Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
Resistência dos Materiais II: Elementos de Fixação Rosqueados Prof. Jorge A. R. Durán Enga. Mecânica UFF – Volta Redonda duran@vm.uff.br September 11 1 Objetivos • Analise das tensões geradas por carregamentos estáticos em elementos de fixação rosqueados. • Fundamentos da seleção dos elementos de fixação rosqueados e aplicações ao projeto de componentes mecânicos. Bibliografia Principal September 11 2 • Juvinall, R.C. Marshek, K.M., (2008), “Fundamentos do Projeto de Componentes de Máquinas”. Livros Técnicos e Científicos (LTC) S.A., 4 ed., R.J. Brasil. Elementos de Fixação Rosqueados. September 11 3 September 11 4 O Macaco Joyce formado por conjunto de parafuso sem fim e coroa, esta última constituindo a porca do parafuso de potência que empurra (ou levanta) a carga (Shigley 7a ed.) Padrões de Roscas • A figura mostra o arranjo básico de uma rosca helicoidal enrolada em um cilindro. • Estas roscas são utilizadas em elementos de fixação rosqueados, em parafusos de potência e em parafusos sem fim. September 11 5 Geometria Padronizada das Roscas Unificada (polegadas) e ISO (métricas) para elementos de fixação September 11 6 Calibre de Rosca -> September 11 7 September 11 8 Tensões Estáticas • Torção • Axial • Compressiva de Apoio na Rosca September 11 9 t p dd P dd A A P d T J cT r rp t t r 22 2 3 4 24 16 Tensões Estáticas • A análise do fluxo de forças para um parafuso em tração revela que a distribuição das tensões compressivas de apoio não é uniforme entre o número de roscas em contato. Tensões Estáticas • Tensão Cisalhante nas Roscas: • Espessura necessária na porca (t=0.47d): Se obtém igualando a resistência ao escoamento no corpo do parafuso (devido a =F/At=Sy) com a resistência das roscas ao cisalhamento (devida às tensões de cisalhamento direto eq.acima=Sys). • Devido o escoamento da primeira rosca e visando facilitar a distribuição da carga entre as demais roscas utiliza-se: September 11 11 td F 75.0 dt 8 7 Tipos Básicos de Elementos de Fixação Rosqueados • Parafuso • Parafuso e porca • Parafuso sem cabeça e porca • Barra rosqueada e porca September 11 12 Processos de Fabricação • As roscas podem ser cortadas (mediante machos e processos usinagem) ou laminadas. September 11 13 Laminação de Roscas Vantagens das Roscas Laminadas • O processo de laminado a frio provoca endurecimento por deformação, cria raios de adoçamento na raiz e na crista das roscas e introduz tensões residuais compressivas na superfície do material, mais precisamente na raiz do perfil. • Ao mesmo tempo há uma re-orientação dos grãos do material em direção à rosca laminada, enquanto que nas roscas cortadas ocorre a interrupção dos grãos. • Estes fatores contribuem para que as roscas laminadas sejam mais resistentes do que as cortadas. September 11 15 Materiais September 11 16 Materiais September 11 17 Pré-Carga em Parafusos • A carga de aperto inicial se especifica próxima da carga de teste plena: • Para parafusos sujeitos a força externa de separação das superfícies Fe, quanto maior a Fi menor será a queda na força compressiva que mantém estas superfícies unidas Fc. • Em juntas de cisalhamento quanto maior a pré-carga maior a força de atrito que evita o deslocamento relativo das peças September 11 18 pti SAF 9.0 Pré-Carga em Parafusos • Cargas e tensões devidas ao aperto inicial da porca. September 11 19 dFT i2.0 Parafusos Sujeitos a Força Externa de Separação da União • As variações relativas da força no parafuso Fp e da força que une as placas Fc após a aplicação da carga de serviço Fe depende da rigidez relativa envolvida. September 11 20 Parafusos Sujeitos a Força Externa de Separação da União September 11 21 • Componente macio – parafuso rígido. September 11 22 • Componente rígido – parafuso macio. Parafusos Sujeitos a Força Externa de Separação da União September 11 23 • Variação real das forças atuantes Parafusos Sujeitos a Força Externa de Separação da União September 11 24 Parafusos Sujeitos a Força Externa de Separação da União • Da figura anterior sabe-se que: • onde as rigidezes kp e kc são: e cp c ice cp p ip F kk k FFF kk k FF g EA k g EA k ccc pp p September 11 25 Procedimento para estimativa da área efetiva dos componentes a serem unidos (para o cálculo do kc). • Área efetiva Ac para parafusos com cabeça hexagonal padrão e pequenas folgas: 2 2 065.0... ...68.0 g ddA gc Junções de Cisalhamento September 11 26 ...222 1'' CBA n n rrr rM F C C B B A A CCBBAA r F r F r F rFrFrFM '''''' '''''' 1 ... Junções de Cisalhamento. Localização do centro de movimento relativo entre os dois membros. September 11 27 i ii i ii A Ay y A Ax x • Considere Ai as áreas de um grupo de pinos ou parafusos. O ponto de rotação do pivô situa-se no centróide da distribuição de área das seções transversais: Exemplos de cálculo de Parafusos para Carregamento estático. • Exemplo 10.18 p. 249 Juvinall 4a ed. Sejam dois componentes unidos com um parafuso conforme mostrado na figura. A rigidez do componente a ser fixado é seis vezes maior do que a rigidez do parafuso. O parafuso é pré-carregado até Fi=1100 lb, enquanto que a força externa flutua entre 0 e 6000 lb. Construa um gráfico da força em função do tempo mostrando três ou mais flutuações da carga externa e as correspondentes curvas indicando as flutuações na carga total do parafuso Fp e na força de união da junta Fc. September 11 28 Exemplos • Prob. 10.39 p. 251 Juvinall: A figura mostra um vaso de pressão fechado através de uma placa de extremidade com gaxeta. A pressão interna é suficientemente uniforme, de modo que o carregamento nos parafusos pode ser considerado estático. A pressão mínima na gaxeta, já incluindo o FS é 13 MPa. Para o cálculo da área da gaxeta despreze a área dos furos. September 11 29 Exemplos September 11 30 • Considerando que devam ser utilizados parafusos de 12, 16 e 20 mm de rosca grossa e fabricados de um aço SAE classe 8.8 ou 9.8, determine o número de parafusos necessários. • Considerando que a relação entre o espaçamento dos parafusos e o diâmetro dos parafusos não deve ser superior a 10 para manter uma pressão apropriada, e se essa relação não deve ser inferior a 5 para propiciar uma distância conveniente para as chaves de aperto padronizadas, quais das dimensões de parafusos fornecidas fornecem um esquema satisfatório? September 11 31 Exemplos • Prob. 8.39 Shigley 7ª ed. A bolted lap joint using SAE grade 8 bolts and members made of cold-drawn SAE 1040 steel is shown in the figure. Find the tensile shear load F that can be applied to this connection if the following factors of safety are specified: shear of bolts 3, bearing on bolts 2, bearing on members 2.5 and tension on members 3. September 11 32 Exemplos September 11 33 Exemplos • Prob. 8.54 p. 524 Shigley 6ª ed.: Find the total shear load on each of the three bolts for the connection shown in the figure and compute the significant bolt shear stress. Find the second moment of area of the 8-mm plate on a section through the three bolt holes and find the maximum bending stress in the plate. September 11 34 Exemplos September 11 35 Exemplos Exercícios • Estudar exemplos resolvidos do Juvinall 4ª ed. • Problemas correspondentes à seção 10.10 (10.30 até o 10.40) página 250 do Juvinall. September 11 36
Compartilhar