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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I – E le m e n to s d e U n iã o UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s PARAFUSOS 1. INTRODUÇÃO Parafusos de União Parafusos de Transmissão 2 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s PARAFUSOS 1. INTRODUÇÃO PARAFUSOS - são fabricados nas mais diferentes configurações, variando principalmente: - a geometria - as dimensões - o tipo de rosca - o material de fabricação - as formas de cabeça - o processo de fabricação 3 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s 2. TIPOS DE PARAFUSOS 4 Parafuso hexagonal ou sextavado, porcas e arruelas. UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s 2. TIPOS DE PARAFUSOS e 30° R Aprox. 0.4 mm K S Parafuso Hexagonal (Sextavado) d Porca Sextavada Porca Sextavada Chata 5 Representações gráficas UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s 2. TIPOS DE PARAFUSOS 6 Parafusos “Allen” UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s Sextavada externo Quadrada Pentavada com ressalto Triangular Escareado - abaulada Sextavado interno Triangulado interno (Phillips e fenda) Parafuso de cabeça escareada com sextavado interno 2. TIPOS DE PARAFUSOS 7 Parafusos “Allen” UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s 2. TIPOS DE PARAFUSOS 8 Diversas formas e geometrias de cabeças de parafusos. UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s 2. TIPOS DE PARAFUSOS - Travamento de porcas 9 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s 2. TIPOS DE PARAFUSOS - Aplicações especiais 10 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s 2. TIPOS DE PARAFUSOS Parafuso Pentavado Torção Unidirecional Cabeças especiais 11 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s 2. TIPOS DE PARAFUSOS Cabeça dupla - fenda Cabeça dupla - sextavada Cilíndrico - chapas finas 12 Broca + parafuso Existe ? Sim Não Existe ? Sim Não Existe ? Sim Não UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s 3. TIPOS DE ROSCA 3.1) Métrica 3.2) Quadrada 3.3) ACME 3.4) Apoio 3.5) Whitworth 3.6) Redonda 13 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s H H 2 H 8 H 6 Passo p p 8 dddr m H = 0.86603.p H 4 H 2 H p 8 5.H 8 H 8 p 2 Rosca interna Porca Rosca externa Parafuso P = passo H = altura do triângulo fundamental = 0.86603.P D = d = diâmetro nominal da rosca (maior diâmetro) (diâmetro médio) Pdhd HH dD i 08253.12 42 2 21 Pd HH dd 22687.1 62 2 21 PdHdddD m 64953.0 4 3 22 PHh i 54127.0 8 5 3.1) Rosca Métrica PHh e 61343.0 24 17 P H R 14434.0 6 (diâmetro médio) 14 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s 3.1) Rosca Métrica - padronização Flávio de Marco – DEM/UFRJ – 012/101 15 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s 3.1) Rosca Métrica - Designação: parafuso M12 x 1.75 x 60 classe 5.8 - Aplicação: Indústria em geral. Passo grosso Passo fino Diâmetro Nominal (Maior) d [mm] Passo P [mm] Área sob tração - A [mm 2 ] Área do diâmetro menor [mm 2 ] Passo P [mm] Área sob tração – A [mm 2 ] Área do diâmetro menor [mm 2 ] 1.6 0.35 1.27 1.07 2 0.40 2.07 1.79 2.5 0.45 3.39 2.98 3 0.5 5.03 4.47 3.5 0.6 6.78 6 4 0.7 8.78 7.75 5 0.8 14.2 12.7 6 1 20.1 17.9 8 1.25 36.6 32.8 1 39.2 36 10 1.5 58 52.3 1.25 61.2 56.3 12 1.75 84.3 76.3 1.25 92.1 86 14 2 115 104 1.5 125 116 16 2 157 144 1.5 167 157 20 2.5 245 225 1.5 272 259 24 3 353 324 2 384 365 30 3.5 561 519 2 621 596 36 4 817 759 2 915 884 42 4.5 1120 1050 2 1260 1230 48 5 1470 1380 2 1670 1630 56 5.5 2030 1910 2 2300 2250 64 6 2680 2520 2 3030 2980 72 6 3460 3280 2 3860 3800 80 6 4340 4140 1.5 4850 4800 90 6 5590 5360 2 6100 6020 100 6 6990 6740 2 7560 7470 110 2 9180 9080 Tabela 1 – dimensões padronizadas e área sob tensão 16 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s 3.2) Rosca Quadrada (transmissão) 17 Alguns exemplos de aplicação. UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s 3.3) ACME (a) Aplicação: Fusos 3.3) ACME stub (b) Aplicação: Fusos 3.2) Quadrada (c) (transmissão) 3.2) Quadrada (d) modificada 3.4) Apoio (e) Aplicação: Altas forças em uma direção 3. TIPOS DE ROSCA (cont.) 18 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s 3. TIPOS DE ROSCA 3.5) Whitworth 3.6) Redonda - Rosca 55º - Aplicação: Indústria em geral - Aplicação: 19 Acoplamentos de tubos, lâmpadas UNIVERSIDADEFEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s 4. DEFINIÇÕES H H 2 H 8 H 6 dd dmr Passo p 30 p 8 o H H 2 H 8 H 6 Passo p 30 p 8 o avanço = n x P m d tg ângulo de inclinação da rosca 20 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s 5. MATERIAIS E SIMBOLOGIA Os parafusos e porcas são normalmente selecionados baseado na resistência mecânica, vida, peso, resistência à corrosão, propriedades magnéticas, custo e etc. Os principais materiais são: - Aço - Ferro Fundido - Latão, etc. A resistência mecânica é especificada pelo grau ou classe do parafuso. As tabela 8-9, 8-10 e 8-11 fornecem o valor desta resistência. Simbologia: Classe 5 Classe 5.1 Classe 5.2 Classe 7 Classe 8 Classe 8.2 21 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s 6. PROCESSOS DE FABRICAÇÃO 6.1. Processos Manuais 1. Macho e “Cossinete” Machos “Cossinete” 22 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s 6. PROCESSOS DE FABRICAÇÃO 6.2. Processos Automáticos 1. Usinagem - Fresamento de roscas Fresamento de rosca interna Fresamento de rosca externa 23 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s 6. PROCESSOS DE FABRICAÇÃO 6.2. Processos Automáticos 1. Usinagem - Torneamento de roscas Detalhe da ferramenta para torneamento de rosca externa 24 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s 6. PROCESSOS DE FABRICAÇÃO 6.2. Processos Automáticos 1. Usinagem - Turbilhonamento de roscas 25 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s 6. PROCESSOS DE FABRICAÇÃO 6.2. Processos Automáticos 1. Usinagem – Retificação de roscas de precisão 26 Rebolo com filete simples Rebolo de forma UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s 6. PROCESSOS DE FABRICAÇÃO 6.2. Processos Automáticos 1. Usinagem – Rosqueamento com cabeçotes automáticos 27 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s 6. PROCESSOS DE FABRICAÇÃO 6.2. Processos Automáticos 2. Conformação 28 - Rolamento - Fresamento - Laminadora planetária UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s 7. PARAFUSO DE TRANSMISSÃO (de acionamento ou de potência) - Normalmente rosca quadrada ou quadrada modificada. - Transformar movimento angular em linear. - Permitem grandes reduções (sem-fim/coroa) - Pequenos deslocamentos (diferencial) Exemplos: - Fusos de máquinas operatrizes; - Máquinas de tração; - Máquinas elevadoras (“macaco” de automóvel); - Presilhas em “C”; 29 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s 7. PARAFUSO DE TRANSMISSÃO (de acionamento ou de potência) 7.1. Torque para elevar (Ts) e baixar (Td) uma carga F: F Carga a ser deslocada P Esforço necessário T Torque para elevar ou baixar P 2 m d PT 1. Rosca quadrada 30 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s 7. PARAFUSO DE TRANSMISSÃO (de acionamento ou de potência) P Subir: F N fa N Descer: P .dm P P .dm F P fa 31 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s F ℓ 0cossin0 NNPFH cossin NP 0sincos0 NNFFv sincos NF fa P N .dm 7. PARAFUSO DE TRANSMISSÃO (de acionamento ou de potência) Subir: 32 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s 7. PARAFUSO DE TRANSMISSÃO (de acionamento ou de potência) Subir: sincoscossin FP N :,cos sincos cossin vemFP m d tgmas tg tg FFP , 1 cos sin cos cos cos cos cos sin m m d d FP 1 33 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s 7. PARAFUSO DE TRANSMISSÃO (de acionamento ou de potência) F ℓ fa P N .dm Descer: 0sincos0 NNPFH sincos NP 0sincos0 NNFFv sincos NF 34 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s 7. PARAFUSO DE TRANSMISSÃO (de acionamento ou de potência) Descer: sincossincos FP N 1 m m d d FP Idem, Idem, idem... 35 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s 7. PARAFUSO DE TRANSMISSÃO (de acionamento ou de potência) 2 m d PT Torque necessário: m mm s d ddF T 2 Assim, para ELEVAR a carga F e vencer a componente do atrito, vem: Para BAIXAR a carga F, vem: m mm D d ddF T 2 ....(1) ...(2) 36 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a sI - P a ra fu s o s 7. PARAFUSO DE TRANSMISSÃO (de acionamento ou de potência) 2. Torque no “COLAR” - Tc 2 cc dmF Tc onde: dmc diâmetro médio do colar 37 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s 7. PARAFUSO DE TRANSMISSÃO (de acionamento ou de potência) 22 cC m mm s dmF d ddF T 22 cC m mm D dmF d ddF T Assim, o torque total é: 38 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s 7. PARAFUSO DE TRANSMISSÃO (de acionamento ou de potência) 3. Condição de auto-travamento: TD 0 m mm D d ddF T 2 0 D Tdm Se Não é necessário qualquer esforço para baixar a carga. Então, dm dm tg OBS.: determina a faixa de ângulos de inclinação dos parafusos = f(d, p, material) Eq. (2): 39 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s 7. PARAFUSO DE TRANSMISSÃO (de acionamento ou de potência) 4. Eficiência da transmissão - e: (subida) m mm s d ddF T 2 T0 = Ts, caso = 0 S T T e 0 2 0 F T S T F e 2 Assim, 40 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s 7. PARAFUSO DE TRANSMISSÃO (de acionamento ou de potência) 5. Rosca qualquer (métrica, whitworth, etc): 2sec sec 2 cC S dmF dm dmdmF T 2F F cos 41 Parafuso Porca UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s 8. TENSÃO NOS FILETES - Dimensionamento d dr h 1. Cisalhamento: A F - parafuso: 2 h dA rcis - porca: 2 h dA cis 42 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s 8. TENSÃO NOS FILETES - Dimensionamento hd F r p 2 hd F r 2 Substituindo, vem: OBS.: se parafuso e porca fabricados do mesmo material, dimensionar apenas o parafuso. rP 43 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s 8. TENSÃO NOS FILETES - Dimensionamento 2. Compressão: A F d dr p h ddA rcomp 22 4 Substituindo, vem: 22 4 r ddh pF 44 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s 8. TENSÃO NOS FILETES - Dimensionamento Assim, as tensões atuantes nos filetes de rosca dos parafusos são: 22 4 r ddh pF hd F r p 2 Compressão Cisalhamento 45 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s Exercício 1: Um parafuso de acionamento de rosca quadrada deve movimentar uma carga de 6670 N. As características do parafuso são: - passo [mm] = 3 - diâmetro nominal [mm] = 24 - diâmetro médio do colar [mm] = 40 - coeficiente de atrito: = c = 0.08 - material do parafuso e da porca: Aço médio carbono - Sut [MPa] = 550 - Sy [MPa] = 300 Pede-se: a) a profundidade, diâmetro médio e da raiz e o avanço do parafuso; b) o torque necessário para elevar e abaixar a carga; c) a altura máxima necessária à rosca; d) a potência necessária ao motor para que a altura de 2.4 m seja atingida em 20 s; e) a eficiência do parafuso. 46 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s 9. UNIÃO POR PARAFUSOS 47 Aplicações: Válvulas Vedação e selagem de tubulações: 1 2 45 o x + D/2 D dx x x UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s 9. UNIÃO POR PARAFUSOS Fi Fi Fi Fi Fi carga inicial de aperto 48 = comprimento da junta = 1 + 2 Parafuso Porca Elementos de Junta UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s 9. UNIÃO POR PARAFUSOS Fat P P PP FatFi P P PP Fi P P PP Fi Pb Pb Pb Pb Pm Pm Fi Fi Pm Pm 49 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s 9. UNIÃO POR PARAFUSOS P P Fi P Fat P Fat Fi Fi Pp Pp PpPp Pp PpPp Pp Fi carga inicial P carga externa atuante na junta Pb porção da carga P absorvida pelo parafuso Pm porção da carga P absorvida pela junta Fb carga total no parafuso (tração) Fm carga total na junta Fb = Pb + Fi Fm = Pm - Fi ...(1) ...(2) 50 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s 9. UNIÃO POR PARAFUSOS 9.1. Determinação das cargas Pb e Pm PbPmP EA F - Determinação das constantes Km e Kb: EAF K 4 2 Ed Kb p Área E d Kb 4 2 m b KmPm KbPb ...(3) 51 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s 9. UNIÃO POR PARAFUSOS - Determinação das constantes Km e Kb: EAF K Área sob tensão na junta (?) 45 d 3.d d 1 2 o x + D/2 dx x x Edd Km Área 229 4 Ed Km 22 52 UNIVERSIDADEFEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s 9. UNIÃO POR PARAFUSOS 9.1. Determinação das cargas Pb e Pm Obs.: 1. Se parafuso e porca fabricados do mesmo material Eb = Em Km = 8.Kb 2. Se elementos de junta fabricados com materiais diferentes .... 111 21 KKKm ..... 2 1 2 11 2 2 2 1 1 2 EdEdKm 53 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s 9. UNIÃO POR PARAFUSOS Fi Deformação F bm P (-) (+) b m P P b m S S p ut Km Kb Kb Pb B Km Pm M como mb Km Pm Kb Pb ...(4) (sem separação) 54 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s 9. UNIÃO POR PARAFUSOS Assim, PbPmP ...(3) Km Pm Kb Pb ...(4) Substituindo (3) (4), vem: KbKm KmP Pm KbKm KbP Pb Fb = Pb + Fi Fm = Pm - Fi ...(1) ...(2) Substituindo em (1) e (2), vem: Fi KbKm KbP Fb FiKbKm KmP Fm 55 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s 9. UNIÃO POR PARAFUSOS 9.2. Análise da carga inicial de aperto – Fi: 9.2.1. Torque inicial - Ti: 2sec sec 2 cc i dFi tgdm dmdmFi T dm tg e )( dm 2sec1 sec 2 cc i dFi tg tgdmFi T d dd d c 25.1 2 5.1 1 625.0 sec1 sec 2 k ci tg tg d dm dFiT Aço: dFikT i 1 15.0 c 208.01k 56 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s 9. UNIÃO POR PARAFUSOS 9.2.2. Carregamento estático: 9.2. Análise da carga inicial de aperto – Fi: FiPCbFbFi KmKb Kb PFb Cb PCbFi SyAtFi SyAtFiPCbn PnCbSyAtFi Não haver separação da junta Não haver ruptura do parafuso Coeficiente de segurança ≥ 1.5 (Recomendação 1) 57 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s 9. UNIÃO POR PARAFUSOS Tabela 8-11, pág. 446 Sut tensão de ruptura [MPa] Sy tensão de escoamento [MPa] Sp tensão de prova [MPa] – carga máxima sem deformação Classe Tamanho Tensão de Prova Sp [MPa] Tensão de Escoamento Sy [MPa] Tensão de Ruptura Sut [MPa] Material Marcação 4.6 M5 – M36 225 240 400 Baixo ou médio carbono 4.8 M1.6 – M16 310 340 420 Baixo ou médio carbono 5.8 M5 – M24 380 420 520 Baixo ou médio carbono 8.8 M16 – M36 600 660 830 Médio carbono, Q&T 9.8 M1.6 – M16 650 720 900 Médio carbono, Q&T 10.9 M5 – M36 830 940 1040 Baixo carbono, martensita Q&T 12.9 M1.6 – M36 970 1100 1220 Liga Q&T 4.6 4.8 5.8 8.8 9.8 10.9 12.9 58 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s 9. UNIÃO POR PARAFUSOS Sp Sy Sutx 1 xy máx yx 2 c Torção durante o aperto Após o aperto desaparecimento da torção Tabela 8-11, pág. 446 Sut tensão de ruptura [MPa] Sy tensão de escoamento [MPa] Sp tensão de prova [MPa] – carga máxima sem deformação Sp < Sy At Fp Sp FpFiFp 9.075.0 Recomendação 2: 59 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s 9. UNIÃO POR PARAFUSOS 9.2.3. Carregamento variável: 9.2. Análise da carga inicial de aperto – Fi: FiPCbFbPP FiFbP FiPCbFbFi KmKb Kb PFb máxmáxCb minmin 0 At Fi At PCb Fi PCbFiFiCbFbFb Fb At PCb At FbPCbFiFiCbFbFb Fb m mínmáx m a a mínmáx a 2222 2222 60 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s 9. UNIÃO POR PARAFUSOS 9.2.3. Carregamento variável: 9.2. Análise da carga inicial de aperto – Fi: Parafusos são fabricados com materiais de alta dureza (HB > 200) Goodman 1 t ma SuSe At PCb a 2 At Fi At PCb m 2 1 2 Se SuPnCb SuAtFi t t PnCbSyAtFi Recomendação 3: Recomendação 1: Utilizar O MENOR !! 61 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s 9. UNIÃO POR PARAFUSOS 9.3. Fadiga em Parafusos Se = ka x kb x kc x kd x ke x Se’ Se’ = [0.566 – 9.68 x 10-5 x Sut].Sut ka, kc, kd idem kb = 1 incluído em Se’ Processo de Fabricação Grau SAE Grau Métrico laminadas cortadas filetadas 0 a 2 3.6 a 5.8 2.2 2.8 2.1 4 a 8 6.6 a 10.9 3.0 3.8 2.3 Valores de kf* * 1 f k ke 62 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s 9. UNIÃO POR PARAFUSOS R Aprox. 1/64" K K Aprox. 1/64" R - Concentração de tensões no parafuso - Parafuso USINADO - Parafuso CONFORMADO 63 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s 9. UNIÃO POR PARAFUSOS 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0.0089.F 0.013.F 0.02.F 0.03.F 0.0452.F 0.0682.F 0.11F 0.151.F 0.227.F 0.34.F 82 .8 % 71 .8 % 56 .7 % 17 .2 % % de Carga Axial Número de filetes Distribuição de tensões nos filetes da rosca 64 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s 9. UNIÃO POR PARAFUSOS A união abaixo é realizada por parafusos hexagonais M14 x 2 x 70, classe 4.8, rosca grossa. Sabendo que parafusoe elementos de junta são fabricados do mesmo material e que a carga externa é de 6000 N por parafuso, determine: a) A carga inicial de aperto; b) O torque necessário para o aperto; c) As cargas totais no parafuso e junta. EXERCÍCIO 2 1 l2 Parafuso hexagonal M14 x 2 x 70 l l1 = l2 = 15 mm 65 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s 9. UNIÃO POR PARAFUSOS A figura abaixo mostra a seção de um vaso de pressão fabricado com ferro fundido BS-150 e fixado por parafusos hexagonais M16 x 2 x 60, classe 5.8, rosca grossa e conformada. Sabendo que a confiabilidade é 99%, a temperatura de trabalho é ambiente e a carga externa varia de 0 a 50000 N por parafuso, determine: a) O limite de resistência à fadiga; b) A força e o torque inicial de aperto; c) A margem de segurança utilizada no projeto. 20 20 Parafuso hexagonal M16 x 2 x 60 Ferro Fundido BS-150 66 EXERCÍCIO 3 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s 9. UNIÃO POR PARAFUSOS EXERCÍCIO 4 A figura abaixo mostra dispositivo de ancoragem (transporte) fixado a uma estrutura de aço. Sabendo que a carga externa varia de 8 a 40 kN, verifique a possibilidade de utilização de 1 parafuso hexagonal M10 x 1.5 x 100, classe 9.8, rosca grossa e usinada. Dados: confiabilidade 50% e temperatura de trabalho ambiente. F Parafuso hexagonal M10 x 1.5 x 100 67 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica E le m e n to s d e M á q u in a s I - P a ra fu s o s 9. UNIÃO POR PARAFUSOS O cilindro mostrado abaixo está submetido a uma pressão interna variada entre 0 e 10 MPa e é vedado por uma tampa fixada por N parafusos. Para os dados abaixo determine o número mínimo de parafusos hexagonais necessário à vedação. Dados: - confiabilidade 90% - temperatura de trabalho = 400oC. - parafuso hexagonal M16 x 2 x 80, classe 8.8, rosca grossa e usinada. - carga inicial: 59100 N - parafusos e elementos de junta fabricados em aço. - coeficiente de segurança: CSSe = 2 - diâmetro interno do cilindro: 100 mm EXERCÍCIO 5 68 l2 l3 Parafuso hexagonal M16 x 2 x 80 l1 l4 l F P
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