5A Aula - CPEM _ Soldagem

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28/09/2022
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Prof. Me. Silvestre da Silva Neto
AULA 5 – Elementos de Fixação, Chavetas e
Acoplamentos
USAR
Ensino Superior de Tecnologia em Soldagem
Disciplina: CPEM
Elementos de Fixação
• Tipos de Elementos de Fixação
• Elementos de Fixação com Roscas
• Materiais de Parafusos
• Dimensionamento de Parafusos
Elementos de Fixação
Os elementos de fixação são elementos de 
máquinas utilizados para realizar a fixação 
dos diversos componentes de uma 
máquina ou equipamento.
.
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Elementos de Fixação - Tipos
•Parafusos
•Porcas
•Arruelas
•Rebites
.
Porcas e parafusos
Figura 1 – Exemplos de Elementos de Fixação: Porca e Parafuso
Fonte: https://www.istockphoto.com/br/foto/grampos-de-metal-3d-gm155389440-19592107
Porcas, Parafusos e Arruelas
Figura 2 – Exemplos de Elementos de Fixação: Porca, Parafuso e Arruelas
Fonte: https://www.istockphoto.com/br/foto/parafuso-de-a%C3%A7o-inoxid%C3%A1vel-e-nozes-gm462318351-31940084
Rebites
Figura 3 – Exemplos de Elementos de Fixação: Rebites
Fonte: https://www.istockphoto.com/br/foto/rebites-gm863752956-143221997
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Elementos de Fixação com Roscas
Figura 4 – Exemplos de Parafusos de cabeça sextavada passante e não passante
Fonte: (MOTT, Robert L. Elementos de Máquinas em Projetos Mecânicos. 5ªEdição - Ed. Pearson Education do 
Brasil, São Paulo, 2015 – Pág. 730), disponível na biblioteca virtual da universidade.
Parafusos Passantes e Não Passantes
.
Elementos de Fixação com Roscas
Outros tipos de parafusos:
.
Figura 5 – Exemplos de diversos parafusos com formatos de cabeça diferentes
Fonte: (MOTT, Robert L. Elementos de Máquinas em Projetos Mecânicos. 5ª Edição -
Ed. Pearson Education do Brasil, São Paulo, 2015 – Pág. 730), disponível na biblioteca 
virtual da universidade.
Elementos de Fixação com Roscas
Outros tipos de parafusos:
.
Figura 6 – Exemplos de parafusos com formatos de cabeça diferentes e parafusos 
para embutimento
Fonte: (MOTT, Robert L. Elementos de Máquinas em Projetos Mecânicos. 5ª 
Edição - Ed. Pearson Education do Brasil, São Paulo, 2015 – Pág. 731), disponível 
na biblioteca virtual da universidade.
Elementos de Fixação com Roscas
Outros tipos de parafusos:
.
Figura 7 – Exemplos de parafusos para chapas tipo “fenda” e tipo “Phillips”
Fonte: (MOTT, Robert L. Elementos de Máquinas em Projetos Mecânicos. 5ª Edição - Ed. 
Pearson Education do Brasil, São Paulo, 2015 – Pág. 731), disponível na biblioteca virtual da 
universidade.
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Materiais de Parafusos
Classes de parafusos:
.
Tabela 1 - Classes de Parafusos com Roscas no Sistema Métrico
Fonte: (MOTT, Robert L. Elementos de Máquinas em Projetos Mecânicos. 5ª Edição - Ed. Pearson Education do Brasil, São Paulo, 
2015 – Pág. 734), disponível na biblioteca virtual da universidade.
Materiais de Parafusos
Classes de parafusos:
.
Figura 8 – Significado da Classe do Parafuso – Sistema Métrico
Fonte: O Autor
Denominação de Roscas
Sistema Métrico:
.
Figura 9 – Denominação de uma Rosca – Sistema Métrico
Fonte: O Autor
Denominação de Roscas
Características Geométricas:
.
Figura 10 – Características Geométricas de uma Rosca – Sistema Métrico
Fonte: (BUDYNAS, Richard G., NISBETT, J. Keith. Elementos de Máquinas de Shigley. 10ª Edição - Ed. AMGH, Porto Alegre, 2016, 
Pág. 396), disponível na biblioteca virtual da universidade.
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Dimensionamento de Parafusos
Tipos de Esforços:
•Esforço de Tração
•Esforço de Cisalhamento
.
Dimensionamento de Parafusos
•Esforço de Tração
. 𝑒𝑝
𝑠
 𝑁
𝑡
 
Dimensionamento de Parafusos
•Esforço de Cisalhamento
. 𝑒 𝑒𝑝 
𝑒
𝑠
 
𝑡
𝑟
 
Dimensionamento de Parafusos
•Áreas normalizadas – Sistema Métrico
. Tabela 3 – Áreas Normalizadas para Parafusos com rosca 
triangular do Sistema Métrico
Fonte: (BUDYNAS, Richard G., NISBETT, J. Keith. Elementos 
de Máquinas de Shigley. 10ª Edição - Ed. AMGH, Porto 
Alegre, 2016, Pág. 397), disponível na biblioteca virtual da 
universidade.
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Exemplo 1 de Aplicação
Um parafuso está sujeito a força de aperto de tração de 5000 N. 
Deseja-se utilizar um parafuso classe 5,8 para esse projeto 
(Resistência de prova = 380 MPa). O coeficiente de segurança a 
ser adotado no projeto é igual a 4, determinar:
A Tensão Normal Admissível do Projeto.
A área mínima de Tensão de Tração desse parafuso.
A rosca métrica grossa a ser adotada para esse parafuso.
Adotar: 
.
𝜋 = 3,14 
Exemplo 1 de Aplicação
Item a) A Tensão Normal Admissível do Projeto
𝜎 =
𝜎𝑒𝑝
𝐶𝑠
 
𝜎 =
380𝑀𝑃𝑎
4
 
𝝈 = 𝟗𝟓 𝑴𝒑𝒂 = 𝟗𝟓 
𝑵
𝒎𝒎𝟐
 
Exemplo 1 de Aplicação
Item b) A área mínima de Tensão de Tração desse parafuso.
𝜎 = 
𝐹𝑁
𝐴𝑡
 
𝐴𝑡 = 
𝐹𝑁
𝜎
 
𝐴𝑡 = 
5000𝑁
95
𝑁
𝑚𝑚2
 
𝑨𝒕 = 𝟓𝟐, 𝟔𝟑 𝒎𝒎
𝟐 
Exemplo 1 de Aplicação
Item c) A rosca métrica grossa a ser adotada para esse parafuso.
Consultando-se a tabela de áreas das roscas (Tabela 3), verifica-se 
que a área da Rosca Métrica M10x1,5 possui uma área de tensão de 
tração de 58 mm² e, dessa forma, é maior que a área calculada de 
52,63mm². 
Ou seja, deve-se utilizar um parafuso M10x1,5
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Exemplo 2 de Aplicação
Um parafuso está sujeito a força de cisalhamento de 5000 N. 
Deseja-se utilizar um parafuso classe 5,8 para esse projeto 
(Resistência de prova = 380 MPa). O coeficiente de segurança a 
ser adotado no projeto é igual a 4, determinar:
a) A Tensão de Cisalhamento Admissível do Projeto.
b) A área mínima de diâmetro menor desse parafuso.
c) A rosca métrica grossa a ser adotada para esse parafuso.
Adotar: 
.
𝜋 = 3,14 
Chavetas e Acoplamentos
• Chavetas e Acoplamentos
• Tipos de Acoplamentos
• Tipos de Chavetas
• Dimensionamento de Chavetas
Acoplamentos
Os acoplamentos são elementos de 
máquinas utilizados para realizar a conexão 
e transmitir potência e movimento de um 
eixo motor para um eixo movido, quando 
esses 2 eixos estão alinhados no mesmo 
eixo de rotação. 
.
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Acoplamentos
Figura 1 – Exemplo de eixo-árvore com acoplamento
Fonte: https://www.istockphoto.com/br/foto/motor-el%C3%A9trico-gm485884279-38777870
Acoplamentos
Figura 2 – Exemplo de acoplamento
Fonte: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/fc/Direct_drive..jpg
Chavetas
As chavetas são elementos de máquinas 
utilizados para realizar a conexão e 
transmitir potência e movimento de um 
eixo para uma engrenagem, polia ou 
acoplamento que está conectado ou 
apoiado sobre esse eixo. 
.
Chavetas
Figura 3 – Exemplo de chaveta
Fonte: https://www.istockphoto.com/br/foto/motor-el%C3%A9trico-gm529313563-53967696
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Tipos de Acoplamentos
•Acoplamentos Rígidos
•Acoplamentos Flexíveis
Acoplamentos Rígidos
Figura 4 – Exemplo de acoplamento rígido com flanges e parafusos
Fonte: (MOTT, Robert L. Elementos de Máquinas em Projetos Mecânicos. 5ª Edição - Ed. Pearson Education do Brasil, São Paulo, 2015 
– Pág. 506), disponível na biblioteca virtual da universidade.
Acoplamentos Flexíveis
Figura 7 – Exemplo de acoplamento flexível de correntes
Fonte: (MOTT, Robert L. Elementos de Máquinas em Projetos Mecânicos. 5ª Edição - Ed. Pearson Education do Brasil, São Paulo, 2015 –
Pág. 507), disponível na biblioteca virtual da universidade.
Acoplamentos Flexíveis
Figura 12 – Exemplo de acoplamento flexível Para-flex.
Fonte: (MOTT, Robert L. Elementos de Máquinas em Projetos Mecânicos. 5ª Edição - Ed. Pearson Education do Brasil, São Paulo, 2015 –
Pág. 508), disponível na biblioteca virtual da universidade.
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Tipos de Chavetas
•Chaveta Quadrada
Figura 13 – Geometria de uma chaveta de seção quadrada
Fonte: (MOTT, Robert L. Elementos de Máquinas em Projetos Mecânicos. 5ª Edição - Ed. Pearson Education do Brasil, São 
Paulo, 2015 – Pág. 490), disponível na biblioteca virtual da universidade.
Tipos de Chavetas
• Chaveta montada em um eixo
Figura 15 – Chaveta aplicada na junção entre um eixo e uma engrenagem.Fonte: (MOTT, Robert L. Elementos de Máquinas em Projetos Mecânicos. 5ª Edição - Ed. Pearson Education do
Brasil, São Paulo, 2015 – Pág. 490), disponível na biblioteca virtual da universidade.
Tipos de Chavetas
• Outros tipos
de chavetas
Figura 16 – Outros tipos de chavetas.
Fonte: (MOTT, Robert L. Elementos de
Máquinas em Projetos Mecânicos. 5ª Edição - Ed.
Pearson Education do Brasil, São Paulo, 2015 – Pág.
490), disponível na biblioteca virtual da universidade.
Dimensionamento de Chavetas
• Esforço de Compressão ou Esmagamento
•Esforço de Cisalhamento
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Dimensionamento de Chavetas
Esforço de Compressão ou Esmagamento
Figura 17 – Área sujeita ao esmagamento em uma chaveta
Fonte: (MELCONIAN, Sarkis. Elementos de Máquinas. 10ª Edição - Ed. Érica, São Paulo, 2013, Pág. 317), 
disponível na biblioteca virtual da universidade.
𝑡 
Dimensionamento de Chavetas
Esforço de Cisalhamento
Figura 18 – Área sujeita ao cisalhamento em uma chaveta
Fonte: (MELCONIAN, Sarkis. Elementos de Máquinas. 10ª Edição - Ed. Érica, São Paulo, 
2013, Pág. 316), disponível na biblioteca virtual da universidade.
𝑡
 
Dimensionamento de Chavetas
Dimensões W e H de chavetas
Tabela 1 – Dimensões W e H de chavetas em função 
do diâmetro do eixo
Fonte: (MOTT, Robert L. Elementos de Máquinas em 
Projetos Mecânicos. 5ª Edição - Ed. Pearson 
Education do Brasil, São Paulo, 2015 – Pág. 491), 
disponível na biblioteca virtual da universidade.
Exemplo de Aplicação
Uma chaveta está sujeita a uma força tangencial de 5000 N. O eixo onde esta 
chaveta será montada possui diâmetro de 32 mm. Deseja-se utilizar na 
fabricação dessa chaveta o Aço ABNT 1020 (e = 280 MPa). O coeficiente de 
segurança a ser adotado no projeto é igual a 4, determinar:
a) A Tensão Normal Admissível do Projeto.
b) O comprimento mínimo da chaveta para resistir aos esforços de 
esmagamento.
c) A Tensão de Cisalhamento Admissível no Projeto.
d) O comprimento mínimo da chaveta para resistir aos esforços de 
cisalhamento
e) O comprimento mínimo final da chaveta.
Adotar: 
.
𝜋 = 3,14 
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Exemplo de Aplicação
Item a) A Tensão Normal Admissível do Projeto
𝜎 =
𝜎𝑒
𝐶𝑠
 
𝜎 =
280𝑀𝑃𝑎
4
 
𝝈 = 𝟕𝟎 𝑴𝒑𝒂 = 𝟕𝟎 
𝑵
𝒎𝒎𝟐
 
Exemplo de Aplicação
Item b) O comprimento mínimo da chaveta (L) para 
resistir aos esforços de esmagamento.
Consultando-se a tabela 1, para um diâmetro de eixo igual 
a 32mm no sistema ISO, têm-se:
Largura W = 10mm
Altura H= 8mm
Exemplo de Aplicação
Item b) O comprimento mínimo da chaveta (L) para 
resistir aos esforços de esmagamento.
𝜎 = 
2 ∙ 𝐹𝑡
𝐿 ∙ 𝐻
 
𝐿 = 
2 ∙ 𝐹𝑡
𝜎 ∙ 𝐻
 
𝐿 = 
2 ∙ 5000
70
𝑁
𝐿 = 
2 ∙ 𝐹𝑡
𝜎 ∙ 𝐻
𝐿 = 
2 ∙ 5000𝑁
70
𝑁
𝑚𝑚2
∙ 8𝑚𝑚
 
𝑳 = 𝟏𝟕, 𝟖𝟓𝟕𝒎𝒎 
Exemplo de Aplicação
Item c) A Tensão de Cisalhamento Admissível do Projeto.
 𝜏𝑒 ≅ 0,6 ∙ 𝜎𝑒𝑝 
𝜏𝑒 ≅ 0,6 ∙ 280𝑀𝑃𝑎 
𝜏𝑒 ≅ 168 𝑀𝑃𝑎 
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Exemplo de Aplicação
Item c) A Tensão de Cisalhamento Admissível do Projeto.
𝜏̅ =
𝜏𝑒
𝐶𝑠
 
𝜏̅ =
168 𝑀𝑃𝑎
4
 
𝝉 = 𝟒𝟐 𝑴𝒑𝒂 = 𝟒𝟐 
𝑵
𝒎𝒎𝟐
 
Exemplo de Aplicação
Item d) O comprimento mínimo da chaveta (L) 
para resistir aos esforços de cisalhamento
𝜏̅ = 
𝐹𝑡
𝑊 ∙ 𝐿
 
𝐿 = 
𝐹𝑡
𝜏̅ ∙ 𝑊
 
𝐿 = 
5000𝑁
42
𝑁
𝑚𝑚2
∙ 10𝑚𝑚
 
𝑳 = 𝟏𝟏, 𝟗𝒎𝒎 
Exemplo de Aplicação
Item e) O comprimento mínimo final da chaveta.
O comprimento mínimo final da chaveta a ser adotado deve ser o 
maior valor obtido, comparando-se os valores obtidos para resistir 
ao cisalhamento e ao esmagamento.
Logo: L = 17,857 mm
MOTOR - REDUTOR
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Bibliografia
CUNHA, L. B. Elementos de Máquinas. 1. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2005. 350 p.
COLLINS J.A. Projeto Mecânico de Elementos de Máquinas. LTC, 2008
NIEMANN G. Elementos de Máquinas, vols. I, II e III, Editora Edgard Blucher, 1991.
MELCONIAN, S. Elementos de Máquinas. 9ª ed. São Paulo: Ed. Érica, 2008
NORTON R. L. Projeto de Máquinas, 2.ed. Bookman, Porto Alegre, 2004.
PUGH S. Total Design: Integrated method for successful product engineering.Addison-Wesley, 1995.
SHIGLEY, J.E; Mitchell, LD. Projeto de Engenharia Mecânica, 7th ed., Bookman, Porto Alegre 2005.
AGRADECIMENTOS: Prof. Me. Lincoln Ribeiro
Prof. Esp. José Renato Mendes
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