Projeto de Parafusos e Uniões soldadas

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PROJETO DE COMPONENTES 
MECÂNICOS 
AULA 6 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Prof. Julio Almeida 
 
 
CONVERSA INICIAL 
Olá! Seja bem-vindo(a) à nossa sexta aula de Projetos de Componentes 
Mecânicos. 
Nesta aula, veremos os conceitos gerais dos parafusos ou uniões 
parafusadas, bem como particularidades e características gerais das uniões 
soldadas. 
Figura 1 – Exemplo de união parafusada 
 
Fonte: Full estruturas. 
Figura 2 – Exemplo de união soldada 
 
Fonte: Full estruturas. 
Existem, em termos práticos, alguns padrões gerais de tipos de roscas, 
sendo que a rosca unificada (padrão americano) e a rosca métrica (padrão 
ISO) contemplam a quase totalidade dos casos gerais das uniões parafusadas. 
Para o caso específico dos parafusos de potência (ou transmissores de força) 
se aplicam normalmente as roscas quadradas e ACME. 
 Os parafusos de potência correspondem a dispositivos utilizados 
normalmente para a movimentação de cargas, transformando movimentos de 
 
 
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rotação em suaves movimentos lineares. Exemplos gerais desse tipo de 
aplicação podem ser encontrados nas morsas de bancada, macacos de 
automóveis, fusos de torno, fusos de prensas, entre outros. 
Quanto às uniões soldadas, que podem ser classificadas como união 
permanente (os parafusos em geral contemplam uniões não permanentes), 
deve-se considerar a necessidade de mão de obra qualificada, um maior 
investimento inicial e a presença de tensões residuais nas proximidades dos 
cordões em decorrência das variações de temperatura ocorridas entre as 
peças a serem unidas. A principal vantagem, por outro lado, é a possibilidade 
de soldagem da quase totalidade dos materiais de engenharia. 
CONTEXTUALIZANDO 
Os parafusos podem e são utilizados numa grande maioria de sistemas 
de fixação adotados em componentes mecânicos, em decorrência 
principalmente da simplicidade, custo e até mesmo facilidade para montagem e 
desmontagem da união. Alguns são os tipos de carregamentos atuantes sobre 
os parafusos, havendo, porém, uma boa quantidade de casos nos quais os 
parafusos acabam sendo solicitados ao corte ou cisalhamento (corte simples 
ou corte duplo). 
Na avaliação dos parafusos de potência, a premissa principal de cálculo 
decorre do torque necessário para movimentar o parafuso, seja na condição 
contrária à carga ou a favor da carga. Trata-se de um sistema cujo 
funcionamento está diretamente associado ao atrito atuante nos filetes da 
rosca e, eventualmente, no mancal (ou porca) de escora. Conforme citado, dois 
são os principais tipos de rosca normalmente utilizados nesses dispositivos: a 
rosca quadrada e rosca ACME. 
Quanto às uniões soldadas, deve-se efetivar uma avaliação preliminar 
no contexto do tipo de carregamento ao qual o cordão de solda estará 
submetido, sendo que nessas circunstâncias prevalecem as soldas (uniões) de 
topo e as soldas (uniões) sobrepostas. As juntas de topo implicam uma 
condição de tração ou compressão sobre o cordão de solda, e as juntas 
sobrepostas caracterizam uma condição de cisalhamento ou corte sobre o 
cordão de solda em análise. A especificação AWS faz ainda a designação das 
especificações dos eletrodos de soldagem a serem utilizados, caracterizando 
suas propriedades mecânicas e de resistência correspondentes. 
 
 
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Dentro dessa perspectiva, cabe questionar: quando devo optar pela 
utilização de uma união parafusada e quando por uma soldada? Posso garantir 
que, ao elevar o meu veículo com o uso do macaco, este permanecerá na 
posição elevada depois que for solta a manivela de acionamento? Que tipo de 
rosca devo utilizar numa união parafusada convencional? 
TEMA 1 – PARAFUSOS: GENERALIDADES 
Conforme descrito anteriormente, os parafusos estão presentes numa 
grande quantidade de sistemas de fixação utilizados em componentes 
mecânicos em geral. Isso decorre provavelmente de seu baixo custo e 
facilidade de aplicação, caracterizando assim as chamadas uniões não 
permanentes. Existem, evidentemente, desvantagens e restrições quanto à sua 
utilização, como a concentração de tensões nos filetes de rosca e a 
possibilidade de afrouxamento da união em situações de componentes dotados 
de vibração, por exemplo. 
Em situações gerais, os padrões de rosca unificada (americano) e 
métrica (ISO) acabam sendo utilizados numa boa quantidade dos casos das 
uniões parafusadas. Para o caso da rosca unificada, faz-se a sua designação a 
partir do diâmetro nominal (externo) do parafuso em polegadas, juntamente ao 
número de filetes disponível em cada polegada e ainda com a indicação do 
padrão de rosca considerado, por exemplo: 5/8” x 18 UNF (sendo que UNF 
corresponde à rosca de passo fina e UNC corresponde à rosca de passo 
grosso). 
A designação da rosca métrica é mais simples, dado que basta a letra M 
(indicativa de métrica), o diâmetro nominal do parafuso e o seu correspondente 
passo (distância consecutiva entre dois filetes adjacentes) ambos em mm, na 
forma: M10 x 1,5. 
Figura 3 – Exemplos gerais de parafusos e acessórios 
 
 
 
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Fonte: Ciser Parafusos e Porcas. 
Figura 4 – Parâmetros gerais de um parafuso 
 
Fonte: Shigley. 
 
 
 
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Tabela 1 – Roscas padrão ISO 
 
Fonte: Shigley. 
Tabela 2 – Resistências: parafusos e porcas, padrão ISO 
 
Fonte: Shigley. 
 
 
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TEMA 2 – PARAFUSOS AO CISALHAMENTO 
Uma união parafusada submetida à condição de cisalhamento é algo 
bastante comum no contexto das uniões parafusadas em geral. Trata-se da 
situação na qual chapas distintas são furadas e unidas mediante a utilização de 
parafusos posicionados de forma transversal a elas, possibilitando uniões 
submetidas a corte simples ou corte duplo, dependendo do número de secções 
do parafuso que fiquem efetivamente submetidas à condição de corte. 
O dimensionamento desse tipo de união é feito pela divisão da carga 
atuante em cada parafuso pela sua área nominal (área correspondente ao seu 
diâmetro externo), efetivando-se posteriormente uma comparação direta com a 
tensão admissível do parafuso. Nessas circunstâncias, a resistência dos 
parafusos de rosca métrica, por exemplo, é tomada em função da sua 
chamada classe de resistência, uma designação feita por dois algarismos 
distintos (4.8/5.8/8.8) na qual o primeiro dígito faz referência direta a um 
décimo da mínima resistência à tração do parafuso (em kgf/mm2) e o segundo 
dígito apresenta uma relação percentual de alongamento do parafuso. A tabela 
anterior traduz o valor desse limite ao escoamento em MPa. 
Figura 5 – Exemplo de parafuso em cisalhamento 
 
Fonte: Juvinall. 
 
 
8 
Figura 6 – Exemplo de união parafusada em corte duplo 
 
Fonte: Beer. 
n
d
P
2
4
.
 
Onde: 
P = carga externa atuante; 
d = diâmetro nominal (externo) do parafuso; 
 = tensão de cisalhamento do material do parafuso (t = 0,577 sesc); 
n = número de secções em corte (cisalhamento). 
Figura 7 – Exemplo de união parafusada em corte simples 
 
Fonte: Hibbeler. 
TEMA 3 – PARAFUSOS DE POTÊNCIA 
São dispositivos mecânicos utilizados para converter o movimento de 
rotação, da porca ou do parafuso, em um movimento relativamente lento e 
linear do componente acoplado ao eixo do parafuso. Como exemplos gerais de 
parafusos de potência, podem-se destacar as seguintes aplicações: prensas, 
 
 
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máquinas de ensaio de tração, morsas manuais, compactadores de lixo, fusos 
de tornos, macacos de automóveis etc. 
Para confecção dos parafusos de potência se adotam, basicamente, os 
perfis de rosca quadrada e rosca ACME. Apesar da rosca ACME não ser tão 
eficiente quanto a rosca quadrada (atrito adicional devido ao efeito cunha do 
perfil), a mesma acaba sendo preferida em decorrência da sua maior facilidade 
em termos de usinagem. 
Figura 8 – Exemplos de aplicação dos parafusos de potência 
 
 
Fonte: Tornoaria Zico Ltda. 
 
 
Fonte: Carros Blog. 
 
 
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Figura 9 – Principaistipos de rosca para parafusos de potência 
 
Fonte: Juvinall. 
O parafuso pode ainda ser confeccionado nas formas de rosca simples, 
rosca dupla ou rosca tripla. Tal condição está diretamente associada ao número 
de entradas do parafuso, parâmetro esse que relaciona o passo do parafuso 
(distância consecutiva entre dois filetes de rosca adjacentes) com o 
correspondente avanço da peça (distância percorrida pela porca numa volta 
completa), mediante a relação: 
 
pentradasnL o . 
Onde: 
L = avanço do parafuso; 
p = passo do parafuso. 
Outro componente normalmente presente nas concepções de projeto 
dos parafusos de potência corresponde ao mancal de escora, ou simplesmente 
colar. Esse dispositivo tem por objetivo principal servir de encosto ou apoio 
para os componentes fixos e girantes do sistema. Em decorrência do contato 
direto com o fuso, o mancal acaba absorvendo uma parcela do torque 
necessário para o acionamento do parafuso, cuja expressão corresponde a: 
2
cc
colar
dFf
T  
Onde: 
fc = coeficiente de atrito do colar; 
dc = diâmetro do colar. 
 
 
 
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Figura 10 – Exemplo de mancal de escora (colar) 
 
De posse da carga externa atuante sobre o parafuso e de seus 
parâmetros geométricos (diâmetro médio, passo e número de entradas), torna-
se possível definir os torques necessários para o acionamento. Trata-se de 
duas situações distintas, ou seja, o torque máximo requerido em decorrência 
de o parafuso atuar contra a carga externa (elevando essa carga no caso de 
um macaco de automóvel, por exemplo), ou o torque de menor intensidade 
requerido em decorrência de o parafuso atuar a favor da carga externa 
(abaixando o automóvel, no exemplo anterior). Observe-se ainda que o torque 
de abaixamento deverá resultar sempre positivo, de forma que a carga não 
abaixe sozinha devido ao seu peso próprio (isso é designado como condição 
de autorretenção do parafuso). 
Para rosca quadrada: 
22
cc
m
mm
elev
dFf
fLd
dfLFd
T 










 
22
cc
m
mm
abaix
dFf
fLd
LdfFd
T 










 
Para rosca ACME: 
2sec
sec
2
cc
m
mm
elev
dFf
fLd
dfLFd
T 










 
2sec
sec
2
cc
m
mm
abaix
dFf
fLd
LdfFd
T 










 
Onde: 
F = carga externa a ser transmitida; 
L = avanço do parafuso; 
h
 
 
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dm = diâmetro médio do parafuso; 
f, fc = coeficientes de atrito nos filetes da rosca e no colar; 
dc = diâmetro do colar; 
Telev = torque contra a carga ou de elevação; 
Tabaix = torque a favor da carga ou de abaixamento. 
O ângulo do filete para a rosca ACME vale 14,5º, conforme pode ser 
observado em figura: 
Figura 11 – Perfil ACME 
 
Para finalizar, torna-se necessário, em determinadas situações de 
projeto, a determinação do rendimento ou eficiência do parafuso de potência 
considerado. Nessas circunstâncias, tem-se: 
elevT
FL
e
2
 
Sendo que, via de regra, a eficiência destes dispositivos é relativamente 
baixa, podendo atingir valores da ordem de 60 a 70%. Uma das alternativas 
utilizadas de forma complementar e no intuito de melhorar o valor dessa 
eficiência corresponde à utilização de um maior número de entradas no 
parafuso. 
TEMA 4 – UNIÕES SOLDADAS: GENERALIDADES 
 Um segundo modelo, convencionalmente utilizado para a fixação de 
sistemas mecânicos em geral, corresponde às uniões soldadas (ou 
simplesmente soldas), para as quais tem-se as seguintes considerações 
iniciais: 
 
 
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a. diferente dos parafusos, exigem mão de obra qualificada; 
b. podem ser realizadas de forma manual ou automatizada; 
c. o cordão de solda finalizado apresentará tensões residuais 
decorrentes das temperaturas envolvidas no processo de soldagem; 
d. tem-se a necessidade de uma preparação adequada e preliminar 
das peças a serem unidas; 
e. podem ser utilizadas para todos os tipos de carregamentos 
existentes; 
f. exigem, normalmente, um maior investimento inicial em termos de 
equipamentos e acessórios; 
g. praticamente todos os materiais de engenharia podem ser soldados. 
Figura 12 – Exemplos de uniões soldadas 
 
Fonte: Soldor. 
 
Fonte: www.qualixengenharia.com.br 
 
 
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Fonte: QualitySolda. 
Figura 13 – Tipos de bordas mais comuns 
 
Fonte: Norton. 
O projeto de uma união soldada, como qualquer outro dispositivo 
mecânico, exige a aplicação de tensões de referência e coeficientes de 
segurança correspondentes. Para a soldagem mediante a utilização dos 
eletrodos convencionais de solda, a AWS (American Welding Society) 
disponibiliza informações acerca das tensões de ruptura e escoamento 
 
 
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correspondentes aos principais tipos de eletrodos utilizados na indústria. De 
forma similar, a norma AISC (American Institute of Steel Construction), 
disponibiliza informações acerca dos coeficientes de segurança a serem 
considerados em estruturas metálicas que venham a utilizar cordões de solda. 
Essas informações encontram-se nas tabelas a seguir. 
Tabela 3 – Propriedades mínimas dos eletrodos 
 
Fonte: Shigley. 
Tabela 4 – Tensões permitidas pela AISC 
 
Fonte: Shigley. 
TEMA 5 – SOLDAS DE TOPO E SOBREPOSTAS 
Dos diversos tipos de uniões soldadas existentes, podem-se destacar, 
devido à sua simplicidade e grande quantidade de aplicações práticas, as 
soldas de topo e as soldas sobrepostas. As uniões de topo contemplam chapas 
distintas e adequadamente chanfradas nas suas extremidades, que são unidas 
mediante um cordão de solda contínuo ou não e estarão submetidas a cargas 
de tração ou compressão. As uniões sobrepostas contemplam também chapas 
distintas, que são agora posicionadas uma sobre a outra e unidas mediante 
cordões de soldas distintos, objetivando suportar cargas em cisalhamento. 
 
 
16 
Em ambos os casos, eventuais reforços utilizados em relação ao cordão 
de solda em análise não devem ser considerados no equacionamento 
matemático correspondente. 
Figura 14 – Exemplo de solda de topo 
 
Fonte: Shigley. 
Para a solda de topo, tem-se: 
adm
Lh
P
  
Onde: 
P = carga atuante sobre o cordão de solda; 
L = comprimento total do cordão de solda; 
h = altura do cordão de solda (sem os eventuais enchimentos). 
Figura 15 – Exemplo de solda sobreposta 
 
Fonte: Shigley. 
Para a solda sobreposta, tem-se: 
adm
La
P
  
Onde: 
P = carga atuante sobre o cordão de solda; 
L = comprimento total do cordão de solda; 
a = garganta do cordão de solda. 
Observar que para o caso das soldas sobrepostas utiliza-se o conceito 
da garganta do cordão de solda, ou seja, a direção da solda que irá apresentar 
 
 
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o cisalhamento caso ocorra a condição de falha. Esse valor pode ser 
relacionado com a altura do filete mediante a relação: 
045cosha  
Figura 16 – Relação entre a garganta da solda e altura do filete 
 
FINALIZANDO 
Finalizando, em nossa sexta aula, vimos importantes conceitos no 
contexto da fixação de sistemas mecânicos em geral. Os parafusos ou uniões 
parafusadas estão presentes na quase totalidade dos sistemas mecânicos 
disponíveis, em decorrência seja da facilidade de aplicação seja dos custos 
envolvidos. Discutiram-se, assim, além das principais particularidades e tipos 
de parafusos, o dimensionamento de uniões submetidas à condição de 
cisalhamento e os parafusos de potência ou transmissores de carga. No 
contexto das uniões soldadas, além das suas particularidades e aplicações, 
diferenciamos as soldas de topo e as soldas sobrepostas devido ao fato de 
esses tipos de uniões contemplarem uma boa quantidade de casos envolvendo 
o processo de soldagem. 
Após esta aula, o(a) aluno(a) será capaz de reconhecer e identificar os 
principais tipos de parafusos, suas principais características, como também 
reconhecer e avaliar premissas associadas aos parafusos de potência. Projetos 
e cálculos simplificados de uniões soldadas de topo e sobrepostas também 
fizeram parte do escopo,possibilitando ao(à) aluno(a) condições para uma 
verificação ou dimensionamento correspondente. 
Leitura obrigatória 
Capítulos 17.2 – Parafusos de potência, 17.4 – Considerações sobre a 
aplicação dos parafusos de potência, 18.2 – Materiais para parafusos e suas 
resistências e 18.3 – Designação de roscas, do livro-texto. 
 
 
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REFERÊNCIAS 
BUDYNAS, R. G.; NISBETT, J. K. Elementos de máquinas de Shigley. São 
Paulo: Bookman, 2013. 
CARROS BLOG. Disponível em: <https://www.carrosblog.com>. Acesso em: 20 
nov. 2017. 
CISER PARAFUSOS E PORCAS. Disponível em: <http://www.ciser.com.br>. 
Acesso em: 20 nov. 2017. 
FULL ESTRUTURAS. Disponível em: <http://fullestruturas.com.br>. Acesso 
em: 20 nov. 2017. 
HAMROCK, Bernard J. Elementos de máquinas. Nova York: McGraw-Hill, 
2004. 
JUVINALL, R. Fundamentos do projeto de componentes de máquinas. São 
Paulo: LTC, 2007. 
MOTT, R. Elementos de máquinas em projetos mecânicos. São Paulo: 
Pearson, 2005. 
QUALITYSOLDA. Disponível em:<www.qualitysolda.com.br>. Acesso em: 20 
nov. 2017. 
SOLDOR. Disponível em: <http://soldor.com.br>. Acesso em: 20 nov. 2017. 
TORNOARIA ZICO LTDA. Disponível em: <http://www.tornoariazico.com.br>. 
Acesso em: 20 nov. 2017.