Anel de fixação: guia completo para ligação eixo-cubo

O anel de fixação prende uma polia, uma roda dentada, uma engrenagem ou um cubo de acoplamento ao eixo sem chaveta, sem rasgo e sem folga. Ao apertar os parafusos, duas peças em cunha se encaixam e pressionam o eixo e o furo do cubo ao mesmo tempo, e a ligação transmite torque e força axial só por atrito. Neste guia completo você vê como o anel de fixação funciona, em que ele é melhor do que a chaveta, os 9 tipos mais usados, onde aplicar cada um, os cuidados de montagem e como pedir. Para calcular o tamanho, siga depois o passo a passo de dimensionamento de anel de fixação.

O que é um anel de fixação

O anel de fixação, também chamado de conjunto de fixação, anel de travamento ou bucha de fixação por atrito, é um elemento de ligação entre eixo e cubo. Ele fica dentro do furo do cubo, em volta do eixo liso, e substitui a chaveta, o ajuste prensado e a união por contração térmica.

Como o eixo e o cubo continuam lisos, sem rasgo de chaveta, a ligação não concentra tensões nesses pontos e não cria folga. É por isso que o anel de fixação é uma solução comum em transportadores, redutores, acionamentos por corrente e por correia, e em acoplamentos.

No mercado, os anéis de fixação costumam ser pedidos pela série numérica: 7012 (padrão), 7013 (com flange), 7014 (cones longos), 7015 e 7515 (precisão), 7070, 7075, 7085 e 7090 (porca central) e 8006 (elemento de fixação). Mais abaixo, a tabela de tipos mostra a série de cada um.

Como o anel de fixação funciona

O anel de fixação é composto por um anel interno e um anel externo com superfícies cônicas, mais os anéis de pressão e os parafusos de aperto. O funcionamento acontece em quatro etapas:

1. O conjunto é colocado entre o eixo e o furo do cubo, com folga, o que facilita a montagem.
2. Ao apertar os parafusos, os anéis em cunha deslizam uns sobre os outros.
3. O anel interno se fecha contra o eixo e o anel externo se abre contra o furo do cubo, o que gera uma pressão radial nas duas superfícies.
4. Essa pressão cria o atrito que transmite o torque e a força axial entre o eixo e o cubo, sem que nenhuma peça se mova.

Os valores de torque e de força axial dependem do torque de aperto dos parafusos, que é indicado na tabela de cada tamanho. Nos tipos padrão, ele pode ser reduzido para ajustar a capacidade da ligação, e a relação entre aperto e capacidade é aproximadamente linear.

Anel de fixação ou chaveta: as diferenças

Vantagens do anel de fixação

• Fabricação econômica: as tolerâncias maiores e a usinagem simples (torneamento) reduzem o custo das peças que recebem o anel.
• Montagem simples: poucos parafusos para apertar, em qualquer posição angular, sem trabalho de ajuste.
• Desmontagem fácil: furos roscados de extração, sem ferramenta auxiliar na maioria dos tipos.
• Resistência à fadiga em torção alternada: eixo e cubo sem rasgo, o que permite projetá-los menores, mais leves e mais compactos.
• Sem folga e sem deflexão: a ligação é totalmente livre de folga.
• Efeito semelhante a uma proteção de sobrecarga: se a força de atrito programada for ultrapassada, o conjunto escorrega, e isso protege peças caras da máquina.
• Sem manutenção: não há peça de desgaste nem lubrificação periódica.

Limites e cuidados do anel de fixação

• Não monte o anel de fixação sob ou sobre mancais. A pressão deforma o eixo ou o cubo e pode afetar o mancal. Nesses casos é preciso uma análise específica, por exemplo com um aperto de teste.
• O cubo precisa ter parede suficiente. A pressão do anel tensiona o cubo, e cada tamanho tem um diâmetro externo mínimo do cubo, que depende do material (limite de escoamento).
• As superfícies pedem acabamento e tolerância. Os valores variam por tipo e estão na seção de montagem.
• Os valores de catálogo valem para o conjunto na condição de entrega, levemente oleado. Não use bissulfeto de molibdênio.
• Cargas de flexão e cargas radiais exigem um tipo específico e, em alguns casos, redução do aperto. Veja o tipo para flexão abaixo.

9 tipos de anel de fixação

A escolha do tipo depende do torque, da força axial, da flexão, da precisão de centragem, da rotação, do espaço e do ambiente. Resumo dos 9 tipos de anel de fixação:

Anel de fixação padrão, série 7012 (tipo 1)

É o anel de fixação mais usado e atende à maioria das aplicações. O conjunto é fino, o que ajuda quando falta espaço. Ele compensa pequenas diferenças de tolerância e cobre folgas grandes sem perder valores de transmissão. Em cargas altas, é possível usar até quatro conjuntos em série, e os torques e as forças axiais se somam (consulte a engenharia para o arranjo). Cargas combinadas, com flexão e cargas radiais, também podem ser transmitidas após análise.

A pressão que atua durante o aperto mantém sujeira fora das superfícies funcionais. O conjunto pode ser apertado e solto repetidas vezes, e é autoliberável: ao soltar o último parafuso, a ligação normalmente se desfaz.

Anel de fixação para flexão, séries 7012.2 e 7515 (tipos 2 e 5)

Em tambores de correias transportadoras, o principal esforço sobre a ligação eixo-cubo é o momento de flexão. Flexão excessiva pode sobrecarregar as nervuras entre os furos dos parafusos. Por isso, no projeto do tambor, o catálogo usa dois critérios:

• a deflexão do eixo pela flexão deve ficar abaixo de 1/2000 da distância entre os centros dos mancais;
• o momento de flexão deve respeitar os valores admissíveis das tabelas, e o torque de aperto dos parafusos pode precisar ser reduzido sob flexão.

O tipo reforçado tem as mesmas dimensões do padrão, então pode ser usado para atualizar tambores já existentes (conferindo o limite de escoamento do disco de fechamento). Seus parafusos especiais, de resistência acima da classe 12.9 e com mais alongamento, são marcados com o número do lote para rastreabilidade.

Anel de fixação com flange, séries 7013.0 e 7013.1 (tipo 3)

O flange reforça o anel no ponto crítico e evita que o anel interno se levante durante a montagem, o que garante boa concentricidade e facilita a desmontagem. O conjunto mantém a forma ao ser montado, por isso serve para rotações mais altas, e a resistência do material o torna adequado para cargas radiais altas. A versão com colar de maior diâmetro externo posiciona o cubo no sentido axial e melhora a concentricidade. Nesse tipo não é permitido alterar o torque de aperto dos parafusos.

Anel de fixação de cones longos e de precisão, séries 7014, 7015.0 e 7015.1 (tipos 4 e 5)

Os cones longos e planos transmitem torques e forças axiais máximos com um conjunto só. Como são largos, eles se centram sozinhos, e o eixo e o cubo ficam carregados por pressão, o que dá segurança adicional. Os tipos de precisão têm um friso de pré-centragem e excelente capacidade de centragem. Os dois admitem no máximo dois conjuntos em série.

Anel de fixação com porca central, séries 7070, 7075, 7085 e 7090 (tipo 6)

Em vez de vários parafusos, uma porca central comprime o conjunto. A conexão é fácil de montar e soltar, sem agarramento no eixo, com excelente concentricidade e baixa excentricidade radial. O diâmetro externo mínimo serve para peças de parede fina, e a massa baixa reduz o momento de inércia. É indicado para eixos lisos, sem rasgo de chaveta, e para ligações engatadas.

Anel de fixação em aço inoxidável, séries 7012, 7013.1, 7061 e 7110 (tipo 7)

Para ambientes onde o aço comum sofreria, há versões em inox: padrão, com flange e dois modelos compactos autocentrantes (um de duas peças para torques médios e outro, bem pequeno, sem deslocamento axial do cubo). Os inox são usados em rodas dentadas, alavancas, polias, engrenagens, tambores, rodas de rolamento e polias de cabo.

Elemento de fixação, série 8006 (tipo 8)

Os elementos de fixação são anéis estreitos, sem parafusos próprios, apertados por um flange de pressão e parafusos do conjunto. Servem para transmitir torques e forças axiais grandes. Não são autocentrantes, então a concentricidade depende da centragem e do cuidado na montagem. Podem ser usados em série para aumentar a capacidade, e a pressão pode ser reduzida na mesma proporção. Têm alta resistência à fadiga em torção alternada e dispensam o aquecimento do cubo da união por contração.

Onde usar o anel de fixação

• Rodas dentadas de corrente: o anel de fixação permite ajustar a posição e o alinhamento da roda. Veja o guia de corrente de rolos ANSI e ISO.
• Polias e roldanas de correia e de cabo.
• Engrenagens e redutores montados no eixo, como em redutores de rosca sem fim.
• Tambores e polias de correias transportadoras, com tipo reforçado para flexão.
• Cubos de acoplamentos sem chaveta, quando o projeto pede ligação sem folga. Veja os acoplamentos industriais da PEAGE.
• Rodas de ponte rolante, volantes e máquinas pesadas, com tipos de flange e de cones longos.

Tamanhos e capacidade de torque

a tabela mostra alguns tamanhos do anel de fixação padrão, série 7012 (tipo 1), com o torque e a força axial transmissíveis no torque de aperto indicado. O catálogo traz mais de 70 tamanhos desse tipo, de 19 a 1.000 mm de furo, e outros sob consulta.

Valores convertidos para unidades métricas e arredondados a partir da tabela do catálogo do fabricante, com parafusos classe 12.9. O torque varia com o diâmetro do eixo dentro de cada anel (por exemplo, o anel 20 × 47 também atende eixos de 19 e 22 mm, com torques proporcionais). Confirme o valor do seu tamanho na cotação.

Para escolher o tamanho com segurança, use o passo a passo de dimensionamento de anel de fixação, que inclui o fator de serviço, a conferência do cubo e exemplos calculados.

Montagem e desmontagem do anel de fixação

Preparação das superfícies

Como a força é transmitida por pressão e atrito, o estado das superfícies e o aperto correto dos parafusos são decisivos. Todas as superfícies de contato, incluindo as roscas e as cabeças dos parafusos, devem estar limpas e levemente oleadas. Não use bissulfeto de molibdênio.

Passo a passo da montagem

1. Limpe e oleie levemente o eixo, o furo do cubo e o anel de fixação (incluindo roscas e cabeças dos parafusos).
2. Monte o eixo, o anel de fixação e o cubo, e aperte os parafusos de leve para alinhar o cubo.
3. Aperte os parafusos de forma uniforme, em sequência diametralmente oposta, em duas ou três etapas, até o torque de aperto indicado.
4. Confira o torque em todos os parafusos, dando a volta completa. Quando nenhum parafuso girar mais, a montagem está pronta.

Desmontagem

• Padrão de duas cunhas: não é autotravante. Depois de soltar o último parafuso, a ligação normalmente se desfaz. Se o anel traseiro não soltar, desrosqueie os parafusos algumas voltas e dê pancadas leves nas cabeças. Os furos roscados de extração têm só 3 a 5 fios úteis, não use esses furos como saca-pino.
• Com flange: solte todos os parafusos algumas voltas, remova os parafusos vizinhos aos furos roscados e aparafuse-os nesses furos para empurrar o anel externo. A ligação então se solta.
• Reutilização: limpe os anéis que estiverem sujos mas sem danos antes de montar de novo.

Como pedir o anel de fixação

Para a PEAGE indicar o tipo e confirmar o tamanho, informe:

• Diâmetro do eixo e diâmetro do furo do cubo (o par eixo × cubo, por exemplo 40 × 65).
• Torque a transmitir, com potência e rotação, e a força axial, se houver.
• Esforços de flexão ou radiais (tambores, polias com carga lateral).
• Material e espessura do cubo, para conferir o diâmetro externo mínimo.
• Ambiente: umidade, produtos químicos, alimentos (para escolher entre aço e inox).
• Quantidade e prazo.

Veja também a página do anel de fixação no site da PEAGE.

Perguntas frequentes sobre anel de fixação

Dados do catálogo técnico do fabricante (edição 2016), convertidos para unidades métricas. Conceitos de atrito e de ligação por pressão são clássicos de projeto de máquinas. A seleção final deve ser conferida pelo time técnico da PEAGE.