Guia Completo sobre Chavetas e Chavetas de Eixo na Engenharia Mecânica

No campo da engenharia mecânica, juntas com chaveta são compostas por chavetas e canais de chaveta (chavetas de eixo). Essas chavetas podem ser usinadas em diferentes formas, dependendo do tipo de junta com chaveta necessária. Canais de chaveta são superfícies usinadas em um eixo nas dimensões da chaveta. São fixadas juntas para garantir que não haja separação dos componentes e prevenir movimento relativo entre um eixo.

Hoje você conhecerá a definição, funções, aplicações, componentes, diagrama, tipos e funcionamento de chavetas e canais de chaveta. Também conhecerá as vantagens e desvantagens de uma junta com chaveta.

Definição de chaveta e canal de chaveta

Uma chaveta é um elemento de máquina usado para unir um elemento de máquina rotativo a um eixo. Para que uma chaveta funcione, deve haver um canal de chaveta no eixo e um assento de chaveta no elemento rotativo. A chaveta é então firmemente ajustada entre o canal de chaveta e o assento de chaveta, daí o mecanismo ser chamado de junta com chaveta.

A função principal de chavetas e canais de chaveta é compor juntas com chaveta para fixar o cubo e o eixo, de modo que o movimento relativo entre um eixo transmissor de potência e o componente acoplado não ocorra. Uma junta com chaveta frequentemente permite movimento axial relativo entre os componentes. Esta chaveta previne rotação relativa entre as duas partes e pode permitir transmissão de torque.

Aplicações

Uma junta com chaveta é usada como parte importante de elementos de transmissão de potência mecânica, eixos e acoplamentos. Garante transmissão eficiente de carga, potência e rotação sem escorregamento. Um bom exemplo de aplicação de chaveta e canal de chaveta são engrenagens, polias ou coroas firmemente conectadas com uma chaveta ao eixo transmissor de potência.

Amplamente no campo mecânico, juntas com chaveta são um método conveniente de criar uma conexão segura entre eixos e coroas. Embora seja usada como alternativa em outras aplicações de eixo onde a carga precisa ser puxada ou empurrada. Isso é frequentemente encontrado em aplicações agrícolas, ferramentas de máquina, equipamentos industriais, etc.

Fresadoras, plainas e retificadoras são as ferramentas de máquina comuns usadas para criar canais de chaveta e assentos de chaveta. Embora existam máquinas especiais para fazer assentos de chaveta.

Componentes de juntas com chaveta

Como existem vários tipos de juntas com chaveta, os componentes de chaveta e canais de chaveta serão diferentes dependendo do tipo e características adicionais. No entanto, os principais componentes de juntas com chaveta incluem uma chaveta, assento de chaveta e o canal de chaveta.

• Chaveta – a chaveta é geralmente feita de aço usinada em formato retangular, quadrado ou circular. É inserida entre o eixo e o cubo do componente na direção axial para prevenir movimento relativo.
• Assento de chaveta (keyseat) – este é o nome técnico de uma área de recesso no eixo. Frequentemente realizado em uma plaina.
• Canal de chaveta (keyway) – um canal de chaveta também é um recesso no cubo que recebe a chaveta e trava o mecanismo com segurança. O assento de chaveta e o canal de chaveta compartilham metade da chaveta. Isso será explicado mais na seção de princípio de funcionamento.

Diagrama de uma chaveta, canal de chaveta, assento de chaveta (junta com chaveta)

Tipos de chavetas

Abaixo estão os diversos tipos de chavetas de eixo usadas em uma junta com chaveta:

Chavetas embutidas (sunk keys):

Chavetas embutidas são tipos de chavetas projetadas para que metade da espessura da haste fique embutida no eixo e a metade restante no assento de chaveta. Para a obtenção desta junta com chaveta, a precisão é muito importante. Por exemplo, se uma chaveta tem 8 mm, o canal de chaveta do eixo será usinado na profundidade de 4,1 mm, o mesmo que o assento de chaveta. Chavetas embutidas são de diferentes tipos, que incluem:

• Chavetas retangulares/quadradas

Estes tipos de chavetas são às vezes chamadas de chavetas planas, pois são mais largas que sua altura. São frequentemente usadas em eixos de cerca de 500 mm ou 20 polegadas de diâmetro. A largura restante da chaveta permite maior transmissão de torque sem aumentar a profundidade. Uma profundidade aumentada significa um eixo mais fraco, devido à redução na área transversal efetiva do eixo.

• Chavetas quadradas

Uma chaveta quadrada tem seção transversal quadrada e é usada em eixo de cerca de 25 mm ou 1 polegada. São usadas em eixos maiores quando maior profundidade de chaveta é necessária comparado a chavetas retangulares. No entanto, um aumento na profundidade significa um eixo mais fraco, devido à redução na área transversal efetiva do eixo. Uma chaveta quadrada ou retangular pode ter um cone de 1 em 100 ao longo do comprimento da chaveta, como mostrado na figura abaixo.

• Chavetas paralelas embutidas

Chavetas paralelas embutidas são de seção retangular ou quadrada, mas sem cones. As chavetas são baratas e prontamente disponíveis para uso. É uma das mais fáceis de instalar, mas precisa ser fixada com um conjunto de parafusos ao cubo. Isso porque a vibração ou reversão da direção de rotação frequentemente empurra a chaveta para fora.

A chaveta é geralmente firmemente ajustada ao fundo do canal de chaveta do eixo e aos lados da junta com chaveta. Deixam uma folga no topo do canal de chaveta do cubo.

• Chaveta embutida com cabeça de pescoço (gib head)

Uma chaveta embutida com cabeça de pescoço é retangular ou quadrada com um cone na superfície superior para obter um ajuste justo. É empregada para que seja mais fácil de remover.

• Chavetas de pena (feather keys)

Uma chaveta de pena tem três tipos: de duas cabeças, pino de pena e pena. Elas são fixadas ao eixo ou ao cubo para causar movimento axial relativo. Assim, permite transmissão de potência entre o eixo e o cubo com suas faces opostas paralelas. Permitindo que deslize.

• Chavetas Woodruff

Uma chaveta Woodruff é um disco semicircular ajustado em um recesso circular de um eixo que só pode ser usinado por uma fresa de canal Woodruff. É usada principalmente em ferramentas de máquina e alguns eixos automotivos de ¼" a 2½" (6 mm a 60 mm) de diâmetro. A resistência que uma chaveta Woodruff oferece é extremamente diferente das chavetas paralelas longas, o que significa que não podem suportar a mesma carga.

Chavetas de sela (saddle keys):

Diferentemente das chavetas embutidas, chavetas de sela não são embutidas no eixo, mas sim apenas no cubo. Elas ficam assentadas sobre uma superfície plana ou circunferência do eixo, enquanto a transmissão de potência é alcançada através do atrito entre o eixo e a chaveta. Chavetas de sela são subdivididas em duas: chaveta de sela plana e chaveta de sela oca. São usadas apenas para cargas leves para evitar escorregamento ao longo do eixo.

• Chaveta de sela plana

Chavetas de sela planas são cônicas na parte superior e planas na inferior, pois se ajustam em um canal de chaveta cônico do cubo pressionando a face plana do eixo.

• Chaveta de sela oca

Uma chaveta de sela oca é cônica na parte superior e curva na borda inferior. A chaveta é ajustada em um canal de chaveta cônico do cubo e pressionada sobre a superfície circunferencial curva do eixo.

Chavetas tangenciais (tangent keys):

Estes tipos de chavetas são às vezes chamados de chavetas tangenciais. São ajustadas como um par em ângulo reto, onde cada chaveta suporta torção em apenas uma direção. São frequentemente usadas em eixos grandes e de serviço pesado.

Chavetas redondas/circulares

Chavetas redondas são circulares em seção, inseridas em furos parcialmente perfurados no eixo e no cubo. Estes tipos de chavetas são fáceis de fabricar, pois os canais de chaveta podem ser perfurados ou alargados após as partes conjugadas serem montadas. Chavetas redondas são adequadas para transmissões de baixa potência.

Princípio de funcionamento

O funcionamento de chaveta e canal de chaveta é menos complexo e pode ser facilmente entendido. Como existem vários tipos de configurações de chavetas e canais de chaveta, o funcionamento de alguns tipos será completamente diferente. Bem, o vídeo abaixo ensinará como o mecanismo comum de junta com chaveta funciona.

Assista ao vídeo abaixo:

Vantagens e desvantagens de chavetas e canais de chaveta (juntas com chaveta)

Vantagens:

Abaixo estão as vantagens de juntas com chaveta de eixo em suas diversas aplicações:

• Seu custo de produção é drasticamente baixo.
• Oferece transmissão de torque média a alta.
• Fácil de montar e desmontar.
• Podem ser reutilizadas ou fixadas em outros componentes do mesmo tipo.
• É um método padrão (ISO, BS, DIN e ANSI).

Desvantagens:

Algumas limitações ainda ocorrem apesar dos benefícios das juntas com chaveta. Abaixo estão as desvantagens das juntas com chaveta em suas diversas aplicações:

• Não pode ser usada para cargas alternadas e choques.
• Junta com chaveta excessivamente fixa pode se tornar difícil de desmontar.
• Causa desbalanceamento do eixo.
• Introduzem pontos de tensão devido ao efeito de entalhe e reduzem a resistência do eixo.
• Possível deslocamento axial do cubo, a menos que travado por um componente extra, como anel de retenção ou parafuso de fixação.
• É difícil calcular e combinar a capacidade de carga e a análise de empilhamento de tolerâncias.

Conclusão

Juntas com chaveta são uma das grandes maneiras mecânicas de transmitir potência. São usadas principalmente em eixos de motor para atingir seu propósito. Neste artigo, cobrimos a definição, função, aplicações, componentes, tipos e funcionamento de chavetas e canais de chaveta que compõem uma junta com chaveta. Também vimos suas vantagens e desvantagens em suas diversas aplicações.

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