Fixadores e Parafusos
Um guia sobre parafusos, porcas, rebites e os padrões de fixadores mais comuns na FRC. Eles existem nos mais diversos formatos e tamanhos para atender a diferentes esforços mecânicos, tendo como função primordial unir peças de maneira confiável na estrutura do robô.
Fixadores no CAD
Seção intitulada “Fixadores no CAD”Por que Modelar Parafusos e Fixadores no CAD?
Seção intitulada “Por que Modelar Parafusos e Fixadores no CAD?”Incluir parafusos no CAD é essencial por três motivos: permite checar interferências e folgas físicas entre peças móveis, gera uma lista de materiais (BOM) exata para compras sem desperdício e serve como guia visual claro para os alunos durante a montagem na oficina.
Boas Práticas
Seção intitulada “Boas Práticas”Inserir parafusos de forma incorreta pode sobrecarregar o documento e causar lentidão extrema no Onshape. Siga estas diretrizes:
FRCDesignLib: Biblioteca pública com modelos de peças e ferragens padrão de FRC. Contém praticamente todos os tamanhos comuns de parafusos e porcas (#10-32, 1/4”-20, etc.) organizados e otimizados.
Standard Content: Recurso nativo do Onshape com um catálogo completo de parafusos, porcas e arruelas prontos para importação direta em montagens (ideal para tamanhos atípicos).
McMaster-Carr: Para fixadores especiais ou medidas raras, o catálogo da McMaster-Carr oferece modelos CAD 3D gratuitos para download direto de cada item.
Ferramenta Replicate: Insira cada medida de parafuso apenas uma vez na montagem. Depois, utilize a ferramenta Replicate para duplicá-lo automaticamente em todos os furos de mesmo diâmetro e padrão. Isso reduz drasticamente o tempo de carregamento e mantém a árvore limpa.
Tipos de Parafusos
Seção intitulada “Tipos de Parafusos”| Tipo | Descrição | Imagem |
|---|---|---|
| Socket Head Cap Screw (SHCS) | Parafuso cilíndrico sextavado interno (Allen); muito difícil de espanar devido ao soquete sextavado profundo |  |
| Button Head Cap Screw (BHCS) | Cabeça abaulada de perfil rebaixado; ideal para locais com espaço vertical restrito |  |
| Flathead/Countersunk Screw (FHCS) | Cabeça cônica escareada; fica totalmente nivelada com a superfície da chapa após escarear o furo |  |
| Shoulder Bolt (Parafuso com Ressalto) | Possui corpo liso e retificado retangular que funciona como eixo de precisão para buchas ou rolamentos |  |
Tamanhos e Padrões de Rosca
Seção intitulada “Tamanhos e Padrões de Rosca”Padrão Imperial (Polegadas)
Seção intitulada “Padrão Imperial (Polegadas)”A FRC moderna utiliza principalmente dois diâmetros imperiais: #10-32 e 1/4”-20. Quase todos os componentes comerciais COTS utilizam parafusos #10-32, e com um bom planejamento você pode padronizar quase todo o robô nesse tamanho.
- #10-32: Utilizado para quase tudo: retenção de eixos, fixação de motores, união de chapas e superestrutura.
- 1/4”-20: Utilizado em uniões que exigem resistência à tração ou cisalhamento superior à suportada pelo #10-32.
O número após o traço indica os TPI (fios por polegada - Threads Per Inch). Um parafuso #10-32 tem haste de diâmetro nº 10 com 32 fios por polegada, enquanto o 1/4”-20 tem 1/4” de diâmetro com 20 fios por polegada. Roscas mais finas (maior TPI) mordem melhor em chapas finas e resistem mais à vibração, sendo o padrão adotado na FRC.
| Tamanho da Rosca | Aplicações Comuns | Broca para Abrir Rosca (Tap) | Broca de Passagem Justa (Close Fit) | Chave Allen (SHCS) | Chave Allen (BHCS) |
|---|---|---|---|---|---|
| #4-40 | Fixação do roboRIO | #43 (2,26 mm / 0.089”) | #32 (2,95 mm / 0.116”) | 3/32” | 1/16” |
| #6-32 | Conector Anderson SB50 | #36 (2,71 mm / 0.1065”) | #27 (3,66 mm / 0.144”) | 7/64” | 5/64” |
| #8-32 | Redutoras VersaPlanetary | #29 (3,45 mm / 0.136”) | #18 (4,31 mm / 0.1695”) | 9/64” | 3/32” |
| #10-32 | MAXPlanetary; motores NEO, Vortex, Falcon, Kraken; swerve; eixos hexagonais roscados | #21 (4,04 mm / 0.159”) | #9 (4,98 mm / 0.196”) | 5/32” | 1/8” |
| 1/4”-20 | Uniões estruturais de alta carga; perfis estruturais de tubo churro | #7 (5,11 mm / 0.201”) | F (6,53 mm / 0.257”) | 3/16” | 5/32” |
| 5/16”-18 | Conexões de altíssima resistência; parafusos de ressalto | F (6,53 mm / 0.257”) | P (8,20 mm / 0.323”) | 1/4” | 3/16” |
| 3/8”-16 | Eixos hexagonais ocos roscados | 5/16” (7,94 mm / 0.3125”) | W (9,80 mm / 0.386”) | 5/16” | 7/32” |
Ao projetar furações para ferragens, use a ferramenta Hole do Onshape ou memorize os diâmetros de passagem justa padrão: #10-32 → 0.196” (5,0 mm) e 1/4”-20 → 0.257” (6,5 mm).
Padrão Métrico
Seção intitulada “Padrão Métrico”Parafusos métricos aparecem em alguns motores e redutoras específicas. A maioria das equipes utiliza parafusos imperiais na estrutura e métricos apenas onde o componente COTS exige:
| Tamanho da Rosca | Aplicações Comuns | Broca para Rosca (Tap) | Broca de Passagem Justa | Chave Allen (SHCS) | Chave Allen (BHCS) |
|---|---|---|---|---|---|
| M3 | NEO 550, redutoras UltraPlanetary | 2,5 mm | 3,15 mm | M2.5 | M2 |
| M4 | Motores 775pro, BAG motor | 3,3 mm | 4,2 mm | M3 | M2.5 |
| M5 | Motores Snowblower | 4,2 mm | 5,25 mm | M4 | M3 |
| M6 | Terminais de bateria da PDP | 5,0 mm | 6,3 mm | M5 | M4 |
Travamento de Parafusos (Fixação contra Vibração)
Seção intitulada “Travamento de Parafusos (Fixação contra Vibração)”Durante as partidas, choques violentos e vibração de alta frequência tendem a afrouxar fixadores desprotegidos. Duas soluções principais são utilizadas:
Porcas Autotravantes com Inserto de Nylon (Nyloc): O anel interno de nylon morde os filetes da rosca e impede que a porca se solte por vibração sem ferramentas. É a solução preferida em praticamente todas as uniões com porca.
Trava-Rosca Químico (Loctite): Adesivo anaeróbico aplicado nos filetes antes do aperto:
- Loctite 222 (Roxo): Baixo torque, para parafusos muito pequenos que exigem desmontagem frequente sem estragar a fenda.
- Loctite 243 (Azul): Médio torque, o padrão universal para FRC. Fixa com segurança e permite desmontagem com ferramentas manuais normais.
- Loctite 263 (Vermelho): Alto torque (permanente). Exige maçarico ou soprador térmico para desmontar; raramente necessário em robôs.
- Loctite 680 (Verde): Composto de retenção cilíndrica para eixos, rolamentos e ímãs de encoders em módulos swerve.
A maioria dos compostos Loctite comuns destrói o policarbonato. O contato químico provoca microfissuras e quebra do plástico em segundos. Mantenha Loctite longe de peças de policarbonato! Para juntas próximas a policarbonato, use porcas Nyloc ou o Loctite 425 (apropriado para plásticos).
Vibra-Tite VC-3: Excelente alternativa de trava-rosca segura para uso junto a policarbonato. O líquido é aplicado na rosca do parafuso e deve secar antes da instalação, podendo ser preparado previamente para o estoque.
Tipos de Porcas
Seção intitulada “Tipos de Porcas”| Tipo | Descrição | Imagem |
|---|---|---|
| Porca Nyloc | Porca padrão com inserto de nylon que trava os filetes contra vibrações |  |
| Porca Nyloc de Perfil Baixo | Mais fina que a padrão; usada onde o espaço axial entre peças é milimétrico |  |
| Rebite Roscado (Rivnut) | Instalado com rebitador especial em furos cegos; cria rosca resistente onde não há acesso traseiro |  |
| Inserto Roscado a Quente (Heat-Set) | Inserido em furos de peças impressas em 3D com a ponta de um ferro de solda; garante roscas de latão duráveis no plástico |  |
| Porca Garra (Tee Nut) | Cobre e trava com garras na madeira; muito usada na base de madeira dos para-choques (bumpers) |  |
| Porca Borboleta (Wing Nut) | Apertada manualmente sem chave; ótima para troca rápida de bumpers entre partidas |  |
| Porca PEM (PEM Nut) | Prensada em chapas de metal finas demais para abrir rosca direta |  |
Rosqueamento Direto em Peças (Tapping)
Seção intitulada “Rosqueamento Direto em Peças (Tapping)”Abrir rosca (tapping) com macho diretamente na peça elimina a necessidade de porcas na face posterior, transformando a própria chapa ou perfil em sua porca de retenção.
É ideal quando:
- Não há acesso à face traseira da peça (como o interior de um tubo fechado)
- A conexão é revisada com frequência e você precisa apertar com apenas uma mão livre
- Você precisa reduzir o peso total e o número de itens na montagem
- O espaço é compacto demais para acomodar a altura de uma porca
Prefira usar porcas quando:
- O material for fino demais para sustentar rosca (menos de 3 a 5 fios de engrenamento)
- A peça for feita de material muito macio ou plástico onde a rosca espanaria facilmente
Para que uma rosca direta suporte a carga nominal do parafuso, a regra prática é ter pelo menos 5 fios de engrenamento (espessura do material × TPI). Em chapas de 1/8” (0.125”) roscadas em #10-32 (4 fios), a união já é plenamente confiável para tampas e retenção de rolamentos.
Em chapas finas (1/16” ou menos), não abra rosca direta: utilize insertos PEM ou Rivnuts para obter roscas metálicas de alta resistência.
Rebites (Rivets)
Seção intitulada “Rebites (Rivets)”Rebites cegos (ou de repuxo / pop rivets) são fixadores mecânicos permanentes instalados de um único lado da peça por deformação mecânica. São a espinha dorsal de montagens estruturais rápidas na FRC.
O tamanho padrão absoluto de rebite na FRC é 3/16” (~4,8 mm). A vantagem genial do rebite de 3/16” é que ele passa exatamente pelo mesmo diâmetro de furo de folga justa de um parafuso #10-32 (0.196” / 5,0 mm), permitindo que rebites e parafusos compartilhem a mesma furação padronizada nas chapas e tubos!
Rebites vs. Parafusos
Seção intitulada “Rebites vs. Parafusos”Use rebites quando:
- Estiver unindo gussets a tubos ocos fechados sem acesso à face interna
- Desejar uma união extremamente leve e de perfil quase plano
- A junta for definitiva e não exigir desmontagem em manutenção de rotina
- Precisar montar uma estrutura rapidamente (rebitar é muito mais veloz que parafusar)
Use parafusos quando:
- A união for submetida a esforços intensos de cisalhamento ou tração contínua
- O mecanismo precisar ser desmontado para troca rápida de peças entre partidas
- Estiver montando redutoras ou peças COTS comerciais
Rebites enfraquecem ao longo de uma temporada inteira de impactos repetidos e possuem menor resistência ao cisalhamento do que parafusos de aço. Toda união estrutural crítica de tubos rebitados deve incluir pelo menos um parafuso de reforço entre os rebites para absorver choques diretos.
Faixa de Aperto do Rebite (Grip Range)
Seção intitulada “Faixa de Aperto do Rebite (Grip Range)”Cada rebite possui uma faixa de espessura de aperto (grip range). Se o rebite for curto demais, a ponta não sairá do outro lado para expandir; se for longo demais, ele não comprimirá as chapas com firmeza, deixando a união frouxa. Meça sempre a espessura total somada das chapas antes de rebitar.