faixas ao redor do diâmetro do pino, maior será a tensão exercida pelo pino sobre o material do furo. 

Figura 1
Da esquerda para a direita: Pino Sólido, Pino Elástico, Pino Espiral de Carga Pesada, Pino Espiral de Carga Padrão, Pino Espiral de Carga Leve

Aplicações Comuns em que a Carga Leve se Destaca

Alinhamento

Em uma aplicação comum de alinhamento, o pino serve apenas para alinhar dois componentes durante a montagem. Depois de ser fixado por outros métodos de fixação, o pino não tem mais nenhuma utilidade. Durante essas etapas, quase nenhuma força de cisalhamento é aplicada ao pino. Os componentes tradicionais usados para aplicações de alinhamento geralmente são Pinos Guia, Pinos Sólidos Retificados ou Buchas de alta precisão, por outro lado, os Pinos Elásticos Espirais não exigem uma tolerância de furo tão rigorosa facilitando a montagem. Tanto os Pinos Elásticos quanto os Pinos Elásticos Espirais são componentes de custo muito mais baixo em comparação com os Pinos Retificados usinados com precisão. Entre as várias cargas dos Pinos Elásticos Espirais, os Pinos de Carga Leve acentuam todos esses benefícios e são uma ótima solução para a maioria das aplicações de alinhamento.

Para um exemplo detalhado de aplicação de Pinos Elásticos Espirais de Carga Leve em uma montagem de corpo de válvula automotiva de alumínio, leia nossa história de aplicação.

Pinos Elásticos Espirais de Carga Leve em um conjunto de corpo de válvula automotivo de alumínio

Dobradiças

Dobradiças manuais ou com ponto de articulação simples são outro exemplo que não impõe grandes requisitos de Resistência ao Cisalhamento. Portanto, elas são uma ótima aplicação para Pinos Elásticos Espirais de Carga Leve em termos de facilidade de montagem e custo, enquanto fornecem uma solução altamente funcional. Com a Carga Leve, também é muito simples obter uma dobradiça de fricção de alta qualidade.

Um subconjunto especial desse segmento são os Estojos Cosméticos, onde Pinos Espirais de cargas bem leves com seção transversal espiral de 1 ½ voltas são a solução padrão da indústria para dobradiças de alta qualidade.

Os Pinos Espirais de Carga Leve são usados como pinos de articulação de ajuste livre dentro da proteção das lâminas de serras circulares.

Os Pinos Espirais Cosméticos da Série 550 da SPIROL fornecem uma dobradiça de fricção de alta qualidade durante toda a vida útil da montagem.

Fixação

Para situações em que dois componentes são unidos e a junta não é altamente tensionada ou suporta carga, um Pino Espiral de Carga Leve é uma excelente escolha, pois aproveita todos os seus benefícios. Exemplos típicos incluem uma junta entre componentes de plástico e metal (como uma vareta medidora de óleo), conjunto de eixo/cubo (sem transferência de torque), etc.

Conclusão

Para concluir, os Pinos Elásticos Espirais de Carga Leve oferecem uma série de vantagens em muitas aplicações, incluindo menores custos de componentes e montagem, proteção do Material Hospedeiro e facilidade de instalação. Portanto, os Pinos Elásticos Espirais de Carga Leve devem sempre ser considerados em aplicações sem cargas altas.

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Um Pino Espiral de Carga Leve retém o puxador da haste de metal de uma vareta medidora automotiva. Esses pinos podem ser facilmente instalados com o instalador manual de Pinos modelo PM da SPIROL.

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