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8<br />
Notas de Aula:<br />
Prof. Gilfran Milfont<br />
As anotações, ábacos, tabelas, fotos e gráficos<br />
contidas neste texto, foram retiradas dos seguintes<br />
livros:<br />
-PROJETOS de MÁQUINAS-Robert L. Norton-<br />
Ed. BOOKMAN-2ª edição-2004<br />
-PROJETO de ENG. MECÂNICA-Joseph E.<br />
Shigley-Ed. BOOKMAN -7ª edição-2005<br />
-FUNDAMENTOS do PROJETO de COMP de<br />
MÁQUINAS-Robert C. Juvinall-Ed.LTC -1ª<br />
edição-2008<br />
-PROJETO MECÂNICO de ELEMENTOS de<br />
MÁQUINAS-Jack A. Collins-Ed. LTC-1ª edição-<br />
2006<br />
<strong>União</strong><br />
<strong>Por</strong><br />
<strong>Parafusos</strong>
ELEMENTOS DE MÁQUINAS AULAS PROF. GILFRAN MILFONT<br />
8.1- INTRODUÇÃO<br />
Existe uma variedade de fixadores disponíveis comercialmente, entre as quais, uma<br />
das mais importantes utilizadas nas construções de máquinas estão o conjunto<br />
parafuso-porca.<br />
Os parafusos são utilizados<br />
tanto para fixação de peças<br />
como para mover cargas, os<br />
chamados parafusos de<br />
potência ou de avanço.<br />
Aqui, iremos nos ater aos<br />
parafusos de fixação. Estes<br />
parafusos são normalmente<br />
submetidos a cargas de<br />
tração, de cisalhamento ou<br />
ambas, podendo estas<br />
cargas serem estáticas ou<br />
de fadiga.
ELEMENTOS DE MÁQUINAS AULAS PROF. GILFRAN MILFONT<br />
8.2- EMPREGO DOS PARAFUSOS<br />
• como parafusos de fixação, para junções desmontáveis;<br />
• como parafusos de protensão, para se aplicar pré-tensão (tensores);<br />
• como parafusos obturadores, para tampar orifícios;<br />
• como parafusos de ajustagem, para ajustes iniciais ou ajustes de eliminação de<br />
folgas ou compensação de desgastes;<br />
• como parafusos micrométricos, para obter deslocamentos mínimos;<br />
• como parafusos transmissores de forças, para obter grandes forças axiais através<br />
da aplicação de pequenas forças tangenciais (prensa de parafuso, morsa);<br />
• como parafusos de movimento, para a transformação de movimentos rotativos<br />
em movimentos retilíneos (morsa, fuso), ou de movimentos retilíneos em<br />
rotativos (pua);<br />
• como parafusos diferenciais, para a obtenção de pequenos deslocamentos por<br />
meio de roscas grossas.<br />
Os parafusos podem ser de rosca simples ou roscas múltiplas. Os de filetes<br />
múltiplos apresentam como vantagem o fato de o avanço ser proporcional ao<br />
número de entradas, ou seja:<br />
a = nº entradas x passo.
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8.3- ROSCAS E APLICAÇÕES
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8.4- ALGUNS TIPOS DE PARAFUSOS
ELEMENTOS DE MÁQUINAS AULAS PROF. GILFRAN MILFONT<br />
8.5- PORCAS E ARRUELAS
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8.6- FORMAS PADRONIZADAS DE ROSCA<br />
Após a 2ª Guerra mundial, as formas de rosca foram padronizadas na Inglaterra, no<br />
Canadá e EUA e são conhecidas como Unified National Standard (UNS). O padrão<br />
europeu é definido pela ISO e tem essencialmente a mesma forma de seção<br />
transversal da UNS, porém utilizando dimensões métricas.<br />
Área sob tração: Onde, para roscas UNS:<br />
e para roscas ISO:
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8.6a- FORMAS PADRONIZADAS DE ROSCA<br />
O padrão UNS apresenta três famílias de rosca:<br />
• Rosca Grossa (UNC): é mais comum e recomendada onde se requerem repetidas<br />
inserções e remoções do parafuso ou para inserção em materiais moles;<br />
• Rosca Fina (UNF): são mais resistentes ao afrouxamento decorrente de vibrações.<br />
Tem uma vasta aplicação na indústria automobilística e aeronáutica;<br />
• Rosca Ultrafina (UNEF): são utilizadas onde a espessura de parede é limitada.<br />
Os padrões UNS e ISO definem intervalos de tolerância de maneira a controlar o<br />
seu ajuste. A UNS define três tipos de classe: 1 (uso comum), 2 (projeto de<br />
máquinas em geral) e 3 (uso em projetos de maior precisão). Uma letra é utilizada<br />
para diferenciar roscas A (externas) e B (internas).<br />
Exemplo de especificação de rosca UNS: ¼-20 UNC-2A<br />
Que define: rosca externa de 0,250in de diâmetro, com 20 filetes por polegada, série<br />
grossa, classe 2 de ajuste.<br />
Exemplo de especificação de rosca ISOS: M8 x 1,25<br />
Que define: rosca comum de 8mm de diâmetro por 1,25mm de passo de hélice.<br />
As roscas-padrão são direitas (RH), a menos que haja especificação em contrário,<br />
por adição das letras (LH).
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8.6b- ROSCA WHITWORTH<br />
Este padrão de rosca tem sido usado<br />
na Inglaterra e tem um ângulo de<br />
filete de 55º e, por apresentar o<br />
fundo arredondado, tem uma boa<br />
resistência à fadiga
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8.7- ROSCAS UNS
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8.8- ROSCAS ISO
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8.9- PARAFUSOS DE ALTA RESISTÊNCIA – SAE<br />
<strong>Parafusos</strong> estruturais ou para cargas pesadas, devem ser escolhidos<br />
de acordo com a SAE, ASTM e ISO, que estabelecem critérios de<br />
material, tratamentos térmicos e resistência mínima de prova.
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8.9- PARAFUSOS DE ALTA RESISTÊNCIA – ISO<br />
Equivalências entre normas:<br />
SAE 1 ISO 4.6 ASTM A 307<br />
SAE 5 ISO 8.8 ASTM A 325<br />
SAE 8.2 ISO 10.9 ASTM A 490
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8.10- PARAFUSOS DE ALTA RESISTÊNCIA – ASTM
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8.11- PRÉ-CARGA DE JUNÇÕES EM TRAÇÃO<br />
Para o material de geometria<br />
cilíndrica da fig. acima:<br />
Onde:<br />
A deformação total do parafuso é :<br />
E a constante de mola:<br />
Se a área puder ser definida como um<br />
cilindro sólido com um Deff:<br />
Se os materiais forem idênticos:
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8.12- PARAFUSOS PRÉ-CARREGADOS (C. ESTÁTICA)<br />
Diz-se que se o parafuso não falha na pré-carga, então provavelmente não falhará<br />
em serviço, o que é justificado pelas expressões acima.<br />
A deflexão comum devido à carga aplicada P é:<br />
ou<br />
Substituindo na eq. p/ P: ou onde<br />
C é chamado de constante de rigidez de junta ou simplesmente constante de junta.<br />
De modo semelhante: Força p/separar a junta:<br />
Coef. Seg. à separação:
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8.13- PARAFUSOS PRÉ-CARREGADOS (C. DINÂMICA)<br />
A importância de aplicação de pré-carga em uniões sob carregamento dinâmico é<br />
maior que nos carregamentos estáticos .<br />
Força alternada e média no parafuso:<br />
Tensão alternada e média no parafuso:<br />
Tensão resultante da pré-carga:<br />
Coeficiente de Segurança à fadiga:
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8.13a- FATORES DE FADIGA P/ PARAFUSOS
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8.14- FATOR DE RIGIDEZ DA JUNTA<br />
Anteriormente, por simplicidade,<br />
assumimos que a seção transversal do<br />
material sendo sujeitado era um cilindro de<br />
pequeno diâmetro. A figura ao lado, mostra<br />
uma situação mais realista, mostrando uma<br />
seção em forma de barril, como área de<br />
influência do parafuso sobre o material.<br />
Abaixo, a figura mostra uma análise por<br />
elementos finitos de uma união por<br />
parafusos.<br />
ϕ≈30º<br />
Área efetiva da<br />
seção cônica do<br />
barril:
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8.14a- FATOR DE RIGIDEZ DA JUNTA<br />
Rigidez do material:
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8.14b- FATOR DE RIGIDEZ DA JUNTA<br />
As gaxetas ou juntas, apresentam rigidez tão baixas que dominam<br />
a equação:<br />
Isto significa que Km (rigidez do material sujeitado) deve ser<br />
substituído por Kg (rigidez da gaxeta), com exceção das gaxetas<br />
metálicas (cobre) ou mistas (cobre asbesto) que apresentam alta<br />
rigidez.
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8.15- CONTROLE DA PRÉ-CARGA<br />
A pré-carga, como fator<br />
importante no projeto de<br />
parafusos, precisa ser controlada.<br />
Os métodos mais precisos<br />
requerem a medição da elongação<br />
do parafuso, porém métodos mais<br />
práticos podem ser utilizados,<br />
como é o caso do torquímetro,<br />
onde o torque necessário é<br />
encontrado através da expressão:
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8.16- CISALHAMENTO EM PARAFUSOS<br />
A utilização de parafusos para resistir ao cisalhamento em máquinas não é uma boa<br />
prática. Se necessário, é melhor a utilização mista de parafusos e pinos passantes.<br />
<strong>Por</strong>ém em projetos estruturais é muito comum a utilização de parafusos de alta<br />
resistência, pré-carregados, para resistir a esforços de cisalhamento.
ELEMENTOS DE MÁQUINAS AULAS PROF. GILFRAN MILFONT<br />
8.16a- CISALHAMENTO EM PARAFUSOS<br />
No caso de carga excêntrica, o parafuso está submetido a uma tensão de<br />
cisalhamento devido ao esforço cortante e outra devido ao momento M.<br />
Centróide do grupo de fixadores:<br />
Força cortante em cada fixador,<br />
devido à carga P:<br />
Força cortante em cada fixador,<br />
devido ao momento M:<br />
A força cortante resultante em cada<br />
fixador é a soma vetorial dessas<br />
duas componentes de força.
ELEMENTOS DE MÁQUINAS AULAS PROF. GILFRAN MILFONT<br />
EXEMPLO 14-2 (NORTON)
ELEMENTOS DE MÁQUINAS AULAS PROF. GILFRAN MILFONT<br />
EXEMPLO 14-2 (NORTON)
ELEMENTOS DE MÁQUINAS AULAS PROF. GILFRAN MILFONT<br />
EXEMPLO 14-2 (NORTON)
ELEMENTOS DE MÁQUINAS AULAS PROF. GILFRAN MILFONT<br />
EXEMPLO 14-2 (NORTON)
ELEMENTOS DE MÁQUINAS AULAS PROF. GILFRAN MILFONT<br />
EXEMPLO 14-2 (NORTON)
ELEMENTOS DE MÁQUINAS AULAS PROF. GILFRAN MILFONT<br />
EXEMPLO 14-2 (NORTON)
ELEMENTOS DE MÁQUINAS AULAS PROF. GILFRAN MILFONT<br />
EXEMPLO 14-3 (NORTON)
ELEMENTOS DE MÁQUINAS AULAS PROF. GILFRAN MILFONT<br />
EXEMPLO 14-3 (NORTON)
ELEMENTOS DE MÁQUINAS AULAS PROF. GILFRAN MILFONT<br />
EXEMPLO 14-3 (NORTON)
ELEMENTOS DE MÁQUINAS AULAS PROF. GILFRAN MILFONT<br />
EXEMPLO 14-3 (NORTON)
ELEMENTOS DE MÁQUINAS AULAS PROF. GILFRAN MILFONT<br />
EXEMPLO 14-3 (NORTON)
ELEMENTOS DE MÁQUINAS AULAS PROF. GILFRAN MILFONT<br />
EXEMPLO 14-3 (NORTON)
ELEMENTOS DE MÁQUINAS AULAS PROF. GILFRAN MILFONT<br />
EXEMPLO 14-3 (NORTON)
ELEMENTOS DE MÁQUINAS AULAS PROF. GILFRAN MILFONT<br />
EXEMPLO 14-4 (NORTON)
ELEMENTOS DE MÁQUINAS AULAS PROF. GILFRAN MILFONT<br />
EXEMPLO 14-4 (NORTON)
ELEMENTOS DE MÁQUINAS AULAS PROF. GILFRAN MILFONT<br />
EXEMPLO 14-4 (NORTON)
ELEMENTOS DE MÁQUINAS AULAS PROF. GILFRAN MILFONT<br />
EXEMPLO 14-4 (NORTON)
ELEMENTOS DE MÁQUINAS AULAS PROF. GILFRAN MILFONT<br />
EXEMPLO 14-4 (NORTON)
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EXEMPLO 14-4 (NORTON)
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EXEMPLO 14-5 (NORTON)
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EXEMPLO 14-6 (NORTON)
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EXEMPLO 14-6 (NORTON)
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EXEMPLO 14-6 (NORTON)-MODIFICADO<br />
Alterando o posicionamento dos pinos do problema anterior, teríamos :<br />
F B<br />
2<br />
FP 2<br />
FM <br />
FB 768 lbf<br />
d 0.375in<br />
Sy 117ksi <br />
6954.62psi<br />
Ns S y<br />
F B<br />
Ns <br />
16.823<br />
<br />
A<br />
4FB d 2<br />
<br />
ksi 10 3 psi<br />
P 1200lbf l 5in a 1.5in n 4<br />
r a 2<br />
a 2<br />
<br />
r 2.121in<br />
M Pl M 6000 lbf in<br />
F M<br />
F P<br />
Mr n r 2<br />
FM 707 lbf<br />
<br />
P<br />
FP 300 lbf<br />
n<br />
<br />
<br />
4FB d 2
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ESTUDO DE CASO
ELEMENTOS DE MÁQUINAS AULAS PROF. GILFRAN MILFONT<br />
ESTUDO DE CASO (CONT.)
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ESTUDO DE CASO (CONT.)
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ESTUDO DE CASO (CONT.)