Elementos de Máquinas Módulo III Elementos de Fixação Parafusos

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Elementos de Máquinas I 
Módulo III – Elementos de fixação - Parafusos 
Prof. Jorge Adriano dos Santos, Me. 
ENGENHARIA MECÂNICA – ELEMENTOS DE MÁQUINAS I 
Introdução 
 Elementos de fixação - Parafusos 
Conteúdos: 
• Parafusos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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ENGENHARIA MECÂNICA – ELEMENTOS DE MÁQUINAS I 
Introdução 
 Elementos de fixação 
 Na mecânica geralmente 
há a necessidade de unir 
peças como chapas, perfis e 
barras. Qualquer construção, 
por mais simples que seja, 
exige união de peças entre si. 
 
 
 
 
 
 
 
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Introdução 
 Elementos de fixação 
 Contudo na mecânica as peças a 
serem unidas, exigem elementos 
próprios de união que são 
denominados elementos de fixação. 
 Numa classificação rápida 
podemos citar os mais utilizados como: 
rebites, pinos, cavilhas, parafusos, 
porcas, arruelas. 
 
 
 
 
 
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Introdução 
 Elementos de fixação 
 Basicamente a união entre os 
elementos de fixação pode ocorrer de 
duas formas, sendo: 
 União móvel ou permanente. 
 Na união móvel os elementos de 
fixação podem ser desmontados sem 
danificação das peças, o que não ocorre 
em uma união permanente como é o 
caso de uma solda. 
 
 
 
 
 
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Introdução 
 Elementos de fixação 
 Deve-se ter muito cuidado ao selecionar tanto elementos de 
fixação móveis ou permanentes, porque geralmente são os 
componentes mais frágeis dos equipamentos, e muitas vezes podem 
até atuar como fusíveis mecânicos. 
 Por isso a importância de conhecer estes componentes, para 
que sejam utilizados e dimensionados corretamente de acordo com 
as aplicações exigidas, evitando desperdícios gerados por sub 
dimensionamento ou superdimensionamento. 
 
 
 
 
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Introdução 
 Elementos de fixação 
 O parafuso é uma peça formada por um corpo cilíndrico 
roscado e uma cabeça, que pode ter várias formas. 
 
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Introdução 
Elementos de fixação - Parafusos 
Parafusos são elementos de fixação, empregados na “união não 
permanente de peças”, facilitando montagens de desmontagens, 
bastando apertar e desapertar os parafusos que as mantêm unidas. Os 
parafusos se diferenciam pela forma da rosca, da cabeça, da haste e do 
tipo de acionamento. 
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Elementos de fixação – Parafusos 
Classificação dos parafusos quanto à função – Parafusos passantes: 
estes parafusos atravessam a peça de lado a lado e utilizam arruela e 
porca. 
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Elementos de fixação – Parafusos 
Classificação dos parafusos quanto à função – Parafusos não 
passantes: são parafusos que não utilizam porcas. O papel de porca é 
desempenhado pelo furo roscado, feito numa das peças a ser unida. 
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Elementos de fixação – Parafusos 
Classificação dos parafusos quanto 
à função – Parafusos de pressão - 
Esses parafusos são fixados por meio 
de pressão. 
A pressão é exercida pelas pontas 
dos parafusos contra a peça a ser 
fixada. Os parafusos de pressão podem 
apresentar cabeça ou não. 
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Elementos de fixação – Parafusos 
Classificação dos parafusos quanto à função – Parafusos 
prisioneiros - São parafusos sem cabeça com rosca em ambas as 
extremidades, são recomendados em situações que exigem montagens 
e desmontagens constantes. 
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Elementos de fixação – Parafusos 
Segue um quadro síntese com características da cabeça, do corpo, 
das pontas e com indicação dos dispositivos de atarraxamento. 
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Elementos de fixação – Parafusos 
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Elementos de fixação – Parafusos 
Segue um quadro com a ilustração dos tipos de parafusos em sua 
forma completa. 
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Elementos de fixação – Parafusos 
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Elementos de fixação – Parafusos 
Ao unir peças com parafusos, alguns fatores de grande importância 
devem ser considerados: 
• Profundidade do furo broqueado; 
• profundidade do furo roscado; 
• comprimento útil de penetração do parafuso; 
• diâmetro do furo passante. 
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Elementos de fixação – Parafusos 
Esses quatro fatores se relacionam conforme mostram as figuras e a 
tabela a seguir. 
Ø - diâmetro do furo broqueado; 
d - diâmetro da rosca; 
A - profundidade do furo broqueado; 
B - profundidade da parte roscada; 
C - comprimento de penetração do parafuso; 
D1 - diâmetro do furo passante. 
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Elementos de fixação – Parafusos 
Exercício: Duas peças de alumínio devem ser unidas com um parafuso com Ø 6 mm 
• Qual deve ser a profundidade do furo broqueado? 
• Qual deve ser a profundidade do furo roscado? 
• Quanto o parafuso deverá penetrar? 
• Qual é o diâmetro do furo passante? 
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Elementos de fixação – Tipos de Parafusos 
Parafuso de cabeça sextavada – Nos desenhos técnicos os 
parafusos são representados da seguinte forma: 
d = diâmetro do parafuso; 
k = altura da cabeça (0,7 d); 
s = medida entre as faces paralelas do sextavado (1,7.d); 
e = distância entre os vértices do sextavado (2.d); 
L = comprimento útil (medidas padronizadas); 
b = comprimento da rosca (medidas padronizadas); 
R= raio de arredondamento da extremidade do corpo 
do parafuso. 
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Elementos de fixação – Parafusos 
Aplicação - Em geral, esse tipo de parafuso é utilizado em uniões em 
que se necessita de um forte aperto da chave de boca ou estria. 
Esse parafuso pode ser usado com ou sem rosca. 
 
 
 
 
 
Quando usado sem rosca, o rosqueamento é feito na peça. 
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Elementos de fixação – Tipos de Parafusos 
Parafusos com sextavado interno - De cabeça cilíndrica com 
sextavado interno (Allen). Em desenho técnico, este tipo de parafuso é 
representado na seguinte forma: 
 
 
 
onde: 
A = d = altura da cabeça do parafuso; 
e = 1,5 d = diâmetro da cabeça; 
t = 0,6 d = profundidade do encaixe da chave; 
s = 0,8 d = medida do sextavado interno; 
d = diâmetro do parafuso. 
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ENGENHARIA MECÂNICA – ELEMENTOS DE MÁQUINAS IElementos de fixação – Parafusos 
Aplicação – Geralmente este tipos de parafuso é utilizado em uniões 
que requerem um forte aperto, e principalmente em locais onde o 
manuseio das ferramentas é dificultado pela falta de espaço. 
São alojados em furos cuja as dimensões são padronizadas 
conforme normas. 
 
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Elementos de fixação – Parafusos 
Sem cabeça com sextavado interno - Em desenho técnico, esse tipo 
de parafuso é representado da seguinte forma. 
onde: 
d = diâmetro do parafuso; 
t = 0,5 d = profundidade do encaixe da 
chave; 
s1 = 0,5 d = medida do sextavado 
interno. 
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Elementos de fixação – Parafusos 
Aplicação – Geralmente utiliza-se este tipo de parafuso para travar 
elementos de máquinas, por isso apresentam vários de pontas, 
conforme a sua utilização. 
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Elementos de fixação – Parafusos 
A seguir são apresentadas algumas medidas parafusos com 
sextavado interno com e sem cabeça e o alojamento da cabeça, 
Essas medidas são dimensionadas em função com o diâmetro (d). 
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Elementos de fixação – Parafusos 
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Parafusos 
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Elementos de fixação – Parafusos 
Parafusos de cabeça com fenda - De cabeça escareada chata com 
fenda. Em desenho técnico, a representação é a seguinte: 
Onde: 
• diâmetro da cabeça do parafuso = 2.d; 
• largura da fenda = 0,18.d; 
• profundidade da fenda = 0,29.d; 
• medida do ângulo do escareado = 90°. 
Aplicação – Fabricados em aço, aço inoxidável, inox, cobre, latão, 
etc. Utilizado principalmente em montagens que não sofrem grandes 
esforços e onde o parafuso não pode exceder a superfície da peça. 
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Elementos de fixação – Parafusos 
De cabeça redonda com fenda 
onde: 
• diâmetro da cabeça do parafuso = 1,9.d; 
• raio da circunferência da cabeça = d; 
• largura da fenda = 0,18.d; 
• profundidade da fenda = 0,36.d. 
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Elementos de fixação – Parafusos 
Parafusos com rosca 
soberba para madeira - 
São vários os tipos de 
parafusos para madeira. 
Pode ser utilizado com 
buchas plásticas 
“conjunto parafuso-
bucha”. 
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Introdução 
Elementos de fixação - Parafusos 
Classe dos Parafusos – Propriedades Mecânicas 
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Elementos de fixação - Parafusos 
Classe de resistência dos parafusos 
Ex: 8.8 o “primeiro” oito 
representa 800 N/mm² o 
“segundo oito” (.8), quer 
dizer 80% da tração = de 
640 N/mm² 
Transformar 
Kgf/mm² x 9,80665 = N/mm² 
N/mm² x 0,1019716 = Kgf/mm² 
Norma: DIN - ISO 898 
Sistema Métrico 
A qualidade dos 
materiais dos parafusos é 
padronizada, ou seja, 
quanto esforço de tensão 
um parafuso pode ser 
exposto antes que ocorra a 
quebra. 
Todos os parafusos 
devem ser marcados de 
acordo com sua 
“Classificação de Parafuso” 
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Elementos de fixação - Parafusos 
Classe de resistência dos parafusos 
Norma: DIN - ISO 898 
Sistema Métrico 
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Elementos de fixação - Parafusos 
Classe de resistência dos parafusos 
Norma: ASTM 
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Elementos de fixação - Parafusos 
Classe de resistência dos parafusos 
Fonte: CISER 2017 
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Elementos de fixação - Parafusos 
Classe de resistência dos parafusos 
Fonte: CISER 2017 
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Elementos de fixação - Parafusos 
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Parafusos Dimensionamento 
Por dimensionamento entende-se a determinação das dimensões de um 
elemento de máquina de tal forma que ele possa resistir às solicitações 
durante o trabalho. 
Para tanto, é necessário o conhecimento dos fundamentos da: 
• Resistência dos Materiais e das propriedades dos Materiais; 
• Material utilizado na fabricação; 
• Processo de fabricação dos parafusos. 
Na prática, a determinação das tensões é um importante passo para o 
desenvolvimento do dimensionamento. 
 
 
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Parafusos Dimensionamento 
Para um dimensionamento correto é necessário saber como o material 
empregado vai atuar sob as condições de carregamento, seja na tração, 
compressão, flexão, cisalhamento ou torção. Para cada tipo de material, isto 
pode ser determinado através de uma série de ensaios específicos a cada tipo 
de solicitação, de onde obtemos dados importantes como tensões de 
escoamento e ruptura. 
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Parafusos Dimensionamento 
Diagrama de um aço 
com baixo teor de 
Carbono 
Diagrama de um aço 
com alto teor de 
Carbono 
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1 – Tensão Normal 
É determinada através da relação entre a intensidade da carga aplicada e 
a área de seção transversal da peça. Isso quer dizer que em cada pequena 
parte de uma área da seção de uma peça atua uma carga. 
Parafusos Dimensionamento 
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Transformar 
Kgf/mm² x 9,80665 = N/mm² 
 
N/mm² x 0,1019716= 
Kgf/mm² 
No Sistema Internacional (SI), a Força é expressa em Newtons (N) e a 
Área em Metros Quadrados (m²). A tensão então será expressa em 
N/m², que é denominada Pascal (Pa). 
 
 Mas na prática é uma medida muito pequena para tensão, então, usa-
se múltiplos desta unidade, que são o quilopascal (kPa), megapascal 
(MPa) e o gigapascal (GPa). 
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Parafusos Dimensionamento 
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Parafusos Dimensionamento 
2- Tensão Admissível (σadm) 
No projeto de um elemento estrutural ou componente de máquina, deve-se 
considerar que, em condições normais de operação/trabalho, o carregamento 
seja menor que o valor que o material possa suportar. Este valor que o material 
suporta, deve ser a tensão de escoamento (para materiais dúcteis) e a tensão de 
ruptura (para materiais frágeis) 
A tensão admissível será 
calculada pela divisão da tensão 
de escoamento ou ruptura 
(depende do tipo de material) 
pelo coeficiente de segurança (K). 
Materiais Dúcteis: 
 
σadm = σe / K 
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ENGENHARIA MECÂNICA – ELEMENTOS DE MÁQUINAS IParafusos Dimensionamento 
3 - Coeficiente de Segurança (K) 
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Parafusos Dimensionamento 
O dimensionamento de parafuso divide-se em: 
• Parafusos com solicitação a tração (tensão de ruptura) (σr) ou tensão de 
escoamento (σesc ). Vai depender do Material. 
• Parafusos com solicitação ao cisalhamento (60 a 75% σr ou σesc ) 
σcis=0,75 σr ou σesc 
σadm = σe / K 
σcis=0,75 σr ou σesc 
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Parafusos Dimensionamento 
Se uma barra roscada é submetida a uma carga de tração pura, é de 
se esperar que sua resistência seja limitada pela área de seu diâmetro 
menor (da raiz) dr. Contudo, testes das barras rosqueadas sob tração 
mostram que a sua resistência à tração é melhor definida para média 
dos diâmetros menor e primitivo. 
A área sob tração AT, é definida como: 
 
 
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Parafusos Dimensionamento 
Onde para roscas UNS: 
 
 
 
 
E para rosca ISO: 
 
 
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Parafusos Dimensionamento 
Onde: 
d = diâmetro externo 
N = número de filetes por polegada 
p = passo em milímetros 
A tensão em uma barra rosqueada devido a uma carga axial de 
tração F, é então: 
 
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Parafusos Dimensionamento 
1) Verificar se um parafuso de aço SAE1030 com tensão admissível à tração 
de τT = 1200 kgf/cm² suporta uma carga de 150 kgf, onde: 
 
• diâmetro externo do parafuso = 5,00 mm 
• parafuso com rosca ISO de passo = 1,25 mm 
 
Resolução: 
 
dp = d – 0,649519 . p dp = 5 - 0,649519 . 1,25 dp = 4,19 mm 
dR = d – 1,226869 . p dR = 5 – 1,226869 . 1,25 dR = 3,47 mm 
 
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Parafusos Dimensionamento 
 
 
 
 
 
 
 AT = 11,52 mm² AT = 0,1152 cm² 
=
150 𝑘𝑔𝑓
0,1152 𝑐𝑚²
 
Não suporta !!! 
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Parafusos Dimensionamento 
2) Verificar se um parafuso de aço SAE8640 com tensão admissível à tração de 
τT = 1200 kgf/cm² suporta uma carga de 350 kgf, onde: 
 
• diâmetro externo do parafuso = ½” 
• parafuso com rosca UNC de 13 fios por polegada 
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Parafusos Dimensionamento 
Resolução: 
Ok, suporta !!! 
= 0,9152 cm² 
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Parafusos Dimensionamento 
3) Dimensionar um parafuso de aço SAE1045 com tensão admissível à tração 
de τT = 1200 kgf/cm² sujeito a uma carga de 300 kgf, onde: 
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Parafusos Dimensionamento 
Resolução: 
dR = d – 1,226869 . p d = 5,641 + 1,226869 . 1,25 
d = 7,17 mm → NORMALIZANDO = M8 x 1,25 
dp = d – 0,649519 . p dp = 8 - 0,649519 . 1,25 dp = 7,18 mm ou 0,718 cm 
dR = d – 1,226869 . p dR = 8 – 1,226869 . 1,25 dR = 6,46 mm ou 0,646 cm 
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Parafusos Dimensionamento 
Resolução: 
Ok, suporta !!! 
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Parafusos Dimensionamento 
4) Dimensionar um parafuso de aço SAE8640 com tensão admissível à tração de 
τT = 1100 kgf/cm² sujeito a uma carga de 500 kgf, onde: 
 
• parafuso com rosca UNC (rosca grossa) com 12 fios por polegada 
 
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Parafusos Dimensionamento 
Resolução: 
d = 10,35 mm → d = 1,035 cm 
UNC 
3/8” → 16 → 09,52 mm 
7/16” → 14 → 11,11 mm 
1/2” → 13 → 12,70 mm 
9/16” → 12 → 14,28 mm 
Adotar rosca: 9/16” – 12 UNC – 2A 
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Parafusos Dimensionamento 
Verificando: 
Ok, suporta !!! 
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Parafusos Dimensionamento 
Tensão de cisalhamento 
Um possível modo de falha por cisalhamento 
envolve o rasgamento de filetes da rosca tanto da 
porca quanto do parafuso. Portanto, irá depender das 
resistências relativas dos materiais da porca e 
parafuso. 
Se o material da porca oferecer uma resistência 
menor (como geralmente ocorre), os seus filetes 
podem ser cortados ao longo do seu diâmetro maior. 
Se o parafuso apresenta uma resistência inferior, pode 
ter os seus filetes de roscas rasgados ao longo do seu 
diâmetro menor. 
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Parafusos Dimensionamento 
Tensão de cisalhamento 
 Se ambos os materiais possuem 
resistência idêntica, o conjunto pode ser 
rasgado ao longo do diâmetro primitivo. 
 Em todo caso devemos supor algum 
grau de compartilhamento da carga entre 
os filetes das roscas a fim de calcular as 
tensões. 
 
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Parafusos Dimensionamento 
Tensão de cisalhamento 
Um modo de proceder consiste em 
considerar que uma vez que uma falha completa 
requer que todos os filetes da rosca sejam 
rasgados, estas podem ser consideradas como 
compartilhando a carga igualmente. 
Essa hipótese é provavelmente válida, 
desde que a porca ou parafuso (ou ambos) 
sejam dúcteis de modo a permitir que cada 
rosca rasgue a medida que o conjunto começa a 
falhar. 
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Parafusos Dimensionamento 
Tensão de cisalhamento 
Contudo, se ambas as partes 
são frágeis (por exemplo, aços de 
alta resistência ou ferro fundido) e 
o ajuste dos filetes da rosca é 
pobre, podemos imaginar cada 
filete assumindo toda a carga por 
turnos até que haja fratura e o 
trabalho seja repassado para o 
próximo filete. 
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Parafusos Dimensionamento 
Tensão de cisalhamento 
A realidade está inserida nestes 
extremos. Se expressarmos a tensão 
sob cisalhamento em termos do 
número de filetes de rosca 
engajados, um julgamento deve ser 
feito em cada caso para determinar 
o grau de compartilhamento de 
carga apropriado. 
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Parafusos Dimensionamento 
Tensão de cisalhamento 
A área sob cisalhamento ou rasgamento AS para um filete de rosca é a 
área do cilindro do seu diâmetro menor dR: 
p - passo da rosca; 
Wi - fator que define a porcentagem do passo ocupado pelo metal no 
diâmetro menor. 
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Parafusos Dimensionamento 
Tensão de cisalhamento 
A área para um passo da rosca, obtida a partir desta equação pode ser 
multiplicada por todos, por um ou alguma fração do número total de filetes 
de rosca engajados de acordo ao que julgar correto o engenheiro, sempre 
levando em conta os fatores discutidos acima para cada caso em particular. 
Para o rasgamento da porca no seu diâmetro maior, a área sob 
cisalhamento para um filete de rosca é: 
 
 
 p - passoda rosca 
 Wo - fator que define a porcentagem do passo ocupado pelo metal no 
diâmetro maior da porca 
 
 
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Parafusos Dimensionamento 
Tensão de cisalhamento 
Fatores de área para área de cisalhamento por corte de roscas: 
Tipo de rosca: Wi Wo 
UNS/ISO 0,8 0,88 
QUADRADA 0,5 0,5 
ACME (Trapezoidal) 0,770 0,63 
BOTARÉU 0,900 0,83 
A tensão de cisalhamento para rasgamento da rosca é então calculada 
à partir de: 
 
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Parafusos Dimensionamento 
Tensão de cisalhamento 
Verificar se uma rosca ISO de 10mm de diâmetro externo com passo de 
1,5 mm resiste a uma tensão de cisalhamento de rasgamento para uma 
carga de 400kgf, sabendo que o material do parafuso é um aço 8640 com 
uma τcis = 900 kgf/cm². 
 Resolução: 
dR = d – 1,226869 . p dR = 10 – 1,226869 . 1,5 dR = 8,16 mm ou 0,816 cm 
 
 AS = π . 0,816 . 0,8 . 0,15 AS = 0,308 cm² 
 
 
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Parafusos Dimensionamento 
Tensão de cisalhamento 
Recalculando: 
 
 
 dR = 1,179 cm ou 11,79 mm 
dR = d – 1,226869 . p d = dR + 1,226869 . p 
d = 11,79 + 1,226869 . 1,5 d = 13,63 mm 
Adotado: M14 X 2,0 
dR = d – 1,226869 . p dR = 14 – 1,226869 . 2 
dR = 11,55 mm ou 1,155 cm 
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Parafusos Dimensionamento 
Tensão de cisalhamento 
Recalculando: 
 
 
AS = π . 1,155 . 0,8 . 0,2 AS = 0,581 cm² 
 
Ok, suporta !!! 
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Parafusos Dimensionamento 
Tensão de cisalhamento 
Verificar se uma rosca UNC de 7/16” de diâmetro externo com 14 
fios por polegada resiste a uma tensão de cisalhamento de rasgamento 
para uma carga de 350 kgf, sabendo que o material do parafuso é aço 
1045 com uma τcis = 800 kgf/cm². 
d = 7/16” = 11,1125 
p = 25,4/14 = 1,814 mm ou 0,1814 cm 
 
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Parafusos Dimensionamento 
Tensão de cisalhamento 
 
Ok, suporta !!! 
0,396 cm² 
 
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Parafusos Dimensionamento 
Tensões torcionais 
Quando uma porca é apertada em um parafuso, ou quando o 
torque é transmitido através de uma porca de um parafuso de 
potência, uma tensão de torção pode ser desenvolvida no parafuso. 
O torque que torce o parafuso depende do atrito na interface 
parafuso-porca. 
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Parafusos Dimensionamento 
Tensões torcionais 
Se o parafuso e a porca estão bem lubrificados, uma porção 
menor do torque aplicado é transmitida ao parafuso e uma maior é 
absorvida entre a porca e a superfície engastada. Se a porca estiver 
agarrada ao parafuso por causa da ferrugem, todo o torque aplicado 
irá torcer o parafuso. 
 
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Parafusos Dimensionamento 
Tensões torcionais 
Oque explica porque os parafusos enferrujados normalmente 
cisalham mesmo quando se tenta afrouxar a porca. Em um parafuso 
de potência, se o colar de empuxo possuir um baixo atrito, todo o 
torque aplicado a porca criará tensões torcionais no parafuso. Assim, 
para acomodar o pior caso de atrito nas roscas, utilize o torque total 
aplicado na equação de cômputo das tensões de torção em uma 
seção circular: 
 
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Parafusos Dimensionamento 
Tensões torcionais 
 
Onde: 
Τ = tensão de cisalhamento de trabalho 
Τadm = tensão de cisalhamento admissível 
WT = módulo de resistência à torção para seção circular (Tabelado) 
dR = diâmetro menor do parafuso 
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Parafusos Dimensionamento 
Tensões torcionais 
Dimensionar um parafuso ISO sujeito a um momento torçor de MT = 
390 kgf.cm, sabendo que o material do parafuso é aço SAE1045 com 
uma τadm=850 kgf/cm². 
 
 
 
dR = 1,327 cm ou 13,27 mm 
Normalizando: M14 x passo 2,0 
 
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