Aula 4 Parafusos

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Elementos de fixação desmontáveis
Parafusos
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As uniões desmontáveis são aquelas em que quando é feita a desmontagem,
as partes unidas e os elementos de união não sofrem nenhum dano, e essas
partes assim como os elementos de fixação podem ser reaproveitados para
nova montagem.
Podemos definir as uniões em dois tipos:
• as desmontáveis 
• as não desmontáveis.
Exemplos de elementos para 
uniões desmontáveis:
• Parafusos/ porcas/ arruelas
• Grampos
• Pinos
• Chavetas
• Estrias
Elementos para uniões não 
desmontáveis:
• Soldagem
• Rebite
• Prensagens elevadas
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Os parafusos são utilizados tanto para fixação de peças como para
mover cargas, os chamados parafusos de potência ou de avanço
Aqui, iremos nos ater aos parafusos de
fixação. Estes parafusos são normalmente
submetidos a cargas de TRAÇÃO, de
CISALHAMENTO ou ambas, podendo estas
cargas serem ESTÁTICAS ou de FADIGA.
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Os três tipos 
principais de 
roscas de 
fixação são:
Métrica
Withworth
Americana unificada
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Os três tipos 
principais de 
roscas de 
fixação são:
Métrica
Withworth
Americana unificada
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Parafuso sem porca ou não passante
•Nos casos onde não há espaço para acomodar uma porca, esta pode
ser substituída por um furo com rosca em uma das peças. A união
dá-se através da passagem do parafuso por um furo passante na
primeira peça e rosqueamento no furo com rosca da segunda peça.
Parafuso com porca
• Às vezes, a união entre as peças é feita com o auxílio de porcas e 
arruelas. Nesse caso, o parafuso com porca é chamado passante.
Parafuso prisioneiro
• O parafuso prisioneiro é empregado quando se necessita
montar e desmontar parafuso sem porca a intervalos
frequentes. Consiste numa barra de seção circular com roscas
nas duas extremidades. Essas roscas podem ter sentido oposto
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•O parafuso Allen é fabricado com aço de alta
resistência à tração e submetido a um tratamento
térmico após a conformação. Possui um furo
hexagonal de aperto na cabeça, que é geralmente
cilíndrica e recartilhada.
Parafuso Allen
• O parafuso auto-atarraxante tem rosca de passo largo em
um corpo cônico e é fabricado em aço temperado. Pode ter
ponta ou não e, às vezes, possui entalhes longitudinais com
a função de cortar a rosca à maneira de um macho. As
cabeças têm formato redondo ou chanfradas e apresentam
fendas simples ou em cruz (tipo Phillips).
Parafuso auto-atarraxante
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Parafuso para pequenas montagens
• Parafusos para pequenas montagens
apresentam vários tipos de roscas e
cabeças e são utilizados para metal,
madeira e plásticos.
Parafusos para madeira
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Porca castelo
• A porca castelo é uma porca hexagonal
com seis entalhes radiais, coincidentes
dois a dois, que se alinham com um
furo no parafuso, de modo que uma
cupilha possa ser passada para travar a
porca.
Porca cega (ou remate)
• Nesse tipo de porca, uma das
extremidades do furo rosqueado é
encoberta, ocultando a ponta do
parafuso. A porca cega pode ser feita
de aço ou latão, é geralmente cromada
e possibilita um acabamento de boa
aparência.
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Porca borboleta
• A porca borboleta tem saliências parecidas
com asas para proporcionar o aperto
manual. Geralmente fabricada em aço ou
latão, esse tipo de porca é empregado
quando a montagem e a desmontagem das
peças são necessárias e frequentes.
Contraporcas
• As porcas sujeitas a cargas de impacto e
vibração apresentam tendência a afrouxar, o
que pode causar danos às máquinas. Um
dos meios de travar uma porca é através do
aperto de outra porca contra a primeira. Por
medida de economia utiliza-se uma porca
mais fina, e para sua travação são
necessárias duas chaves de boca
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São peças cilíndricas, de pouca espessura, com um furo no centro, pelo qual passa o
corpo do parafuso.
As arruelas 
servem 
basicamente 
para:
Proteger a superfície das peças;
Evitar deformações nas superfícies de contato;
Evitar que a porca afrouxe;
Suprimir folgas axiais (isto é, no sentido do eixo) na montagem das peças;
Evitar desgaste da cabeça do parafuso ou da porca.
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Arruela lisa
•A arruela lisa (ou plana)
geralmente é feita de aço e é
usada sob uma porca para
evitar danos à superfície e
distribuir a força do aperto.
Arruela de pressão
•A arruela de pressão consiste
em uma ou mais espiras de
mola helicoidal, feita de aço
de mola de seção retangular.
Quando a porca é apertada,
a arruela se comprime,
gerando uma grande força
de atrito entre a porca e a
superfície.
Arruela estrelada
•A arruela estrelada (ou
arruela de pressão
serrilhada) é de dentes de
aço de molas e consiste em
um disco anular provido de
dentes ao longo do diâmetro
interno ou diâmetro externo.
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Rigidez de fixadores (kb)
Para determinar as tensões envolvidas é necessário obter o coeficiente de rigidez 
do parafuso e dos membros:
dtb kkk
111
+=
A rigidez do parafuso de porca é equivalente a duas molas em série 
(parte rosqueada e não rosqueada):
Parte rosqueada Parte não rosqueada
t
t
t l
EAk =
d
d
d l
EAk =
dttd
td
b lAlA
EAAk
+
=
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l’ =L’G
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Rigidez de fixadores (kb)
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Rigidez dos membros (km)
Cada membro atua como uma mola compressiva em série, logo: ...1111
321
+++=
kkkkm
Através do método do cone de pressão de Rotscher, utilizado por Ito( Interfaxe Pressure
Distribuition in a Bolt-Flange Assembly), temos que:
Razão de mola de cada elemento:
Para um ângulo de 30º e dw = 1,5d, tem-se que:
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Rigidez dos membros (km)
( )lBd
m eAdEk ⋅⋅⋅=
Para arruelas padronizadas e membros do mesmo material:
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Resistência de parafuso de porca
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Resistência de parafuso de porca
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Resistência de parafuso de porca
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Parafusos em Tração
Considerando o que ocorre quando uma carga externa P de tração, é aplicada a uma
conexão de parafuso e porca. Deve-se assumir, naturalmente, que a força de engaste, a
qual chamaremos de pré-carga Fi, foi corretamente aplicada apertando-se a porca antes
de P fosse aplicada. A nomenclatura empregada é a seguinte:
• Evitar que a união se separe por aplicação de uma força normal exterior, P.
• Evitar deslocamento relativo das peças ligadas, através da criação duma força de
atrito suficiente (entre as peças).
O objetivo da pré-tensão é:
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Parafusos em Tração
A carga P é tração e faz a conexão estirar por uma distância δ
b
b
k
P
=δ
m
m
k
P
=δ
parafuso pelo absorvida P carga da Parte =bP
membros pelos absorvida P carga da Parte =mP
m
m
b
b
k
P
k
P
=
e
Como mb PPP += , temos que PCkk
PkP
mb
b
b ⋅=+
= e ( )PCPPP bm −=−= 1
Constante de rigidez da junção
mb
b
kk
kC
+
=
Carga no parafuso: iibb FPCFPF +⋅=+=
Carga nos membros conectados: ( ) iimm FPCFPF −−=−= 1
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Determinação do torque de parafuso de porca 
A aplicação da pré-carga elevada é muito desejável nas conexões parafusadas
com porcas.
dKFT i= K = coeficiente de torque
Outros casos: K = 0,2
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Exercício
Um parafuso ¾ in-16 x 2 ½ de porca de grau 5 é submetido a uma carga P de 6 kip em uma
junção de tração. A tração inicial do parafuso de porca é Fi = 25 kip. As rigidezes do parafuso
de porca e da junção são kb = 6,50 e km = 13,8, respectivamente.
(a) Determine as tensões da pré-carga e da carga de serviço no parafuso de porca. Compare
essas com as resistências mínimas SAE de prova do parafuso de porca.
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Exercício
Um parafuso ¾”- 16 x 2 ½” de porca de grau 5 é submetido a uma carga P de 6 kip em uma
junção de tração. A tração inicial do parafuso de porca é Fi = 25 kip. As rigidezes do parafuso
de porca e da junção são kb = 6,50 e km = 13,8, respectivamente.
(b) Especifique o torque necessário para desenvolver a pré-carga,
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Junção de Tração Carregada Estaticamente com Pré-Carga
Tensão de tração no parafuso
t
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b A
F
A
CP
+=σ
O valor limitante de σb é a resistência à 
prova Sp . Assim, com a introdução de um 
fator de carga n.
t
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p
A
F
A
CP
n
S
+≥
CP
FAS
n
itp −
=
Fator de carga:
Outra maneira assegurar uma junção 
segura é requerer que a carga externa 
seja menor que aquela necessária para 
fazer a junção se separar.
Considere P0 o valor da carga externa que 
causaria a separação
0)1( 0 =−− iFPC
PnP 00 =
Fator de segurança (n0), logo
( )PC
F
n i
−
=
10
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Determinação da pré-carga (Fi)



=
 spermanente conexões para90,0
spermanente-não conexões para75,0
p
p
i F
F
F
A tensão de pré-carga é o "músculo" da junção, e sua magnitude é determinada
pela resistência do parafuso. Se a resistência total deste não for usada ao
desenvolver a pré-tração, a junção será mais fraca, o que será um desperdício,
inclusive de dinheiro.
em que Fp é a carga de prova, obtida da equação:
ptp SAF =
Aqui, Sp é a resistência à prova obtida em tabelas. Para outros materiais, 
um valor aproximado é:
yp SS 85,0=
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Exercício
A Figura 8-19 é uma secção transversal de um
vaso de pressão de ferro fundido de grau 25. Um
total de N parafusos de porca é usado para resistir
a uma força de separação de 36 kip.
(a) Determine kb, km e C.
1º Determinar o tamanho do parafuso:
O agarramento é LG= 1,50 in. A partir da Tabela A-31, a espessura da porca é de 
35/64”. Adicionar duas roscas além da porca de 2/11” produz um comprimento de 
parafuso de
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A partir da Tabela A-17, o parafuso seguinte de tamanho fracionário é L = 2 ¼” = 2,25”.
Determinação do tamanho da rosca:
Logo, o comprimento da porção não-rosqueada (ld) no agarramento é
O comprimento rosqueado no agarramento é
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A partir da Tabela 8-2:
A área do diâmetro maior:
( )
2
2
 3068,0
4/625,0
inA
A
d
d
=
= pi
A rigidez do parafuso de porca é, então:
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A partir da Tabela A-24, para ferro fundido n°25, usaremos E = 14 Mpsi. A rigidez 
dos membros, a partir da Equação (8-22), é
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Se você estiver utilizando a Equação (8-23), a partir da Tabela 8-8, A = 0,77871 e 
B = 0,61616, de modo que
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A partir do primeiro cálculo para km, a constante de rigidez C é
(b) Encontre o número de parafusos requerido para um fator de carga de 2 em que os
parafusos podem ser reutilizados quando a junção é desmontada.
A partir da Tabela 8-9, Sp = 85 kpsi. Assim, utilizando as Equações (8-30) e (8-31), 
descobrimos que a pré-carga recomendada é:



=
 spermanente conexões para90,0
permanente-não conexões para75,0
p
p
i F
F
F
ptp SAF =
P
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Para N parafusos, a Equação (8-28) pode ser escrita como:
→
−
=
CP
FAS
n
itp logo ,






−
=
N
PC
FAS
n
itp
itp FAS
CPnN
−
=
Utiliza-se então 6 parafusos para garantir o fator de carga
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8.12 - Uma junção parafusada com porca deve ter um agarramento consistindo em
duas placas de aço de 14 mm e uma arruela plana métrica de 14R para caber sob
a cabeça do parafuso de porca de cabeça hexagonal M14 x 2, com comprimento de
50 mm.
(a) Qual é o comprimento de rosca LT para esse parafuso de porca de série de
passo grosseiro diâmetro métrico?
(b) Qual é o comprimento do agarramento LG?
(c) Qual é a altura H da porca?
(d) O parafuso de porca é longo o suficiente? Se não o for, arredonde-o para o
próximo maior comprimento preferível (Tabela A-17).
(e) Qual é o comprimento da haste e das porções rosqueadas do parafuso de porca
dentro do agarramento? Esses comprimentos são necessários a fim de estimar a
razão de mola kb do parafuso de porca.
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m
a
r
 
d
e
 
M
e
l
o
 
V
e
r
t
i
c
c
h
i
o
41
(a) 
L = 50mm e d = 14mm
(b)
A espessura mínima da
arruela é 3,5mm, cada chapa
tem 14mm, logo:
Tabela A.33
P
r
o
f
e
s
s
o
r
 
N
o
r
i
m
a
r
 
d
e
 
M
e
l
o
 
V
e
r
t
i
c
c
h
i
o
42
(c) (d)Tabela A.31
mmL
L
pHLL G
3,48
)2(28,125,31
2
=
++=
++=
(e)
P
r
o
f
e
s
s
o
r
 
N
o
r
i
m
a
r
 
d
e
 
M
e
l
o
 
V
e
r
t
i
c
c
h
i
o
43
8.20 - A figura ilustra a conexão de uma cabeça de cilindro a um vaso de pressão
usando 10 parafusos de porca e uma vedação (lacre) de gaxeta confinada. O
diâmetro efetivo de vedação é de 150 mm. Outras dimensões são as seguintes:
A = 100, B = 200, C = 300, D = 20 e E = 20, todas em milímetros. O cilindro é
usado para armazenar gás a uma pressão estática de 6 MPa. Parafusos de porca
da classe ISO 8.8, com um diâmetro de 12 mm, foram selecionados. Isso permite
um espaçamento aceitável dos parafusos. Que fator de carga n resulta dessa
seleção?
CP
FAS
n
itp −
=
1º - Determinação da carga externa:
kNAP 106
4
)10150()106(
23
6
=
××
××=⋅=
−pi
σ
2º - Determinação da carga externa para cada parafuso:
kN
N
PP t 6,10==
P
r
o
f
e
s
s
o
r
 
N
o
r
i
m
a
r
 
d
e
 
M
e
l
o
 
V
e
r
t
i
c
c
h
i
o
44
3º - Determinação da pré-carga:



=
 spermanente conexões para90,0
spermanente-não conexões para75,0
p
p
i F
F
F
ptp SAF =
( )( )
kNF
F
i
i
9,37
10600103,8475,0 66
=
××⋅= −
Tabela 8.11 – pág. 446
Tabela 8.1 – pág. 424
P
r
o
f
e
s
s
o
r
 
N
o
r
i
m
a
r
 
d
e
 
M
e
l
o
 
V
e
r
t
i
c
c
h
i
o
45
3º - Determinação da rigidez:
mb
b
kk
kC
+
=
dttd
td
b lAlA
EAAk
+
=
( )lBd
m eAdEk ⋅⋅⋅=
Através do desenho e da tabela A.31: 
Tabela A.31
mmLG 40=
Comprimento da rosca
Comprimento de agarre:
P
r
o
f
e
s
s
o
r
 
N
o
r
i
m
a
r
 
d
e
 
M
e
l
o
 
V
e
r
t
i
c
c
h
i
o
46
mmL
L
pHLL G
3,54
)75,1(28,1040
2
=
++=
++=
Comprimento do parafuso
Comprimento da parte sem rosca:
Comprimento da rosca solicitada:
Tabela 8.1 – pág. 424
mmlt 103040 =−=
P
r
o
f
e
s
s
o
r
 
N
o
r
i
m
a
r
 
d
e
 
M
e
l
o
 
V
e
r
t
i
c
c
h
i
o
47
Área da parte não rosqueada:
Área de tração:
dttd
td
b lAlA
EAAk
+
=
( )lBd
m eAdEk ⋅⋅⋅=
Aço:
Ferro fundido:
( )( )
( ) ( ) MN/m 91,538303,8410113
2073,84113
=
+
=bk
P
r
o
f
e
s
s
o
r
 
N
o
r
i
m
a
r
 
d
e
 
M
e
l
o
 
V
e
r
t
i
c
c
h
i
o
48
⇒+=⇒
2248
1
4722
11
mk
MN/m 91,538=bk
Constante de rigidez da junção:
Logo:
2613,0
152391,538
91,538
=
+
=C
( )
( ) 57,4106,102613,0
109,37103,8410600
3
366
=
×
×−××
=
−
=
−
CP
FAS
n
itp
Fazer os exercícios: 8-11, 8-29 e 8-30 
P
r
o
f
e
s
s
o
r
 
N
o
r
i
m
a
r
 
d
e
 
M
e
l
o
 
V
e
r
t
i
c
c
h
i
o
49