Projetos de Máquinas UNIDADE 7 Parafusos de Fixação

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Projetos de Máquinas Capítulo 7 - Rosca 
 
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7 ROSCA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Projetos de Máquinas Capítulo 7 - Rosca 
 
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7.1. INTRODUÇÃO 
 
Rosca é um conjunto de filetes em torno de uma superfície cilíndrica. 
 
 
 
As roscas podem ser internas ou externas. As roscas internas encontram-se 
no interior das porcas. As roscas externas se localizam no corpo dos parafusos. 
 
 
 
As roscas permitem a união e desmontagem de peças. 
 
 
 
Os filetes das roscas apresentam vários perfis. Esses perfis, sempre 
uniformes, dão nome às roscas e condicionam sua aplicação. 
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7.2. PERFIL DA ROSCA (seção do filete) 
 
 Triangular 
É o mais comum. Utilizado em parafusos e porcas de fixação, uniões e tubos. 
 
 
 
 Trapezoidal 
Empregado em órgãos de comando das máquinas operatrizes (para transmissão de 
movimento suave e uniforme), fusos e prensas de estampar (balancins mecânicos). 
 
 
 
 Redondo 
Emprego em parafusos de grandes diâmetros e que devem suportar grandes 
esforços, geralmente em componentes ferroviários. É empregado também em 
lâmpadas e fusíveis pela facilidade na estampagem. 
 
 
 
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 Dente de serra 
Usado quando a força de solicitação é muito grande em um só sentido (morsas, 
macacos, pinças para tornos e fresadoras). 
 
 
 
 Quadrado 
Quase em desuso, mas ainda utilizado em parafusos e peças sujeitas a choques e 
grandes esforços (morsas). 
 
 
 
Dependendo da inclinação dos filetes em relação ao eixo do parafuso, as 
roscas ainda podem ser direita ou esquerda. Portanto, as roscas podem ter dois 
sentidos: à direita ou à esquerda. 
 
 
 Na rosca direita, o filete sobe da 
direita para a esquerda, conforme 
mostrado ao lado. 
→ 
 
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 Na rosca esquerda, o filete sobe da 
esquerda para a direita, conforme 
mostrado ao lado. 
→ 
 
 
7.3. NOMENCLATURA DA ROSCA 
 
Independentemente da sua aplicação, as roscas têm os mesmos elementos, 
variando apenas os formatos e dimensões. 
 
 
 
 
 Roscas triangulares 
As roscas triangulares classificam-se, segundo o seu perfil, em três tipos: 
 
I. Rosca métrica 
II. Rosca whitworth 
III. Rosca americana 
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 Rosca métrica ISO normal e rosca métrica ISO fina NBR 9527. 
Exemplo de aplicação: em veículos. 
 
 
 
 Fórmulas: 
Ângulo do perfil da rosca → 
Diâmetro menor do parafuso → diâmetro do núcleo → 
Diâmetro efetivo do parafuso → diâmetro médio → 
Folga entre a raiz do filete da porca e a crista do filete do parafuso → 
Diâmetro maior da porca → 
Diâmetro menor da porca → diâmetro do furo → 
Diâmetro efetivo da porca → diâmetro médio → 
Altura do filete do parafuso → 
Raio de arredondamento da raiz do filete do parafuso → 
Raio de arredondamento da raiz do filete da porca → 
 
A rosca métrica fina, num determinado comprimento, possui maior número de 
filetes do que a rosca normal. Permite melhor fixação da rosca, evitando 
afrouxamento do parafuso, em caso de vibração de máquinas. 
 
 
 
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 Rosca Whitworth normal - BSW e rosca Whitworth fina - BSF 
 
 
 
 Fórmulas: 
Ângulo do perfil da rosca → 
Passo → 
Altura do filete do parafuso → 
Raio de arredondamento da raiz do filete do parafuso → 
Raio de arredondamento da raiz do filete da porca → 
Diâmetro maior da porca → 
Diâmetro menor do parafuso → diâmetro do núcleo → 
Diâmetro efetivo da porca → diâmetro médio → 
 
A fórmula para confecção das roscas Whitworth normal e fina é a mesma. 
Apenas variam os números de filetes por polegada. 
 
 
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8 PARAFUSO DE FIXAÇÃO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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O parafuso é uma peça formada por um corpo cilíndrico roscado e uma 
cabeça, que pode ter várias formas. 
 
 
 
8.1. HISTÓRICO 
 
Na antiguidade, o matemático grego Archytas of Tarentum (428 - 350 aC.) foi 
responsável pela invenção do parafuso. No 1º século A.C., os parafusos de madeira 
foram usados em todo o mundo Mediterrâneo em dispositivos como prensas de óleo 
e de vinho. Arquimedes (287 A.C. – 212 A.C.) desenvolveu o princípio da rosca e 
utilizou-o para a construção de dispositivos para a elevação de água na irrigação. Os 
romanos aplicaram o princípio de Arquimedes para conduzir material em minas. 
Também existem evidências de que componentes parafusados foram 
aplicados em instrumentos cirúrgicos em 79 A.C. Os parafusos de metal só 
apareceram na Europa a partir do ano de 1400. O primeiro documento impresso 
sobre parafusos consta num livro do começo do século XV. Mais tarde, no mesmo 
século, Johann Gutenberg incluiu parafusos entre os fixadores na sua impressora. 
Os cadernos de Leonardo Da Vinci, do fim do século XV e começo do século 
XVI, incluem vários desenhos de máquinas para fabricar parafusos, mas a primeira 
máquina concreta para este propósito foi inventada em 1568 por Jacques Besson, 
um matemático francês. Pelos fins do século XVII, os parafusos já eram 
componentes comuns nas armas de fogo. O britânico Henry Maudslay patenteou o 
parafuso de fenda em 1797; um dispositivo similar foi patenteado por David 
Wilkinson nos Estados Unidos no ano seguinte. Na atualidade o parafuso esta 
presente em praticamente todos os aparelhos e estruturas construídos pelo homem. 
 
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8.2. PADRONIZAÇÃO 
 
A capacidade de fazer roscas uniformes não foi suficiente para garantir a 
uniformidade, visto que cada fabricante preferia ter seu próprio padrão. Era 
necessário definir padrões nacionais e internacionais. Na Inglaterra o próprio passo 
significativo neste sentido ocorreu em 1841, quando Joseph Whitworth apresentou 
ao Instituto dos engenheiros civis seu trabalho "Um sistema uniforme de roscas de 
parafusos". 
Whitworth propôs que para parafusos de certas dimensões as roscas 
deveriam ser iguais em passo, profundidade e forma. Ele recomendou um ângulo de 
55 graus entre um lado do fio de rosca e outro. O número de fios por polegada 
deveria ser especificado para cada diâmetro de parafuso. A rosca devia ser 
arredondada na crista e no vale em 1/6 de profundidade. Em 1881 o sistema de 
Whitworth já tinha sido adotado como padrão britânico. 
Nos EUA o movimento para padronização começou em 1864. William Sellers, 
um montador de ferramentas de máquinas na Filadélfia, persuadiu o Instituto 
Franklin daquela cidade a reunir um comitê que procuraria estabelecer padrões 
nacionais. 
Sellers tinha várias objeçõesao sistema de Whitworth. Dizendo que o ângulo 
de corte de 55 graus era difícil de aferir, argumentava que 60 graus era o ideal e que 
resultaria em roscas mais resistentes. Ele também achava que o padrão de 
arredondamento da rosca de Whitworth resultava num encaixe incerto entre 
parafuso e porca resultando roscas mais frágeis, ele propôs roscas com cristas e 
vales planos. 
O Instituto Franklin acabou por adotar o sistema Sellers recomendando-o 
como padrão nacional onde roscas de parafusos devem ser feitos de lados planos 
com ângulo entre eles de 60 graus, tendo uma superfície plana no topo e no fundo 
igual a 1/8 do passo. Pelo fim do século o sistema de Sellers já era padrão para os 
EUA e boa parte da Europa. 
A incompatibilidade dos sistemas Whitworth e Sellres trouxe dificuldades nas 
1ª e 2ª Guerras mundiais, quando as forças armadas americanas e britânicas 
precisavam de peças intercambiáveis. Desde 1918 e continuando até 1948, os dois 
países os dois países estudaram as formas para reconciliar os sistemas. Numa 
conferência em Washington em 1948, os EUA, Canadá e Grã-Bretanha adotaram o 
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sistema unificado que incorpora aspectos do sistema Whitworth e Sellers. O papel 
principal na padronização das roscas de parafusos em polegada foi do Instituto 
Industrial de Fixadores, constituído pelos maiores produtores de fixadores da 
América do Norte. 
No mesmo ano a Organização Internacional para a Padronização (ISO) 
iniciou um trabalho para estabelecer um sistema padrão de rosca de parafuso que 
pudesse ser aplicado mundialmente. Quando o trabalho terminou em 1964 e foi 
adotado numa conferência internacional em Nova Deli, consistia em dois sistemas: 
O sistema ISSO polegada (ISO Inch Screw Thread System) o mesmo que sistema 
unificado e o sistema ISO métrico (ISO Metric Screw Thread System), que era uma 
nova fórmula para substituir os diversos sistemas métricos nacionais. 
Com base no argumento de que os fixadores feitos de acordo com o sistema 
métrico eram inferiores aos feitos de acordo com a norma ISO polegada, o Instituto 
de Fixadores Industriais recomendou em 1970 que um sistema métrico mais 
aperfeiçoado fosse desenvolvido. Em 1971 o grupo propôs o Sistema Métrico Ótimo 
(Optimum Metric Fastener System). Entre outras coisas, o plano previa um perfil 
baseado no formato que tornou-se padrão para fixadores aeroespaciais e fixadores 
com melhor resistência à fadiga. A proposta levou a um sistema similar que agora é 
o padrão métrico internacional: o sistema ANSI/ISO (ANSI: American National 
Standards Institute). 
Várias outras organizações se preocupam com padrões de fixadores, 
frequentemente especificando quais são os fixadores padronizados mais 
apropriados para uma determinada indústria. Nos EUA essas organizações incluem 
a American Society for Testing and Materials (ASTM), a American National 
Standards Institute (ANSI), a Society of Automotive Engeneers (SAE) e outros. 
Tomados em conjunto, suas atividades incluem por volta de 8000 padrões 
para fixadores, que cobrem assuntos como: material, configuração, dimensões, 
tolerâncias e características mecânicas. Se forem incluídos os fixadores especiais, 
os diversos acabamentos e revestimentos superficiais junto de todas as 
combinações de diâmetros e comprimentos, o total de itens na área de fixadores 
supera os dois milhões. 
 
 
 
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8.3. INTRODUÇÃO 
 
Parafusos são elementos de fixação, empregados na união não permanente 
de peças, isto é, as peças podem ser montadas e desmontadas facilmente, 
bastando apertar e desapertar os parafusos que as mantém unidas. 
 
 As cabeças dos parafusos, por sua vez, podem ser: 
 sextavadas - predominantes em construção de máquinas; 
 de fenda (cabeça escariada); 
 de sextavado interno (Allen). 
 
 
 
 As principais vantagens dos parafusos são: 
 baixo custo; 
 facilidades de montagem e desmontagem; 
 
 As principais desvantagens nos parafusos de fixação são: 
 Possibilidade de ocorrer desaperto durante o funcionamento do equipamento. 
 Baixo rendimento de transmissão e o elevado desgaste dos flancos das roscas. 
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 Parafusos podem ser fabricados: 
 por conformação plástica: prensagem ou rolagem, 
 por usinagem: torneamento ou fresamento. 
 
 Numa montagem por parafuso, podemos ter como elementos: 
 O próprio parafuso; 
 A porca; 
 Hastes dotadas de roscas - fusos; 
 Arruelas, 
 Dispositivos de segurança. 
 
 As principais aplicações dos parafusos são: 
 Parafusos de fixação em uniões desmontáveis; 
 Parafusos obturadores para tapar orifícios; 
 Parafusos de transmissão de forças; 
 Parafusos de movimento para transformar movimentos retilíneos em rotativos e 
vice-versa. 
 
 Alguns perigos característicos das uniões parafusadas devem ser conhecidos e 
trabalhados quando se utiliza este tipo de união. São eles: 
 incerteza sobre grandeza das forças externas - aumentar o coeficiente de 
segurança; 
 aperto inconveniente do parafuso - excessivo ou insuficiente; 
 não uniformidade de aperto para uniões com vários parafusos - controle do 
torque através de torquímetro ou controle da tensão através de micrômetro; 
 apoio unilateral do parafuso, gerando tensões de flexão; 
 perda de protensão, por dilatação térmica ou deformação plástica; 
 solicitações adicionais devido a choques; 
 auto-afrouxamento devido a trepidações; 
 corrosão química e eletrolítica; 
 desgaste da rosca de movimento, 
 fratura por fadiga (geralmente na seção transversal do primeiro filete carregado). 
 
 
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 Que fatores influenciam a escolha de parafusos? 
 Função; 
 Propriedades; 
 Método de montagem; 
 Qualidade; 
 Garantia; 
 Custo de aplicação. 
 
 Como é que eu devo especificar um parafuso? 
 usar as dimensões genéricas standard 
 DIN para métrico e BS916 para polegadas; 
 Cabeça e tipo de fenda quando exista; 
 Tipo de rosca; 
 Diâmetro do parafuso ou peça; 
 Comprimento do parafuso (geralmente deste a cabeça à ponta); 
 Qualidade de aço e resistência; 
 Acabamento - tratamento galvânico. 
 
8.4. CLASSIFICAÇÃO DE PARAFUSOS 
 
Os parafusos se diferenciam pela forma da rosca, da cabeça, da haste e do 
tipo de acionamento. Em geral, o parafuso é composto de duas partes: cabeça e 
corpo. 
 
 
 
O corpo do parafuso pode ser cilíndrico ou cônico, totalmente roscado ou 
parcialmente roscado. A cabeça pode apresentar vários formatos; porém, há 
parafusos sem cabeça. 
 
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Há uma enorme variedade de parafusos que podem ser diferenciados pelo 
formato da cabeça, do corpo e da ponta. Essas diferenças, determinadas pela 
função dos parafusos, permite classificá-los em quatro grandes grupos: parafusos 
passantes, parafusos não-passantes, parafusos de pressão, parafusos prisioneiros. 
 
 
 
8.4.1. PARAFUSOS PASSANTES 
 
Esses parafusos atravessam, de lado a lado, as peças a serem unidas, 
passando livremente nos furos. Dependendo do serviço, esses parafusos, além das 
porcas, utilizam arruelas e contra porcas como acessórios. Os parafusos passantes 
apresentam-se com cabeça ou sem cabeça.Projetos de Máquinas Capítulo 8 – Parafuso de Fixação 
 
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8.4.2. 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. 
 
 
 
8.4.3. 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. 
 
 
 
8.4.4. PARAFUSOS PRISIONEIROS 
 
São parafusos sem cabeça com rosca em ambas as extremidades, sendo 
recomendados nas situações que exigem montagens e desmontagens frequentes. 
Em tais situações, o uso de outros tipos de parafusos acaba danificando a rosca dos 
furos. 
As roscas dos parafusos prisioneiros podem ter passos diferentes ou sentidos 
opostos, isto é, um horário e o outro anti-horário. 
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8.5. TIPOS DE PARAFUSOS 
 
No item anterior, vimos a classificação dos parafusos quanto à função que 
eles exercem. A tabela a seguir, mostra alguns tipos de parafusos, de acordo com a 
forma do corpo e/ou cabeça. 
 
 
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Segue também, uma tabela síntese com características da cabeça, do corpo, 
das pontas e com indicação dos dispositivos de atarraxamento. 
 
 
 
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Ao unir peças com parafusos, o profissional precisa levar em consideração 
quatro fatores de extrema importância: 
 Profundidade do furo broqueado; 
 Profundidade do furo roscado; 
 Comprimento útil de penetração do parafuso 
 Diâmetro do furo passante. 
 
Esses quatro fatores se relacionam conforme mostram as figuras e a tabela a 
seguir. 
 
 
 
 
 
 
 
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Tabela: Fatores a considerar ao unir peças com parafusos 
 
 
A classificação geral dos parafusos é quanto à função que eles exercem e 
alguns fatores a serem considerados na união de peças. Alguns tipos de parafusos 
bastante usados em mecânica. 
 
8.5.1. PARAFUSO SEXTAVADO 
 
As medidas das partes dos parafusos são proporcionais ao diâmetro do seu 
corpo. Em desenho técnico, esse parafuso é representado da seguinte forma: 
 
 
 
 
 
 
 
 
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 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. 
 
 
 
8.5.2. PARAFUSO COM SEXTAVADO INTERNO / PARAFUSO ALLEN 
 
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. Para o aperto, utiliza-se uma 
chave especial: a chave Allen. Os parafusos Allen são utilizados sem porcas e suas 
cabeças são encaixadas num rebaixo na peça fixada. 
 
 
 
De cabeça cilíndrica com sextavado interno (Allen). Em desenho técnico, este 
tipo de parafuso é representado na seguinte forma: 
 
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 Aplicação 
Em geral, esse tipo de parafuso é utilizado para travar elementos de máquinas. 
Devido a isso, esses parafusos são fabricados com diversos tipos de pontas, de 
acordo com sua utilização. 
 
 
 
 
 
 
 
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8.5.3. PARAFUSO DE CABEÇA COM FENDA 
 
De cabeça escareada chata com fenda. Em desenho técnico, a representação 
é a seguinte: 
 
 
 
 Aplicação 
São fabricados em aço, aço inoxidável, inox, cobre, latão, etc. Esse tipo de parafuso 
é muito empregado em montagens que não sofrem grandes esforços e onde a 
cabeça do parafuso não pode exceder a superfície da peça. 
 
8.5.4. PARAFUSO DE CABEÇA REDONDA COM FENDA 
 
Em desenho técnico, a representação é feita como mostra a figura. 
 
 
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 Aplicação 
Esse tipo de parafuso é também muito empregado em montagens que não sofrem 
grandes esforços. Possibilita melhor acabamento na superfície. São fabricados em 
aço, cobre e ligas, como latão. 
 
8.5.5. PARAFUSO DE CABEÇA CILINDRICA BOLEADA COM FENDA 
 
Em desenho técnico, a representação é feita como mostra a figura. 
 
 
 
 
 
 Aplicação 
São utilizados na fixação de elementos nos quais existe a possibilidade de se fazer 
um encaixe profundo para a cabeça do parafuso, e a necessidade de um bom 
acabamento na superfície dos componentes. Trata-se de um parafuso cuja cabeça é 
mais resistente do que as outras de sua classe. São fabricados em aço, cobre e 
ligas, como latão. 
 
 
 
 
 
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8.5.6. PARAFUSO DE CABEÇA ESCAREADA BOLEADA COM FENDA 
 
 
 
 Aplicação 
São geralmente utilizados na união de elementos cujas espessuras sejam finas e 
quando é necessário que a cabeça do parafuso fique embutida no elemento. 
Permitem um bom acabamento na superfície. São fabricados em aço, cobre e ligas 
como latão. 
 
8.5.7. PARAFUSO AUTO-ATARRAXANTE 
 
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 uma tarraxa. As cabeças 
têm formato redondo, em latão ou chanfradas e apresentam fendas simples ou em 
cruz (tipo Phillips). 
 
 
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Esse tipo de parafuso elimina a necessidade de um furo roscado ou de uma 
porca, pois corta a rosca no material a que é preso. Sua utilização principal é na 
montagem de peças feitas de folhas de metal de pequena espessura, peças 
fundidas macias e plásticas. 
 
8.5.8. PARAFUSO PARA PEQUENAS MONTAGENS 
 
Parafusos para pequenas montagens apresentam vários tipos de roscas e 
cabeças e são utilizados para metal, madeira e plásticos. 
 
 
 
8.5.9. PARAFUSO COM ROSCA SOBERBA PARA MADEIRA 
 
São vários os tipos de parafusos para madeira. Apresentamos, em seguida, 
os diferentes tipos e os cálculos para dimensionamento dos detalhes da cabeça. 
 
 
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 Aplicação 
Esse tipo de parafuso também é utilizado com auxílio de buchas plásticas. O 
conjunto, parafuso-bucha é aplicado na fixação de elementos em bases de 
alvenaria. Quanto à escolha do tipo de cabeça a ser utilizado, leva-se em 
consideração a natureza da união a ser feita. São fabricados em aço e tratados 
superficialmente para evitar efeitos oxidantes de agentes naturais. 
 
8.6. DESIGNAÇÃO DE PARAFUSOS 
 
 
 
8.7. CLASSE DE RESISTÊNCIA DE PARAFUSOS 
 
 
 
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8.8. DIMENSIONAMENTO8.8.1. TRAÇÃO NO PARAFUSO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 √
 
 
 (8.1) 
 
 
com: 
 → para carregamento estático 
 → para carregamento pulsante 
 → para carregamento alternado 
 
onde: 
 → diâmetro mínimo do parafuso solicitado à tração 
 → força máxima de tração 
 → tensão admissível de tração do material do parafuso 
 → tensão de escoamento do material do parafuso 
 → tensão alternante do material do parafuso 
 
 
*** tensões características e dadas nas tabelas 10.7 a 10.12 (Niemann) 
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8.8.2. CISALHAMENTO NO PARAFUSO 
 
Apesar de ser regra de projeto garantir que o parafuso não trabalhe 
submetido à força cortante, pode-se calcular esta solicitação da forma: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 √
 
 
 (8.2) 
 
 
Pela teoria de falha de von Mises: 
 
 (8.3) 
 
 
onde: 
 → diâmetro mínimo do parafuso solicitado à tração 
 → força máxima de cisalhamento 
 → tensão admissível de cisalhamento do material do parafuso 
 → tensão de cisalhamento do material do parafuso 
 → tensão de escoamento do material do parafuso 
 
 
 
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 Tabelas características e - tabelas 10.7 a 10.12 
Fonte: Niemann 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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8.8.3. EXERCÍCIOS DE DIMENSIONAMENTO 
 
Exercício 1 
Considere um parafuso de fixação, sob efeito de uma força estática de tração de 
 . Se o parafuso em questão é classificado com classe de resistência 5.8 (aço-
carbono), qual o diâmetro mínimo que o mesmo deve possuir para suportar a carga 
mencionada? 
 
 
 
Exercício 2 
Considere um parafuso de fixação, sob efeito de uma força estática de tração de 
 . O material do parafuso é um cromo-molibdênio [25CrMo4]. Qual o 
diâmetro mínimo que o mesmo deve possuir para suportar a carga mencionada? 
 
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Exercício 3 
Considere um parafuso de fixação, sob efeito de uma força estática de tração de 
 . O material do parafuso é um aço carbono [C45]. Qual o diâmetro mínimo 
que o mesmo deve possuir para suportar a carga mencionada? 
 
 
 
Exercício 4 
Considere um parafuso de fixação, sob efeito de uma força estática cortante de 
 . O material do parafuso é um aço carbono [C45]. Qual o diâmetro mínimo 
que o mesmo deve possuir para suportar a carga mencionada? 
 
 
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8.8.4. UNIÕES PARAFUSADAS 
 
O propósito do parafuso de porca é manter duas ou mais partes juntas. 
Aplicando um torque através da porca, estica-se o parafuso para produzir uma força 
de retenção ou força de aperto ( ). Ela existe na conexão depois que a porca foi 
apertada sem importar se a carga externa de tração ( ) é exercida ou não. 
Por ser elementos elásticos, a constante de rigidez, tanto do parafuso quanto 
dos componentes unidos, são equivalentes à rigidez de uma mola, como pode ser 
observado abaixo. 
 
 
 
 A rigidez de uma mola, para um elemento elástico tal qual um parafuso e os 
componentes unidos, podem ser determinados por: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 (8.3) 
 
onde: 
 → rigidez do parafuso 
 → rigidez do componente de união 
 → área do parafuso 
 → área útil do componente (área total – área do parafuso) 
 → espessura do material 
 → módulo de elasticidade do material 
 
Projetos de Máquinas Capítulo 8 – Parafuso de Fixação 
 
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Pode haver mais que dois elementos incluídos na região de aperto. Juntos, 
eles atuam como molas de compressão em série, portanto, a rigidez total da mola 
dos elementos será: 
 
 
 
 ∑ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 (8.4) 
 
No caso de apenas dois componentes, temos: 
 
 
 
 
 
 (8.5) 
 
As uniões realizadas pelo aperto dos elementos de fixação tanto alongam o 
parafuso quanto comprimem os componentes a serem unidos. Quando a força 
externa ( ) é aplicada, o parafuso e os componentes a serem unidos se deformam 
da mesma quantidade ( ), como pode ser visto na figura abaixo. 
 
 
 
Para garantir o “aperto”, a força externa deve ser igual à soma do aumento na 
força do parafuso ( ) com a diminuição da força nos elementos a serem unidos 
( ), ou seja: 
 
 (8.6) 
 
Projetos de Máquinas Capítulo 8 – Parafuso de Fixação 
 
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Por definição: 
 
 (8.7) 
 
Sabemos que: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 (8.8) 
 
Combinando a (8.8) em (8.7), temos: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 (8.9) 
 
Assim, para a força do parafuso, chegamos a: 
 
 
 
 
 
 
 
 (8.10) 
 
Da mesma forma, para a força dos componentes, temos: 
 
 
 
 
 
 
 
 (8.11) 
 
 
Lembrando que: 
 
 
 
 
 
 (8.12) 
 
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Determinada a força de aperto da união, podemos calcular a torque de aperto, 
ou momento de aperto ( ), através da seguinte relação: 
 
 (8.13) 
 
E, de posse do momento de aperto, é possível determinar o chamado 
momento de giro ( ), pela seguinte relação: 
 
 (8.13) 
 
O momento de giro ( ) e a força do parafuso ( ) são de suma importância 
para a determinação do coeficiente de segurança da união. Utilizando a teoria de 
von Mises, temos: 
 
 √ (8.14) 
 
 E, de posse da tensão equivalente de von Mises ( ) o coeficiente de 
segurança é determinado por: 
 
 
 
 
 (8.15) 
 
onde: 
 → tensão nominal do material 
 → tensão de cisalhamento do material 
 → tensão de escoamento do material 
 
 Lembrando que: 
 
 
 
 
 
 (8.16) 
 
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 (8.17) 
*** para parafuso de potência → 
 
 E a área útil de um parafuso ( ) é dada por: 
 
 
 
 
 
 (
 
 
)
 
 (8.18) 
 
 Para uma rosca métrica: 
 
 
 
 Fórmulas 
 
Diâmetro menor do parafuso → 
 
Diâmetro efetivo do parafuso → 
 
Diâmetro nominal → 
Passo → 
 
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8.8.5. EXERCÍCIOS DE UNIÕES PARAFUSADAS 
 
Exercício 1 
A figura ilustra a conexão de uma cabeça de cilindro a um vaso de pressão usando 
14 parafusos de porca e uma vedação (lacre)de gaxeta confinada. O diâmetro 
efetivo de vedação é de . Outras dimensões são as seguintes: , 
 , , e , todas em milímetros. O cilindro é usado para 
armazenar gás a uma pressão estática de . Parafusos de porca da classe 8.8, 
com rosca M12, foram selecionados. A força de aperto do conjunto é de .Isso 
permite um espaçamento aceitável dos parafusos. Que fator de segurança ( ) 
resulta dessa seleção? 
 
Adote: 
 modulo de elasticidade de 
 que área em que será feito o aperto entre o parafuso e as placas seja circular 
com diâmetro externo igual a duas vezes o diâmetro do parafuso 
 
 
 
 
 
 
 
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7.8.6. JUNTAS DE CISALHAMENTO COM CARREGAMENTO EXCENTRICO 
 
A análise de uma junta ao cisalhamento solicitada por um carregamento 
excêntrico requer que o centro de movimento relativo se localize entre dois 
elementos. Sob essa hipótese, o ponto central de rotação situa-se no centroide de 
área da seção transversal da distribuição dos parafusos. Em muitos exemplos, o 
centroide pode ser localizado por simetria. 
 
 
 
 A força de cisalhamento total recebida por cada parafuso de porca será 
calculada em três passos. No primeiro passo a força primária de cisalhamento ( ) é 
determinada dividindo a carga total entre todos os parafusos, sendo: 
 
 
 
 
 
 (8.19) 
 
onde: 
 → carga total aplicada 
 → número de parafusos 
 
 
 
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No segundo passo, a força secundária de cisalhamento ( ) que é a carga 
adicional em cada parafuso de porca devido ao momento ( ). Se , , , etc. são 
as distâncias radiais do centroide até o centro de cada parafuso. O momento e as 
cargas de momento estão relacionados por: 
 
 
 
 
 
 
 
 (8.20) 
 
A força recebida de cada parafuso depende de sua distância radial a partir do 
centroide, isto é, o parafuso mais distante do centroide recebe a maior carga, 
enquanto o parafuso mais próximo recebe a menor carga. Por isso, pode-se 
escrever que: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 (8.21) 
 
Em que, novamente, os diâmetros dos parafusos de porca são supostos 
iguais. Se não forem, substitui-se ( ) na equação (8.21) pelas tensões de 
cisalhamento [ ] para cada parafuso. Resolvendo as equações (8.20) e 
(8.21) simultaneamente, obtém-se: 
 
 
 
 
 
 (8.22) 
 
 Quando todos os parafusos estão a mesma distância do centroide, a força 
secundária de cisalhamento ( ) é igual para todos os parafusos, pois: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
(8.23) 
 
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 No terceiro passo, a força de cisalhamento primária ( ) e a força de 
cisalhamento secundária ( ) são adicionadas vetorialmente (conforme figura 
abaixo) para obter a força de cisalhamento resultante em cada parafuso de porca. 
Visto que todos os parafusos tem usualmente o mesmo tamanho, somente o 
parafuso com a força de cisalhamento resultante máxima necessita ser considerado. 
 
 
 
Da geometria analítica tem-se: 
 
 ( )
 ( )
 ( )
 (8.24) 
 
 Reescrevendo a equação (8.25) para os termos apropriados, tem-se: 
 
 √ 
 (8.25) 
 
 
 
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Determinada a força de cisalhamento de cada parafuso, é possível definir 
qual a força de aperto necessária para garantir a fixação, ou seja: 
 
 (8.21) 
 
onde: 
 → coeficiente de atrito do material 
 
 
 
 
 
 
 
 
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8.8.7. EXERCÍCIOS DE JUNTAS DE CISALHAMENTO COM CARREGAMENTO 
 EXCENTRICO 
 
Exercício 1 
Uma barra retangular de aço é presa a um perfil de aço usando quatro parafusos de 
cabeça sextavada M16 classe 4.6. Quando se aplica a força de , mostrada na 
figura, determinar: 
 
a) A força de cisalhamento em cada parafuso. 
b) A força de aperto quando se sabe que todos os coeficientes de atrito são . 
c) O momento de aperto. 
 
 
OBS: medidas em milímetros. 
 
 ( ) 
 ( ) 
 ( ) 
 
 
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Exercício 2 
[Enade 2011] Um acoplamento rígido tipo flange será usado para acoplar um motor 
elétrico de e a um redutor de engrenagens do sistema de tração de 
uma esteira de transporte de calcário moído. Cada um dos flanges é fixado à 
respectiva ponta de eixo por meio de chaveta e o acoplamento é realizado 
utilizando-se oito parafusos igualmente espaçados, distribuídos segundo um círculo 
de diâmetro , conforme mostrado na figura a seguir. 
 
 
 
Nessas condições, qual é a força cisalhante agindo em cada parafuso? 
 
( a ) 
( b ) 
( c ) 
( d ) 
( e ) 
 
 alternativa (b) 
 
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9 PORCA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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9.1. INTRODUÇÃO 
 
Porca é uma peça de forma prismática ou cilíndrica geralmente metálica, com 
um furo roscado no qual se encaixa um parafuso, ou uma barra roscada. Em 
conjunto com um parafuso, a porca é um acessório amplamente utilizado na união 
de peças. A porca está sempre ligada a um parafuso. A parte externa tem vários 
formatos para atender a diversos tipos de aplicação. Assim, existem porcas que 
servem tanto como elementos de fixação como de transmissão. 
 
 
 
9.2. MATERIAL DE FABRICAÇÃO 
 
As porcas são fabricadas de diversos materiais: aço, bronze, latão, alumínio, 
plástico. Há casos especiais em que as porcas recebem banhos de galvanização, 
zincagem e bicromatização para protegê-las contra oxidação. 
 
9.3. TIPOS DE ROSCAS 
 
O perfil da rosca varia de acordo com o tipo de aplicação que se deseja. As 
porcas usadas para fixação geralmente tem roscas com perfil triangular. 
 
 
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As porcas para transmissão de movimentos tem roscas com perfis quadrados, 
trapezoidais, redondo e dente de serra. 
 
9.4. TIPOS DE PORCAS 
 
Para aperto manual são mais usados os tipos de porca borboleta, recartilhada 
alta e recartilhada baixa, dentre os vários tipos de porcas, temos: 
 
9.4.1. PORCA SEXTAVADA 
 
Utilizadas para segurar a carga no sistema / tirante pela proteção ou ajuste 
determinados no projeto. Usos diversos, em automóveis, residências e indústrias. 
 
 
9.4.2. PORCA QUADRADA 
 
Usos diversos, em automóveis, residências e indústrias. 
 
 
9.4.3. PORCA RECARTILHADA 
 
Para aperto manual são mais usadosos tipos de porca borboleta, recartilhada 
alta e recartilhada baixa. 
 
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9.4.4. 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. 
 
 
9.4.5. PORCA CEGA (OU REMATE) 
 
As porcas cega baixa e cega alta, além de propiciarem boa fixação, deixam 
as peças unidas com melhor aspecto. 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. 
 
 
9.4.6. PORCA AUTO-TRAVANTE (OU PARLOK) 
 
Para ajuste axial (eixos de máquinas). Essa porca possui nylon em seu 
interior, que trava a porca no parafuso. 
 
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9.4.7. PORCA CASTELO 
 
Para ajuste axial (eixos de máquinas). 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. 
 
 
 
Observe a aplicação da porca sextavada chata: 
 
 
 
9.4.8. PORCA RÁPIDA 
 
Para montagem de chapas em locais de difícil acesso, podemos utilizar as 
porcas: 
 
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9.4.9. PORCA DE FENDA 
 
 Características das porcas de fendas: 
 A baixa deformação da rosca do elemento macho permite reutilizar diversas 
vezes os elementos de fixação; 
 Bom comportamento quanto à resistência à vibração; 
 Excelente comportamento às variações de temperatura; 
 Nenhuma agressão nem marcação na superfície de apoio da porca sobre a peça. 
 
9.4.9.1. PORCA DE FENDA SIMPLES 
 
O principio de auto-travamento da porca fenda simples consiste em comprimir 
os flancos de alguns filetes de rosca do elemento macho sobre seus setores. Este 
princípio é obtido executando-se uma fenda calibrada na parte central do hexágono 
da porca, que é amassada sob uma carga específica. Na montagem, a porca retorna 
à sua forma primitiva, gerando uma pressão sobre os filetes de rosca e que cria um 
torque de travamento constante e independente do aperto. 
 
 
 
 
 
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9.4.9.2. PORCA DE FENDA DUPLA 
 
O princípio de auto-travamento da porca de fenda dupla consiste em 
comprimir os flancos de alguns filetes de rosca do elemento macho sobre dois dos 
seus setores, em planos diferentes e deslocados a 180º. Esse princípio é obtido 
executando-se duas fendas calibradas na gola superior da porca, que são 
amassadas sob carga específica. Para obter uma montagem correta, é fundamental 
que o elemento macho exceda a porca em pelo menos dois filetes da rosca. 
 
 
 
 
9.4.10. OUTROSTIPOS DE PORCA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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9.5. DESIGNAÇÃO DE PORCAS 
 
 
 
9.6. CLASSE DE RESISTÊNCIA DE PORCAS 
 
 
 
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10. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
SHIGLEY, J.E. Projeto de Engenharia Mecânica. São Paulo, Bookman, 2010. 
 
BUDINAS, R.G.; NISBETT, J.K. Elementos de Máquinas de Shigley. 10 ed. Porto 
Alegre, McGraw Hill, 2016 
 
JUVINALL, R.C.; MARSHEK, K.M. Fundamentos do projeto de componentes de 
máquinas. Rio de Janeiro, LTC, 2008. 
 
CUNHA, L. Elementos de Máquinas. São Paulo, Bookman, 2010. 
 
NIEMAMM, G. Elementos de Máquinas. Volume I. São Paulo, Blucher, 2002.