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Cálculo e Seleção de Chavetas: Esmagamento Lateral e suas Considerações

Nosso agradecimento ao Engenheiro Luis Morgado por autorizar a reprodução de seu artigo. [Linkedin]. Confira!

Os engenheiros, técnicos e projetistas sabem para que serve a CHAVETA, tem a função de unir dois elementos mecânicos a fim de transmitir torque, por exemplo, a união de eixo com engrenagem, com acoplamentos e etc.

Recordando um acidente ocorrido na década de 90 na montagem de um Porteiner, na qual a falha da chaveta levou a queda da lança (chaveta ligando o eixo do redutor com a engrenagem), a energia gerada com a queda da lança ao bater no fim do curso, provocou o levantamento das pernas traseiras da máquina duas vezes até parar o balanço, provocando danos em várias partes da estrutura da máquina, por milagre não houve vítimas fatais, porém poderia ter ocorrido já que havia muitos montadores na máquina, lembro de um montador que grudou na perna da máquina, que só saiu depois de muita psicologia.

Devido a esse acidente que não era da nossa responsabilidade técnica, pois o redutor era do fornecedor, e o mesmo foi passado todas as informações necessárias para que isso não viesse ocorrer, interessei em aprofundar nos cálculos, e foi possível observar que em determinados casos, o dimensionamento da chaveta deveria ser elaborado levando em considerações vários fatores, como irei informar nesse artigo.

O dimensionamento da chaveta é muito simples, envolve dois critérios, aprendido na Faculdade:

1 – Cisalhamento da chaveta – T = Força /Área da chaveta < T admissível do material da chaveta

2 - Esmagamento lateral da chaveta com os elementos mecânicos (eixo, engrenagem e etc.) – S = Força / Área lateral < S admissível do material da chaveta ou do elemento mecânico

O que muda?

No cálculo do esmagamento lateral, a pressão deverá levar em consideração os seguintes fatores multiplicativos:

1 – Fs – Fator de serviço = f1 x f2 (f1 – fator de operação e f2 – fator de acionamento). Para os equipamentos que seguem a Norma ABNT NBR 8400, caso do Porteiner, o fator Fs pode variar entre 1,00 a 1,25, função do grupo mecânico.

2 – Fc – Fator de concentração de carga (Uma chaveta – 1,0 x Fc; Duas Chavetas – 0,6 x Fc). O valor do Fc é função da distribuição da carga de entrada no elemento mecânico e na saída através da chaveta, onde concentra a carga, além da relação do comprimento da chaveta pelo diâmetro do eixo, e pelo diâmetro médio do elemento mecânico, que envolve o diâmetro externo, diâmetro do cubo, largura da chaveta e largura do elemento mecânico. Esse valor pode variar entre 1,05 a 1,7.

A tensão admissível também tem que ser levada em consideração, os seguintes fatores multiplicativos a tensão de escoamento do material da chaveta ou do elemento mecânico:

1 – Fator de ajuste (atrito) – fA - Fator que leva em conta o efeito do ajuste prensado na redução do "fretting corrosion" (corrosão produzida por micro deslocamentos relativos entre duas superfícies em contato. Por exemplo entre chaveta e cubo ou chaveta e eixo), esse valor é uma função do torque máximo do acionamento e o torque mínimo do ajuste prensado, e situa-se entre 0,5 a 1,0)

2 – Fator fC - Fatores que levam em conta os números de ciclos (pulsante ou reversível), durante a vida util. Esses picos de carga onde os momentos superam claramente o valor Fs x Torque nominal. Esse valor pode variar entre 0,4 a 1,6.

Concluindo, gostaria de salientar que o elemento mecânico simples como uma chaveta, em casos específicos, o dimensionamento considerado na Faculdade teoricamente correto, não produz na prática um resultado confiável, necessitando incluir todos esses fatores acima mencionados que tem o objetivo de aproximar a teoria da realidade.

Alerta aos Engenheiros calculistas recém-formados, quando ocorrer quebra de chaveta, não diga: "Calculei conforme aprendi na Faculdade e, portanto, não deveria ter problema". Lembre-se sempre que as teorias foram desenvolvidas para um mundo ideal, e vivemos em um mundo com muitos variáveis, por isso que nós, engenheiros calculistas, temos relevância importante na sociedade, não é simples aplicações de fórmulas, isso qualquer computador faz melhor que nós, é necessário saber avaliar cada situação, todas tem as suas particularidades, que somente o engenheiro calculista poderá definir corretamente, desde que tenham vontade (paixão) de se aprimorar continuamente, o bom  engenheiro é um eterno estudante e humilde em aprender com os raros especialistas no Brasil, que estão em extinção!

Confira na FP outros materiais para Projeto, cálculo e seleção de Chavetas!

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