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AAssssununto:to: PaPararafufusoso dede PoPotêtêncnciaia
Referências:Referências:
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UNIVERSIDAUNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDDE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PERAL DO PARANÁ –ARANÁ – UTFPRUTFPR
CÂMPUS PCÂMPUS PAATO BRANCO –TO BRANCO – PRPR
DEPADEPARTRTAMENTO AMENTO DE ENGENHARIA DE ENGENHARIA MECÂNICAMECÂNICA
ELEMENTOS DE MÁQUINASELEMENTOS DE MÁQUINAS
PARAFUSO DE POTÊNCIA
São conhecidos como parafusos de avanço, são utilizados para converter movimento
rotacional em movimento linear em atuadores, máquinas de produção e macacos, entre várias
outras aplicações;
São capazes de produzir grande vantagem mecânica e, portanto, podem levantar e mover 
grandes cargas;
 Nesses casos, uma rosca muito forte  necessária. Embora as formas padrão serem adequadas
 para uso em fixadores, elas podem não ser fortes o suficiente para todas as aplicações
relacionadas ao uso de parafusos de potência. Outros perfis de rosca foram padronizados para
essas aplicações;
ROSCAS QUADRADA, ACME E DE BOTARÉU
 A   rosca quadrada   (Figuras a)   provê máxima eficiência e rigidez e tambm elimina
qualquer componente de força radial entre o parafuso e a porca. É mais difícil de ser cortada
devido  sua face perpendicular. Uma rosca quadrada modificada construída com um ângulo
de 10° melhora a fabricabilidade deste tipo de rosca;
 A rosca Acme  uma escolha comum para parafusos de potência que devem carregar cargas
em ambas as direções;
 A rosca Acme  (Figura b) possui um ângulo de 29°, mais fácil de fabricar. A rosca Acme
curta tambm está disponível com dentes de altura 0,3p ao invs do padrão de 0,5p. Tem a
vantagem de poder sofrer um tratamento trmico mais uniforme;
Se a   carga axial na rosca for unidirecional, a   rosca de botaréu  (Figura c)   pode ser 
ROSCAS QUADRADA, ACME E DE BOTARÉU
 A tabela abaixo mostra algumas das principais dimensões para roscas Acme padronizadas;
APLICAÇÃO DE PARAFUSOS DE POTÊNCIA
 A   figura abaixo   mostra uma forma de
aplicação. A porca  girada pela aplicação
de um torque T e o parafuso se move para
cima para   levantar a carga P   ou para
 baixo para   abaixa-lá. Deve haver algum
atrito na superfície de carga para evitar que
o parafuso rode com a carga
Outra forma de aplicação de parafusos de
 potência está em atuadores lineares, os
quais operam com o mesmo princípio,
como mostrado na figura ao lado, porm
motorizam a rotação da porca para
transladar o parafuso ou motorizam a
rotação do parafuso para transladar a
 porca, como mostrado na abaixo;
Se a rotação de entrada for fornecida por 
um Servo motor ou motor de passo em
combinação com um parafuso de avanço
 preciso, pode-se obter um posicionamento
ANÁLISE DE FORÇA E TORQUE
ROSCAS QUADRADAS
 A Figura b mostra o diagrama de corpo livre da mesma porca quando esta desliza plano
abaixo. A força de atrito, sempre se opõe ao movimento;
Uma rosca de parafuso  essencialmente um plano inclinado enrolado ao redor de um
cilindro de forma a criar uma hélice. Se desenrolássemos uma volta da hlice, esta pareceria
como se vê na Figura a, que mostra um bloco representando a porca enquanto escorrega pelo
plano inclinado acima no caso de uma rosca quadrada;
A inclinação do plano  chamada de ângulo de avanço λ;
(1)
ANÁLISE DE FORÇA E TORQUE
 No caso do levantamento da carga da Figura a, a soma das forças nas direções x e y :
Onde:
μ:   Coeficiente de atrito entre o
 parafuso e a rosca
As outras variáveis são mostradas na
Figura a
 A combinação dessas equações produz uma expressão para a Força F;
 O torque de parafuso Tsu necessário para levantar a carga ;
Dividindo o numerador e o denominador da Equação 5 por  (cos λ)  e substituindo o lado
direito da Equação 1 por  (tg λ), obtm-se o torque como uma função do avanço L em vez do
ângulo de avanço λ ;
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
ANÁLISE DE FORÇA E TORQUE
Esta expressão considera apenas a interface parafuso-porca de uma rosca quadrada, porm o
colar tambm contribui para o torque de atrito e tambm deve ser adicionado. O torque
requerido para girar o colar de empuxo e
 O torque total Tu para levantar a carga com uma rosca quadrada :
Onde:
dc:  o diâmetro mdio do colar axial e
μc:  o coeficiente de atrito no rolamento axial
 A mesma análise pode ser feita para o caso de abaixar a carga. Os sinais das forças aplicada e
de atrito mudam e o torque (Td) para abaixar a carga ;
(7)
(8)
(9)
ANÁLISE DE FORÇA E TORQUE
ROSCAS ACME
 A força normal entre o parafuso e a porca envolve dois ângulos com relação a dois planos, o
ângulo de avanço λ, e o ângulo α = 14,5° da rosca Acme, produzirá as seguintes expressões
 para os torques de levantamento e abaixamento da carga;
(10)
(11)
AUTOTRAVAMENTO E RETROACIONAMENTO DE PARAFUSOS DE POTÊNCIA
Refere -se  condição na qual um parafuso não pode ser girado pela aplicação de uma força
axial (não como um torque)  porca, independente da sua magnitude;
 A   condição de   autotravamento   de um   parafuso de potência ou   avanço    facilmente
 prevista se o coeficiente de atrito de uma junta parafuso-porca for conhecido;
Um parafuso autotravante suportará a carga sem aplicação de qualquer torque e sem a
necessidade de um freio para manter a carga no local;
 A   relação  entre o   coeficiente de atrito e o  ângulo de avanço  do parafuso determina a
condição de autotravamento. Um parafuso funcionará com autotravamento se;
OBS:   que essas relações supõem uma
condição estática de carregamento. A
 presença de qualquer vibração resultante de
carregamento dinâmico ou de outras fontes
 pode fazer com que um parafuso autotravante
desça. Qualquer vibração que cause
movimento entre o parafuso e a porca causará
inevitavelmente escorregamento para baixo
no plano de rosca.
(12)
(13)
EFICIÊNCIA DE PARAFUSOS
   A eficiência de qualquer sistema 
definida como a relação entre trabalho
de saída/trabalho de entrada;
 O trabalho produzido em uma volta  o
 produto da força pelo avanço:
 A eficiência ;
 A substituição da   Equação 10
(desconsiderando o termo de atrito de
colar) obtm-se;
   A eficiência  uma função apenas da
geometria do parafuso e do coeficiente
de atrito. Para uma rosca quadrada, α =
0 ;
  A expressão pode ser simplificada pela
substituição da Equação 1;
(14)
(15)
(16)
(17)  O trabalho feito sobre um parafuso de potência  o produto do torque e do
deslocamento angular (em radianos), o
qual para uma volta do parafuso igual a
(18)
(19)
EFICIÊNCIA DE PARAFUSOS
 A figura abaixo mostra curvas da função de eficiência para uma rosca Acme em um intervalo
de coeficientes de atrito, desconsiderando o efeito do atrito de colar. Quanto maior o
coeficiente de atrito, menor a eficiência esperada;
Observe que a eficiência  zero
quando o ângulo de avanço λ = 0,
 porque nenhum trabalho útil 
realizado para erguer a carga nessas
circunstâncias, mesmo que o atrito
esteja presente. A eficiência tambm
se aproxima de zero quando os
ângulos de avanço são altos porque
o torque está simplesmente
aumentando a força normal (e
 portanto o atrito) sem que nenhuma
componente útil rode a porca. A
eficiência total incluindo o atrito de
colar será́ menor que a mostradana
Figura 15-8
EFICIÊNCIA DE PARAFUSOS
 O maior problema dos parafusos de potência
convencionais que  a sua   baixa eficiência.
Roscas Acme padronizadas têm   ângulos de
avanço que   variam entre 2º e 5°, como
mostrado na tabela ao lado;
 A eficiência dos parafusos Acme padrão para
um coeficiente de atrito de  0,15 varia entre  18%
e 36%. Se o atrito de rosca puder ser reduzido,
aumentos significativos de eficiência podem ser 
obtidos;
PARAFUSOS DE ESFERAS
Uma redução significativa no atrito de rosca pode ser obtida com o uso de parafusos de
esferas, os quais utilizam um trem de esferas de rolamento na porca para criar condições
aproximadas de contato de rolamento com os filetes de rosca do parafuso, como mostrado na
figura abaixo;
   O pequeno atrito dos parafusos de esferas faz com que se possa acioná-lós por trás e,
 portanto, estes não são autotravantes. Neste caso, um freio deve ser utilizado para sustentar 
uma carga movida por um parafuso de esferas;
Parafusos de esferas podem ser utilizados para converter movimento linear em movimento
rotativo. Possuem uma capacidade de carga bastante alta, em geral maior que aquela de um
EXEMPLO