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Para dar início a ideia de atrito, é necessário entender como a física trata este mecanismo. Fundamentalmente, existem alguns parâmetros que determinam de qual forma um movimento se inicia. Quando temos uma força aplicada sobre um corpo, entende-se que este corpo irá iniciar o movimento no sentido do vetor de força, outra afirmativa possível, é que quanto maior for a massa do corpo, maior deverá ser a força aplicada para tal movimento. Entretanto, essas condições somente seriam válidas, caso as superfícies em questão, fossem totalmente lisas e perfeitas. O que na prática não acontece. 

Toda superfície conta com um nível de irregularidades e saliências que, a nível micrométrico, influenciam no movimento entre os corpos. Este conceito é facilmente desmistificado quando abordado em relação ao cotidiano. Por exemplo: o shape de um skate. O mesmo conta com uma superfície muito áspera, gerando assim uma alta rugosidade. O objetivo desta alta rugosidade é gerar um atrito maior, entre a superfície do shape e a da sola do tênis do skatista, assim gerando uma maior aderência. Abaixo será descrito como esta aderência desenvolvida pela rugosidade influência no movimento. 

Seguindo a segunda lei de Newton: F=m.a

Em uma descida, aconteceria a decomposição da aceleração da gravidade. Isso nada mais é do que dividir uma parte da aceleração da gravidade em relação ao ângulo de inclinação da descida. Essa decomposição da aceleração da gravidade multiplicada pela massa do skatista irá gerar uma força, conforme segunda lei de newton, no sentido da descida. Considerando que o shape do skate esteja com uma superfície totalmente lisa e perfeita, o skatista escorregaria do skate, pois não haveria nenhuma aderência em relação ao shape. 

Com esses fundamentos esclarecidos, é possível partir para a ideia de coeficiente de atrito, este sendo dividido de duas formas: estático e dinâmico. Quando um corpo está em movimento, sobre um a superfície, ou em um meio viscoso, tal como ar ou água, há resistência ao movimento, pois o corpo interage com o seu entorno. (Serway 2013)

Por exemplo, considere uma lata de lixo sendo arrastada em um quintal de concreto, conforme a figura 1.

No caso a, existe uma força empurrando a lata para a direita, porém a lata não se move, já que com a mesma intensidade para o lado esquerdo, está atuando a força de atrito estático. Em b, a força que empurra a lata para a direita tem sua intensidade aumentada, dando início ao movimento e vencendo a força de atrito estático máximo. Uma vez que o movimento se inicia, a força de atrito estático se dissipa dando início ao atrito dinâmico ou cinético. Conforme figura 2.

Na abordagem normativa utilizaremos como referência a ISO 16047, do ano de 2005. Esta norma traz um viés totalmente específico voltado para o dimensionamento de coeficiente de atrito de alguns elementos de fixação. Existem algumas diferenças entre a abordagem normativa e a abordagem física. Enquanto na física a teoria está sendo disposta para exemplificar alguns fenômenos naturais, as normas servem para padronizar processos e testes que devem ser realizados na avaliação do coeficiente de atrito. 

Para tratar de parafusos, necessariamente deve-se abordar alguns parâmetros importantes, que definem limites de desempenho. A própria ISO 16047, referência características de desempenho do ISO 898-1.

 

Parâmetros dimensionais também são fundamentais, sendo eles: diâmetro efetivo, diâmetro menor e maior de assentamento da cabeça e passo da rosca. A configuração utilizada conta com o parafuso a ser avaliado, contra peça sob a cabeça do fixador, porca ou inserto roscado, conforme esquema abaixo: 

A placa hachurada número 4, diz respeito a estrutura do dispositivo que sofrerá a compressão durante o aperto do fixador. Para este ensaio o aperto pode acontecer tanto pela cabeça do fixador (5) quanto pela porca (6). A contra peça (1) é normalizada e segue parâmetros da ISO 16047, podendo contar com dois ranges de rugosidade, e dois ranges de dureza. O aperto acontece com uma rotação definida pela norma, assim gerando uma força de compressão como alvo. 

Essa força será especificada com 75% da carga de prova da norma ISO 898-1. Tendo a força como parâmetros específico e conhecido é possível deduzir as fórmulas que deverão dimensionar os atritos, através da fórmula de Kellermann e Klein, conforme imagem abaixo: 

Utilizando a fórmula acima, é possível determinar os coeficientes de atrito exemplificados pela ISO 16047. Utilizando um equipamento de transdutor de torque, é possível acompanhar o torque de aperto atingido. A fim de monitorar a força e o torque na rosca, é utilizado uma célula de carga sensorizada capaz de detectar os esforços durante o aperto. Tendo força e torques em mãos, pode-se utilizar a fórmula necessária para calcular o coeficiente de atrito, na rosca, sob a cabeça e total, assim validando os tratamentos superficiais utilizados nos parafusos. 

O controle dos coeficientes de atrito, conforme mostrado acima, é importante para garantir que a montagem dos fixadores ocorra conforme projetado. O dimensionamento da estratégia de aperto de um parafuso precisa se basear na faixa de coeficientes de atrito que o fixador pode alcançar, para que seja possível garantir a correta força de união da junta resultante deste aperto. Para isso, é de extrema importância o conhecimento dos atritos reais da aplicação e um controle de qualidade eficaz para monitoramento do processo, garantindo o range de atrito para o qual a aplicação foi projetada. 

Serway, Raymond, A. e John W. Jewett Jr.. Física para Cientistas e Engenheiros - Volume 1 - Mecânica - Tradução da 9ª edição norte-americana. (2nd edição). Cengage Learning Brasil, 2013.

16047:2005, I. (2005). Fasteners - Torque / clamp force testing. Switzerland: ISO.