8_unioes por parafusos

Notas de Aula:

Prof. Gilfran Milfont

As anotações, ábacos, tabelas, fotos e gráficos

contidas neste texto, foram retiradas dos seguintes

livros:

-PROJETOS de MÁQUINAS-Robert L. Norton-

Ed. BOOKMAN-2ª edição-2004

-PROJETO de ENG. MECÂNICA-Joseph E.

Shigley-Ed. BOOKMAN -7ª edição-2005

-FUNDAMENTOS do PROJETO de COMP de

MÁQUINAS-Robert C. Juvinall-Ed.LTC -1ª

edição-2008

-PROJETO MECÂNICO de ELEMENTOS de

MÁQUINAS-Jack A. Collins-Ed. LTC-1ª edição-

2006

8 União

Por

Parafusos

ELEMENTOS DE MÁQUINAS AULAS PROF. GILFRAN MILFONT

8.1- INTRODUÇÃO

Existe uma variedade de fixadores disponíveis comercialmente, entre as quais, uma

das mais importantes utilizadas nas construções de máquinas estão o conjunto

parafuso-porca.

Os parafusos são utilizados

tanto para fixação de peças

como para mover cargas, os

chamados parafusos de

potência ou de avanço.

Aqui, iremos nos ater aos

parafusos de fixação. Estes

parafusos são normalmente

submetidos a cargas de

tração, de cisalhamento ou

ambas, podendo estas

cargas serem estáticas ou

de fadiga.


8.2- EMPREGO DOS PARAFUSOS

• como parafusos de fixação, para junções desmontáveis;

• como parafusos de protensão, para se aplicar pré-tensão (tensores);

• como parafusos obturadores, para tampar orifícios;

• como parafusos de ajustagem, para ajustes iniciais ou ajustes de eliminação de

folgas ou compensação de desgastes;

• como parafusos micrométricos, para obter deslocamentos mínimos;

• como parafusos transmissores de forças, para obter grandes forças axiais através

da aplicação de pequenas forças tangenciais (prensa de parafuso, morsa);

• como parafusos de movimento, para a transformação de movimentos rotativos

em movimentos retilíneos (morsa, fuso), ou de movimentos retilíneos em

rotativos (pua);

• como parafusos diferenciais, para a obtenção de pequenos deslocamentos por

meio de roscas grossas.

Os parafusos podem ser de rosca simples ou roscas múltiplas. Os de filetes

múltiplos apresentam como vantagem o fato de o avanço ser proporcional ao

número de entradas, ou seja:

a = nº entradas x passo.


8.3- ROSCAS E APLICAÇÕES


8.4- ALGUNS TIPOS DE PARAFUSOS


8.5- PORCAS E ARRUELAS


8.6- FORMAS PADRONIZADAS DE ROSCA

Após a 2ª Guerra mundial, as formas de rosca foram padronizadas na Inglaterra, no

Canadá e EUA e são conhecidas como Unified National Standard (UNS). O padrão

europeu é definido pela ISO e tem essencialmente a mesma forma de seção

transversal da UNS, porém utilizando dimensões métricas.

Área sob tração: Onde, para roscas UNS:

e para roscas ISO:


8.6a- FORMAS PADRONIZADAS DE ROSCA

O padrão UNS apresenta três famílias de rosca:

• Rosca Grossa (UNC): é mais comum e recomendada onde se requerem repetidas

inserções e remoções do parafuso ou para inserção em materiais moles;

• Rosca Fina (UNF): são mais resistentes ao afrouxamento decorrente de vibrações.

Tem uma vasta aplicação na indústria automobilística e aeronáutica;

• Rosca Ultrafina (UNEF): são utilizadas onde a espessura de parede é limitada.

Os padrões UNS e ISO definem intervalos de tolerância de maneira a controlar o

seu ajuste. A UNS define três tipos de classe: 1 (uso comum), 2 (projeto de

máquinas em geral) e 3 (uso em projetos de maior precisão). Uma letra é utilizada

para diferenciar roscas A (externas) e B (internas).

Exemplo de especificação de rosca UNS: ¼-20 UNC-2A

Que define: rosca externa de 0,250in de diâmetro, com 20 filetes por polegada, série

grossa, classe 2 de ajuste.

Exemplo de especificação de rosca ISOS: M8 x 1,25

Que define: rosca comum de 8mm de diâmetro por 1,25mm de passo de hélice.

As roscas-padrão são direitas (RH), a menos que haja especificação em contrário,

por adição das letras (LH).


8.6b- ROSCA WHITWORTH

Este padrão de rosca tem sido usado

na Inglaterra e tem um ângulo de

filete de 55º e, por apresentar o

fundo arredondado, tem uma boa

resistência à fadiga


8.7- ROSCAS UNS


8.8- ROSCAS ISO


8.9- PARAFUSOS DE ALTA RESISTÊNCIA – SAE

Parafusos estruturais ou para cargas pesadas, devem ser escolhidos

de acordo com a SAE, ASTM e ISO, que estabelecem critérios de

material, tratamentos térmicos e resistência mínima de prova.


8.9- PARAFUSOS DE ALTA RESISTÊNCIA – ISO

Equivalências entre normas: SAE 1 ISO 4.6 ASTM A 307

SAE 5 ISO 8.8 ASTM A 325

SAE 8.2 ISO 10.9 ASTM A 490


8.10- PARAFUSOS DE ALTA RESISTÊNCIA – ASTM


8.11- PRÉ-CARGA DE JUNÇÕES EM TRAÇÃO

E a constante de mola:

A deformação total do parafuso é :

Para o material de geometria

cilíndrica da fig. acima:

Onde: Se os materiais forem idênticos:

Se a área puder ser definida como um

cilindro sólido com um Deff:


8.12- PARAFUSOS PRÉ-CARREGADOS (C. ESTÁTICA)

Diz-se que se o parafuso não falha na pré-carga, então provavelmente não falhará

em serviço, o que é justificado pelas expressões acima.

A deflexão comum devido à carga aplicada P é: ou

Substituindo na eq. p/ P: ou onde

C é chamado de constante de rigidez de junta ou simplesmente constante de junta.

De modo semelhante: Força p/separar a junta:

Coef. Seg. à separação:


8.13- PARAFUSOS PRÉ-CARREGADOS (C. DINÂMICA)

A importância de aplicação de pré-carga em uniões sob carregamento dinâmico é

maior que nos carregamentos estáticos .

Força alternada e média no parafuso:

Coeficiente de Segurança à fadiga:

Tensão alternada e média no parafuso:

Tensão resultante da pré-carga:


8.13a- FATORES DE FADIGA P/ PARAFUSOS


8.14- FATOR DE RIGIDEZ DA JUNTA

Área efetiva da

seção cônica do

barril:

ϕ≈30º

Anteriormente, por simplicidade,

assumimos que a seção transversal do

material sendo sujeitado era um cilindro de

pequeno diâmetro. A figura ao lado, mostra

uma situação mais realista, mostrando uma

seção em forma de barril, como área de

influência do parafuso sobre o material.

Abaixo, a figura mostra uma análise por

elementos finitos de uma união por

parafusos.


8.14a- FATOR DE RIGIDEZ DA JUNTA

Rigidez do material:


8.14b- FATOR DE RIGIDEZ DA JUNTA

As gaxetas ou juntas, apresentam rigidez tão baixas que dominam

a equação:

Isto significa que Km (rigidez do material sujeitado) deve ser

substituído por Kg (rigidez da gaxeta), com exceção das gaxetas

metálicas (cobre) ou mistas (cobre asbesto) que apresentam alta

rigidez.


8.15- CONTROLE DA PRÉ-CARGA

A pré-carga, como fator

importante no projeto de

parafusos, precisa ser controlada.

Os métodos mais precisos

requerem a medição da elongação

do parafuso, porém métodos mais

práticos podem ser utilizados,

como é o caso do torquímetro,

onde o torque necessário é

encontrado através da expressão:


8.16- CISALHAMENTO EM PARAFUSOS

A utilização de parafusos para resistir ao cisalhamento em máquinas não é uma boa

prática. Se necessário, é melhor a utilização mista de parafusos e pinos passantes.

Porém em projetos estruturais é muito comum a utilização de parafusos de alta

resistência, pré-carregados, para resistir a esforços de cisalhamento.


8.16a- CISALHAMENTO EM PARAFUSOS

No caso de carga excêntrica, o parafuso está submetido a uma tensão de

cisalhamento devido ao esforço cortante e outra devido ao momento M.

Centróide do grupo de fixadores:

Força cortante em cada fixador,

devido à carga P:

Força cortante em cada fixador,

devido ao momento M:

A força cortante resultante em cada

fixador é a soma vetorial dessas

duas componentes de força.


EXEMPLO 14-2 (NORTON)


EXEMPLO 14-6 (NORTON)-MODIFICADO Alterando o posicionamento dos pinos do problema anterior, teríamos :

ksi 103

psi

P 1200 lbf

l 5 in

a 1.5 in

n 4

r a2

a2

r 2.121 in

M P l M 6000 lbf in

FM

M r

n r2

FM 707 lbf

FP

P

n FP 300 lbf

FB FP2

FM2

FB 768 lbf

d 0.375in Sy 117 ksi FB

A

4 FB

d2

4 FB

d2

6954.62psi Ns

Sy

Ns 16.823


ESTUDO DE CASO


ESTUDO DE CASO (CONT.)

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