EleMaq Aula 3

Prévia do material em texto

16/08/2015
1
Professor: Fernando Braga
AULA 3
� Os parafusos são utilizados tanto para manter
coisas unidas, como no caso de parafusos de
fixação, quanto para mover cargas, como no caso
dos chamados parafusos de potência, ou parafusos
de avanço.
� Parafusos usados para fixação podem ser
arranjados para resistir a cargas de tração, de
cisalhamento, ou a ambas
16/08/2015
2
� A terminologia de roscas dos parafusos:
Existem duas padronizações consagradas para rosca
dos parafusos:
� UNS – Unified National Standard ( Inglaterra, EUA e
Canadá)
� ISO – Padrão Europeu (usa dimensões métricas)
O padrão ISO e UNS não são intercambiáveis.
16/08/2015
3
� Ambos as padronizações utilizam um ângulo
incluído de 60° e definem o tamanho de rosca pelo
diâmetro nominal externo (máximo) d da rosca
externa.
� O passo de rosca p é a distância entre roscas
adjacentes.
� Crista e raiz são tomadas como planas para reduzir
a concentração de tensões que ocorre em canto
vivo.
� Três séries padrão de famílias de diâmetro
primitivo são definidas para as roscas de padrão
UNS: passo grosso (UNC), passo fino (UNF) e passo
extrafino (UNEF).
� A série grossa é a mais comum e é recomendada
para aplicações comuns, especialmente onde se
requerem repetidas inserções e remoções do
parafuso ou onde o parafuso é rosqueado em um
material mole.
16/08/2015
4
� Roscas finas são mais resistentes ao afrouxamento
decorrente de vibrações que as roscas grossas por
causa do seu menor ângulo de hélice e, portanto,
são utilizadas em automóveis, aviões e outras
aplicações submetidas a vibrações.
� As roscas da série ultrafina são utilizadas onde a
espessura de parede é limitada e suas roscas
pequenas são uma vantagem.
O passo de roscas UNS é definido reciprocamente
como o número de roscas por polegada, por
exemplo:
1/4-20 UNC-2A
Define rosca externa de diâmetro 0,250 in com 20
filetes por polegada, série grossa, classe 2 de ajuste.
16/08/2015
5
O passo de roscas métricas (ISO) é especificado pela
dimensão do passo em mm, por exemplo
M8 × 1,25
Define rosca ISO comum de 8 mm de diâmetro por 
1,25 mm de passo de hélice.
� Todas as roscas-padrão são de mão direita (RH)
por padrão, a menos que haja especificação como
de mão esquerda por adição das letras LH à
especificação. Uma rosca direita afastará a porca
(ou parafuso) de você quando um ou outro
componente for girado na direção dos ponteiros do
relógio.
16/08/2015
6
� O comprimento de rosca de parafusos de porca de
série em polegadas, em que D é o diâmetro
nominal, é:
� Para parafusos de porca métricos o comprimento:
� O comprimento
ideal dos parafusos
de porca é aquele
em que apenas uma
ou duas roscas
projetam-se da
porca depois que
ele é apertado.
16/08/2015
7
� No dimensionamento de parafusos a tração,
cisalhamento ou combinados deve-se utilizar como
área resistente um valor médio entre o diâmetro
menor e o primitivo descrito pela fórmula abaixo:
� onde, para roscas UNS:
� e para roscas ISO:
com d = diâmetro externo, N = número de filetes 
por polegada e p = passo em milímetros
16/08/2015
8
� Dimensões
padronizadas
para roscas
métricas
tabelas:
� Dimensões
padronizadas
para roscas
UNS:
16/08/2015
9
� Pelo uso pretendido
� Pelo tipo de rosca
16/08/2015
10
� Pelo tipo de cabeça
Vamos analisar a seção
de junção aparafusada
a carregada em tração,
mostrada ao lado.
16/08/2015
11
� Características da junção
A função do parafuso de porca é reter duas ou mais partes.
Ao torcer a porca, a mesma estica o parafuso de modo a
produzir a força de retenção.
Essa força de retenção (ou engaste) denominada pré-tração
ou pré-carga de parafuso de porca.
Visto que as partes estão sendo retidas juntos, a força de
retenção que produz tensão no parafuso de porca induz a
compressão nelas.
� Rigidez do Parafuso
Onde:
At = área sob tração
lt = comprimento da porção rosqueada do arrocho
Ad = área de diâmetro maior do fixador
ld = comprimento da porção não-rosqueada em arrocho
E = Módulo de Elasticidade do material
16/08/2015
12
� Comprimento da Porção Rosqueada – Parafuso
com Porca
� Comprimento da Porção Rosqueada – Parafuso de
Máquina
16/08/2015
13
� Rigidez das Partes
Onde:
d = diâmetro máximo
A e B = constantes de cada material (dados de tabela)
l= comprimento de agarramento
E = Módulo de Elasticidade do material
� Tabela com os dados para calculo da rigidez das
partes
16/08/2015
14
� Calculo da Força de Pré-Carga
A força Fp é calculada por:
onde:
At = área sob tração
Sp = Resistência de Prova
Designação de
alguns materiais
conforme a
norma ASTM.
16/08/2015
15
Designação de
alguns materiais
conforme a
norma SAE.
� Calculo da Força resultante no parafuso
�� � �� � �� C=
�	
�	
��
onde:
P – é a carga externa
kb - rigidez do parafuso
km - rigidez das partes
Fi - força de pré-carga
C - constante de rigidez da junta
16/08/2015
16
� Calculo da Força resultante nas partes
�� � 1 � � � � �� C=
�	
�	
��
onde:
P – é a carga externa
kb - rigidez do parafuso
km - rigidez das partes
Fi - força de pré-carga
C - constante de rigidez da junta
� O torque estimado para garantir a pré-carga Fi é
calculado pela seguinte fórmula:
onde:
K - coeficiente de torque tabelado
Fi - força de pré-carga
d - diâmetro máximo
16/08/2015
17
� Coeficiente tabelado
Quando a condição do parafuso não for declarada 
pode-se utilizar K=0.2
Determinação das Tensões
� Tensão de pré-carga - �� �
��
��
� Tensão sob carga de serviço - �� �
��
��
16/08/2015
18
Exercício 1:
Um parafuso de porca de ¾ in 16 UNF x 2 ½ in grau 5 da SAE é
submetido a uma carga P de 6 kip em uma junção de tração. Suas
rigidezes e as da junção são Kb = 6,50 e Km = 13,8 Mlb/in,
respectivamente. Parafuso reutilizado.
a) Determine a tensão de pré-carga e de carga de serviço e
compare com a resistência mínima SAE do parafuso.
b) Especifique o torque necessário para desenvolver a pré-
carga.
Exercício 2:
A figura abaixo mostra um mancal de esferas alojado em sua caixa e
suportando a extremidade de um eixo girante. O eixo aplica uma carga
estática de 9 kN à caixa do mancal, conforme mostrado. Selecione
parafusos métricos (ISO) para a fixação da caixa do mancai e especifique
o torque de aperto mais apropriado. Utilize um FS=4
16/08/2015
19
� Os parafusos também são usados para resistir a
cargas de cisalhamento, como mostrado na figura
embora esse tipo de aplicação seja mais comum em
projetos estruturais que em projetos de máquinas.
� Pórticos de edifícios de aço estrutural e pontes são
frequentemente fixados por parafusos de alta resistência,
pré-carregados. (Alternativamente, eles podem ser
soldados ou rebitados.)
� A pré-carga de tração nesse caso serve para criar
grandes forças de atrito entre elementos parafusados,
que então podem resistir à carga de cisalhamento. Dessa
forma, os parafusos permanecem ainda carregados em
tração com altas pré-cargas.
� Se o atrito na junta não for suficiente para suportar as
cargas de cisalhamento, então o(s) parafuso(s) será(ão)
colocado(s) sob cisalhamento direto.
16/08/2015
20
� Em projetos de máquinas, onde as relações
dimensionais entre as partes requerem em geral
tolerâncias muito menores que no trabalho
estrutural, não é considerada boa prática utilizar
parafusos de porca e sem porca em cisalhamento.
� Para posicionar ou suportar partes de máquinas de
precisão sob cargas de cisalhamento, uma
combinação de parafusos e pinos passantes.
� Pinos passantes suportam cargas de cisalhamento,
mas não cargas de tração, e parafusos de porca sem
porca suportam cargas de tração, mas não cargasde
cisalhamento diretas.
16/08/2015
21
� Pinos passantes suportam cargas de cisalhamento,
mas não cargas de tração, e parafusos de porca sem
porca suportam cargas de tração, mas não cargas de
cisalhamento diretas.
� Junta com a carga não excêntrica ao centróide.
� � �
��
��
� onde:
� n – é o número de elementos
At – área de seção do elemento
(no caso de parafusos a área sob tração)
16/08/2015
22
� Junta com a carga excêntrica ao centróide.
Sistema deve ser reduzido a uma
força e um momento no centroide
da ligação.
� Junta com a carga excêntrica ao centróide.
Neste caso deverão ser calculadas duas parcelas de
forças:
1) Primeira parcela relativa a carga concentrada P
2) Segunda parcela relativa a carga de momento M
16/08/2015
23
� Parcela relativa a carga concentra é calculada da 
seguinte forma. 
onde:
n – é o número de elemento
At – área de seção do elemento (no caso de
parafusos a área sob tração)
P - carga concentrada
� Parcela relativa a carga de momento
Primeiramente deve ser calculado o centroide da
ligação, e momento então deve ser calculado.
A força então deve ser estimada da seguinte forma:
16/08/2015
24
� Composição de forças
As forças deverão ser composta (Fr) conforme o
exemplo mostrado abaixo:
� � �
��
��
onde:
Fr – força resultante
At – área de seção do
elemento (no caso de parafusos a área sob tração)
� Exercício 3
Uma barra de aço retangular de 15 mm por 200 mm. sustentada em
balanço por um canal de aço de 250 mm usando dois pinos, localizados
em E e F , e quatro parafusos de porca, localizados em A, B, C e D. A
tensão admissível no pino é de 300MPa, utilizar um fator de segurança
de 2,5. Considerando que toda a carga de 16 kN é sustentada pelos
pinos determine seu diâmetro