parafusos

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=0.47d): 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