Guia de seleção de dobradiças de binário: Calculando o torque correto

As dobradiças de binário (também designadas por dobradiças de fricção) introduzem um amortecimento controlável e um binário de retenção numa junta rotativa. Permitem que uma tampa, um ecrã ou uma porta se mantenham em posição em qualquer ângulo sem retorno de mola e asseguram uma sensação consistente durante a abertura/fecho.
Em computadores portáteis, portas de serviço de equipamento industrial, braços de visualização médica e instrumentos de precisão, estas dobradiças afectam diretamente a qualidade, a vida útil e a segurança da HMI.
Este artigo fornece métodos práticos de cálculo de binário, um fluxo de trabalho de seleção e materiais/processos essenciais, e inclui números de normas técnicas relacionadas para acelerar o alinhamento durante as revisões de desenhos e a comunicação com os fornecedores.

Princípios básicos das dobradiças de binário

Definição e significado físico do binário

Binário T: o produto da força e do momento do braço. Unidade: N-m (ver ISO 80000-4:2019, grandezas e unidades em mecânica).

Numa estrutura de dobradiça, a gravidade gera um momento gravitacional através da distância perpendicular ao eixo de rotação; o par de fricção interna da dobradiça produz um binário de fricção. O equilíbrio entre os dois determina se a peça mantém a posição.

Mecanismo de funcionamento das dobradiças de fricção

Internamente, são comuns placas de fricção empilhadas ou elementos elásticos pré-carregados, formando um amortecimento constante ou quase constante.

Ângulo de retenção: quando o binário de fricção ≥ binário de perturbação externa (gravidade, vibração, força de funcionamento), o ângulo é "bloqueado" de forma estável.

Factores de influência: emparelhamento do material de fricção (aço inoxidável/bronze de fósforo/plásticos de engenharia), rugosidade da superfície (Ra), pré-carga e resistência ao desgaste.

Testes relevantes:

• ISO 4287/4288 (parâmetros de rugosidade da superfície e avaliação)
• ASTM G99 (ensaio de desgaste pino sobre disco, avaliação das tendências de desgaste dos pares de fricção)

Classificação e caraterísticas das dobradiças de binário

Por forma estrutural

• Dobradiça de binário unidirecional: proporciona um amortecimento principal numa direção de rotação; adequado para tampas basculantes e portas de serviço.
• Dobradiça de binário bidirecional: amortecimento semelhante em ambas as direcções; adequado para visores e fixação multi-ângulo.
• Indexado/posicionado por passos: "clica" em ângulos definidos; utilizado para posicionamento repetível ou alinhamento de pontos de referência de montagem.
• Não indexado: amortecimento contínuo ao longo de todo o curso com um toque suave.

Por domínio de aplicação

• Eletrónica: computadores portáteis/tablets/consolas centrais de automóveis; privilegia a leveza, o toque e a durabilidade.
• Médico/industrial: braços de exposição, portas de serviço, coberturas de proteção; privilegia a estabilidade e a robustez ambiental.
• Mobiliário/portas: portas de armário, tampas de queda suave; privilegia a segurança e o baixo ruído.

Tipo Comparação de desempenho

Tipo	Gama de binário típica*	Ajuste do ângulo	Vida (ciclos)	Ambientes adequados
Unidirecional	0,2-8 N-m	Médio	10k-50k	Geral, capas
Bidirecional	0,1-6 N-m	Elevado	20k-100k	Ecrãs/HMI
Indexado	0,5-10 N-m	Escalonado	20k-50k	Posicionamento industrial
Não indexado	0,1-5 N-m	Elevado	20k-100k	Eletrónica de consumo

* Os valores reflectem intervalos comuns da indústria. Utilize catálogos de fornecedores e ensaios de protótipos para obter valores exactos (a vida útil e as distribuições fazem referência à abordagem de classificação em ANSI/BHMA A156.1 para dobradiças de portas; os fornecedores de eletrónica de consumo fornecem frequentemente as suas próprias especificações de vida).

Parâmetros chave para seleção de dobradiças de binário

Quantidades básicas necessárias para o projeto

• Peso W: em newtons (N). Se a massa m é dado, converter utilizando W = m×g, com g ≈ 9,81 m/s².
• Braço de momento L: distância perpendicular do centro de gravidade ao eixo de rotação (metros).
• Ângulo θ: ângulo relativo à direção da gravidade; determina a componente do momento gravitacional.
• Número de charneiras n e sua distribuição: determina a quota de binário por articulação e a estabilidade do apoio.
• Ambiente de utilização: vibração, temperatura/humidade, poeira, exposição a produtos químicos.

Fórmula de cálculo do binário

Básico:
T_req = W × L × sin θ

Dobradiças múltiplas que partilham a carga (hipótese de partilha igual, instalação simétrica):
T_per = T_req / n

Armadilhas comuns

• Utilizar a massa diretamente como peso, o que leva a um binário subestimado.
• Tomar L como centro geométrico em vez da distância perpendicular entre o centro de gravidade e o eixo.
• Ignorando a variação do ângulo: θ muda ao longo do curso; o pico ocorre frequentemente perto da horizontal.
• Assumindo uma partilha perfeita da carga e ignorando as diferenças de inclinação e de atrito da montagem.

Fator de segurança

Fator de segurança recomendado SF = 1,2-1,5.
T_design = SF × T_req

O binário de projeto define a gama de seleção; o tato e a fixação devem ser verificados através de ensaios de protótipos.

A medição do binário e a calibração podem fazer referência ISO 6789 (calibração de ferramentas manuais de binário) e ISO/IEC 17025 (competência de calibração laboratorial).

Exemplos de cálculo para diferentes aplicações

Todos os cenários utilizam o peso W (N), braço de momento L (m)e ângulo θ (°). As condições de pico são dadas, e SF = 1,3 é aplicado para obter o binário de projeto.

Ecrã do computador portátil

Condições: massa do módulo de visualização 0,45 kg → W = 0,45 × 9,81 = 4,415 N; L = 0,10 m do centro de gravidade ao eixo.

Ângulo-chave: em torno da horizontal, sin θ ≈ 1.

Binário necessário: T_req = 4,415 × 0,10 = 0,4415 N-m.
Binário de conceção: T_design = 0,4415 × 1,3 = 0,574 N-m.
Duas dobradiças, partes iguais: por objetivo de dobradiça T_per ≈ 0,29 N-m.

Otimização: moldar a curva do ângulo de fricção (mais baixa no início, mais alta perto da horizontal, diminuindo depois) para melhorar a sensação.

Cobertura do serviço de equipamento industrial

Condições: massa de cobertura 3,0 kg → W = 29,43 N; L = 0,18 m.

Segmento horizontal: sin θ = 1.

Binário necessário: T_req = 29,43 × 0,18 = 5,30 N-m.
Binário de conceção: T_design = 6,89 N-m.
Duas dobradiças: por dobradiça ≈ 3,45 N-m.

Notas sobre o cenário: com vibrações de alta frequência ou poeiras exteriores/salinização, escolha uma pré-carga mais elevada e materiais mais resistentes à corrosão (ver materiais e normas abaixo).

Para ambientes com vibrações de alta frequência ou poeiras exteriores/salinização, recomenda-se que consulte IEC 60068-2-6 ou IEC 60068-2-64 para verificação da vibração; efetuar ensaios de corrosão por projeção salina de acordo com ISO 9227e, se for necessária proteção contra poeiras, seguir IEC 60068-2-68.

Braço de exposição médica (multiarticulação)

Junta A (perto da base): transporta toda a massa do braço e os periféricos.
Junta B (regulação fina final): transporta a parte do ecrã.

Abordagem de empilhamento: modelar cada articulação de forma independente e sobrepor os efeitos periféricos; tomar o pico local para cada articulação.

Exemplo: ecrã final 2,5 kg → W = 24,53 N, L = 0,12 m, segmento horizontal T_req = 2,94 N-m, T_design = 3,82 N-m.

Recomendações sobre o ambiente médico: compatibilidade material-limpador, baixa emissão de partículas, vida útil ≥ 50k-100k ciclos; efetuar testes de ciclos de temperatura e de limpeza química (ver IEC 60068-2-14 ciclos de temperatura).

Efeitos dos materiais e dos processos de fabrico no binário

Materiais e caraterísticas comuns

Material	Vantagens	Riscos/Notas	Normas relacionadas
Aço inoxidável (SUS304/316)	Força + resistência à corrosão	Desgaste por abrasão, custo mais elevado	ISO 9227 salinidade; ISO 3506 fixadores
Ligas de alumínio (6061/6063)	Leve, extrudível	Baixa dureza superficial; necessita de anodização	ISO 7599 anodização; ISO 2081 Zincagem (aço)
Plásticos de engenharia (POM/PA+GF/PTFE)	Baixo atrito, silencioso	Desvio térmico, fluência	UL 94 inflamabilidade; dados de fricção do fornecedor

Os pares de fricção devem ser estáveis: aço-PTFE, aço-POM, bronze fosforoso-aço inoxidável, etc.

Risco de corrosão: para ambientes exteriores ou químicos, utilizar 316L, revestimentos anódicos duros ou revestimento em pó; realizar ensaios de névoa salina e de calor húmido cíclico.

Fabrico e montagem

• Rugosidade da superfície: placas de fricção recomendadas Ra 0,2-0,8 μm para uma fricção estável.
• Folga e coaxialidade: controlar os desvios para evitar o "excesso de trabalho" de uma dobradiça.
• Consistência do binário: inspeção à chegada + comparação antes/depois do ensaio de vida; calibres rastreáveis de acordo com a norma ISO 6789 ou através de laboratórios acreditados ISO/IEC 17025.

Fluxo de trabalho de seleção e recomendações de engenharia

Passos de seleção rápida (prontos a colar nas listas de verificação de conceção)

• Definir a orientação da instalação, a gama de rotação e a condição do ângulo de pico.
• Calcular T_req = W × L × sin θ pico.
• Conjunto SF e obter T_design.
• Com base no número de dobradiças e na disposição, obter o objetivo por dobradiça T_per.
• Escolher o(s) modelo(s) de dobradiça cuja gama de binário/forma de curva coincida (uni-/bi-direcional, indexada/não indexada).
• Verificação do protótipo: toque, fixação, folga, desvio de temperatura e vida útil.
• Registar os valores medidos em comparação com os valores projectados e escrever na lista técnica e nas anotações 2D/3D.

Problemas e soluções comuns

• Binário demasiado elevado, operação pesada
  Reduzir a pré-carga; escolher uma curva dependente do ângulo; adicionar molas auxiliares/amortecedores a gás.
• Binário demasiado baixo, flacidez ou retorno elástico
  Aumentar o grau de binário; adicionar dobradiças; otimizar o centro de gravidade ou encurtar o braço de momento.
• A variação de temperatura provoca desvios de sensibilidade
  Utilizar pares de fricção de baixa temperatura; verificar por IEC 60068-2-1/-2 (temperatura baixa/alta) e -2-14 (ciclo de temperatura).
• Efeitos de corrosão/limpeza
  Utilizar 316L, anodização dura ou níquel eletrolítico; verificar de acordo com a norma ISO 9227; efetuar testes de compatibilidade de materiais com produtos de limpeza.

FAQ (compatível com dados estruturados)

Q1: Utilizar a massa ou o peso durante a seleção?
Utilização peso W (N). Se tiver massa m (kg), convert with W = m×g.

Q2: Porque é que o pico ocorre frequentemente perto da horizontal?
Porque sin θ é igual a 1 em θ = 90°. Neste ponto, o braço de momento da gravidade sobre o eixo é máximo e o binário atinge o seu pico.

Q3: Duas dobradiças partilham a carga de forma perfeitamente igual?
Não na perfeição. Os desvios de montagem e as diferenças de fricção conduzem a uma partilha desigual. Deixar margens de segurança na seleção e nas tolerâncias.

P4: Como equilibrar "toque leve" e "fixação forte"?
Utilizar uma curva de binário dependente do ângulo ou um esquema composto (dobradiça de fricção + escora de gás/mola de torção) para proporcionar um binário de retenção mais elevado em ângulos críticos.

Q5: Como evitar a corrosão do equipamento de exterior?
Escolha 316L ou anodização dura/níquel não eletrolítico; conduza a pulverização de sal ISO 9227; adicione calor húmido cíclico e envelhecimento UV, se necessário.

Conclusão

Calcular primeiro, depois verificar.
Utilização T = W × L × sin θ para encontrar o pico; utilize SF = 1,2-1,5 para fixar o binário de projeto; selecionar o tipo de estrutura e os materiais com base no cenário.
Registar a curva ângulo-torque, a vida útil e os testes ambientais nos desenhos e especificações. Construir o plano de validação em torno das normas acima.
Se o fizer, as coberturas não se descaem, os ecrãs aguentam, a manutenção é mais segura e a produção em massa é mais estável.