Aula 1 - Aluno - Parafusos

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AULA 1 
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LEONARDO COUTINHO 
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MATÉRIA: 
ELEMENTOS DE MÁQUINAS II 
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Fevereiro/2019 
UNIDADE: 
UGB - FERP 
Data Término: 
Fevereiro/2019 
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Introdução + Parafusos 
 
AS INFORMAÇÕES DESTE DOCUMENTO SÃO PROPRIEDADE DE LEONARDO COUTINHO, SENDO PROIBIDA A UTILIZAÇÃO FORA DA SUA FINALIDADE. 
CONFIABILIDADE E SEGURANÇA GARANTEM AS METAS DE ENSINO E PRODUÇÃO 
 
1. EXEMPLO DE INTEGRAÇÃO DE ELEMENTOS DE MÁQUINAS 
Sistema: transmissão 
Subsistema: redutor 
Componentes: engrenagens, rolamentos, etc. 
 
 
 
2. CÁLCULOS DE PROJETO 
A fim de preparar um registro cuidadoso de projeto, costuma-se passar pelas seguintes etapas: 
 
 Identificar o elemento de máquina que está sendo projetado e a natureza do cálculo de projeto. 
 Fazer um croqui do elemento, mostrando todas as características que afetam o desempenho ou a análise 
de tensão. 
 Mostrar, em um esboço, as forças que agem sobre o elemento e fornecer outros desenhos para esclarecer 
a situação física real. 
 Identificar o tipo de análise a ser realizada, tal como tensão por flexão, deflexão de uma viga, flambagem 
de uma coluna etc. 
 Escrever as fórmulas a serem usadas em forma simbólica e indicar com clareza os valores e as unidades 
das variáveis envolvidas. 
 Resolver cada fórmula para a variável desejada. 
 Inserir dados, verificar unidades e realizar cálculos. 
 
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 Avaliar a razoabilidade do resultado. 
 Se o resultado não for razoável, alterar as decisões de projeto e recalcular. 
 Quando um resultado razoável e satisfatório for obtido, especificar os valores finais para todos os 
parâmetros importantes do projeto utilizando tamanho-padrão, dimensões convenientes, materiais 
facilmente disponíveis etc. 
 
3. OBJETIVO 
Demonstrar a importância do conhecimento sobre parafusos e o que a sua tecnologia de engenharia 
promeve nos projetos mecânicos. O propósito do parafuso é travar duas ou mais partes juntas. A carga de 
travamento estica ou alonga o parafuso; a carga é obtida ao torcer a porca até que o parafuso se alongue quase 
até o seu limite elástico. 
Se a porca não se afrouxar, a tensão do parafuso permanece como a pré-carga ou força de travamento. Ao 
apertar, o executante deve, se possível, segurar a cabeça do parafuso estacionário e torcer a porca, desta 
maneira a haste do parafuso não sentirá o torque de atrito de rosca. 
Três outros estilos comuns de cabeça de parafusos com rosca até a cabeça são mostrados na figura abaixo: 
 
 
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Uma variedade de estilos de cabeça de parafusos de máquinas é mostrado na figura abaixo: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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4. PADRÕES DE ROSCAS E DEFINIÇÕES 
 O diâmetro maior d é o maior diâmetro de uma rosca de parafuso 
 O diâmetro menor (ou de raiz) dr é o menor diâmetro de uma rosca de parafuso; 
 O diâmetro de passo dp é um diâmetro teórico entre os diâmetros maior e menor; 
 O avanço l, não mostrado, é a distância em que a porca se move paralelamente ao eixo do parafuso 
quando a porca dá uma volta. Para rosca única, conforme figura abaixo, o avanço é o mesmo que 
o passo. 
 
 Todas as roscas são feitas de acordo com a mão direita, a menos que o contrário seja indicado; 
 Na figura abaixo têm-se o perfil básico para as roscas métricas M e MJ onde p = passo e 
3
2
H p
 
 
 
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As tabelas abaixo serão úteis na especificação e projetos de peças rosqueadas. Perceba que o 
tamanho da rosca é especificado ao fornecer o passo p para tamanhos métricos e ao fornecer o número 
de roscas N por polegada para tamanhos unificados. 
Duas séries principais de roscas unificadas estão em uso corrente: UN e UNR. A diferença entre elas 
é simplesmente que a série UNR deve ser usado o raio de raiz. Por causa dos fatores de concentração de 
tensão reduzidos em roscas, as roscas da série UNR têm resistência a fadiga melhorada. Roscas 
unificadas são especificadas ao se declarar o diâmetro nominal maior, o número de roscas por polegadas 
e as séries de roscas, por exemplo 5/8” – 18 UNRF ou 0,625” – 18 UNRF. 
As roscas métricas são especificadas escrevendo-se o diâmetro e o passo em milímetros, nessa 
ordem. Assim, M12 x 1,75 é uma rosca com diâmetro nominal maior de 12 mm e um passo de 1,75 mm. 
Perceba que a letra M, que antecede o diâmetro, é o indicativo para a designação métrica. 
 
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CONFIABILIDADE E SEGURANÇA GARANTEM AS METAS DE ENSINO E PRODUÇÃOOlhando para a figura acima, o comprimento de rosca ideal para o parafuso é dados pelas relações 
abaixo em que D é o diâmetro nominal para polegadas e milímetros respectivamente. 
: 
 
Nota: o comprimento ideal de parafusos é aquele no qual somente uma ou duas roscas se projetam 
da porca depois que ela é apertada. Para prevenir contra rebarbas e arestas afiadas no momento da 
execução do processo de furação, deve-se utilizar de arruelas sob a cabeça dos parafusos. Elas devem 
ser de aço endurecido e colocadas com o parafuso, de modo que a borda arredondada do furo estampado 
encontre a face da arruela do parafuso. Às vezes, é necessário usar arruelas sob a porca também. 
 
5. ELEMENTOS DE FIXAÇÃO ROSCADOS - PARAFUSOS 
Amplamente utilizados se comparados a qualquer outro tipo de união. Conforme a DIN 931, o 
número gravado geralmente na superfície superior da cabeça do parafuso, indica sua resistência. 
Logo, quanto maior for o número gravado, maior será a resistência a tração do parafuso. Caso 
venhamos a selecionar dois parafusos M10, com classes diferentes,consequentemente, teremos 
diferentes resistências. 
 
 
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3.1 Interpretação da numeração na cabeça do parafuso 
 
 
 Se um parafuso em sua cabeça a inscrição 8.8 interpretamos da seguinte forma: o “primeiro” oito 
representa 800 N/mm² mínimo de resistência a tração; o “segundo oito”, na verdade .8, quer dizer 80% 
da tração = limite de escoamento de 640 N.mm² 
 
Nota 1: Quanto menor for a classe de resistência do parafuso, maior será a sua ductilidade, porém 
menor será a sua capacidade de gerar força. Quanto maior for a classe de resistência do parafuso, 
menor será a sua ductilidade, porém maior será a sua capacidade de gerar força. 
 
Nota 2: Esta resistência determina a aplicabilidade do parafuso quanto à responsabilidade. 
Equipamentos que sofrem vibrações, tração, torção e outras forças, não podem usar parafusos e porcas 
com baixo grau de resistência. Exemplo: As sapatas de um trator de esteira, que sofrem diversas cargas, 
inclusive de torção e impacto (com o solo, podendo ser rochas) devem usar parafusos 12.9. 
 
Nota 3: projetistas mais críticos conservam cadernos com anotações específicas sobre determinados 
tipos de conectores. Os métodos de união de peças são extremamente importantes nos projetos de 
engenharia com qualidade, e é necessário ter uma compreensão abrangente sobre o desempenho de 
conectores e juntas sob todas as condições de uso do projeto. 
 
 
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6. MÉTODOS DE FURAÇÃO E ABERTURA DE ROSCA PARA PARAFUSOS 
 
6.1 Desandador 
Instrumento utilizador para imprimir aos machos e cossínetes movimenta de rotação para 
permitir ao mesmo desempenhar suas funções, ou seja, abrir roscas. Os desandadores variam de formato, 
pois difere conforme a ferramenta, macho,cossinete ou alargador manual. Os desandadores para machos 
podem ser fixos (com bitolas definidas) ou ajustáveis segundo o bitolado do macho. Os desandadores 
para cossinete variam de acordo com o diâmetro externo deste e tem um ou três parafusos para ajustar 
o diâmetro da rosca. Normalmente os modelos de desandadores são providos de cabos recartilhados, 
para facilitar a sua manipulação. 
 
 
 
 
 
6.2 Machos 
 
São ferramentas de aço rápido ou aço carbono temperado, tem o formato de um parafuso com 
vários canais longitudinais para permitir as saídas de aparas no ato do corte, sua ponta é cônica para 
facilitar a penetração no furo a ser aberta a rosca. Utiliza-se o macho para abrir roscas internas. Os 
machos são em número de três, ao conjunto dos três machos chamamos de temo de macho (para tubos 
são utilizados apenas 2 machos). Na abertura de roscas iniciamos com o macho N.° 1 que tem a 
extremidade da ponta a conicidade mais acentuada, em seguida passamos o N.° 2 que é o intermediário 
e para o acabamento final da operação o macho de N.° 3 que praticamente não tem conicidade na ponta. 
 
 
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 Machos 
 
 
Aplicação do desandador com macho 
 
 
 
 
 
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7. FORMULÁRIO 
3
32( )
.
t nf
s
r
T T
d




 
2
4.
.
b
t
r
F
d



 
3.
. . .
b
tr máx
r e
F
d p n



 
 
2
12. ( )
. .
b p r
b
r e
F d d
d N p




 
. 1 .m mb b b
b b
k k
P P P P
k k
 
    
 
 
 
 
s 
tensão de cisalhamento torcional 
 
t 
tensão trativa direita 
 
bF 
força trativa (lbf) 
 
tr máx  
tensão cisalhante transversal 
 
tT 
torque de aperto para produzir a pré carga desejada (lbf.in) 
 
nfT 
torque para vencer a fricção na face de contato da porca (se girada) ou na cabeça (se 
girada) em lbf.in 
 
rd 
diâmetro da raiz da rosca (in) 
 
p 
passo da rosca (in) 
 
en 
número efetivo de roscas na zona de contato que sustentam a carga do parafuso 
 
pd 
diâmetro primitivo (diâmetro médio) da rosca do parafuso (in) 
 
tb 
tensão trativa direta no corpo 
 
b 
tensão cisalhante no corpo 
 
sF 
força cisalhante no parafuso (lbf) 
 
mF 
força nos componentes unidos (lbf) 
 
P 
carga (lbf) 
 
bk 
 rigidez axial no parafuso 
 
mk 
 rigidez axial nos componentes unidos 
 
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.bb b i i
b m
k
F P F P F
k k
 
     
 Força resultante no parafuso (tração) 
.mm m i i
b m
k
F P F P F
k k
 
     
 
Força resultante nos componentes unidos (compressão) 
iF 
pré carga axial (assumirá 
iF
 nos componentes unidos) 
 
8. EXERCÍCIO DIRIGIDO 
Uma união aparafusada foi apertada pela aplicação de um torque à porca para induzir uma pré-carga 
axial inicial de Fi = 1000 lbf no parafuso de aço 3”/8 – 16 UNC Grau 1. A força externa (de separação) 
na montagem aparafusada deve ser P = 1200 lbf. Os flanges fixadores da carcaça de aço, cada um com 
0,75 polegadas de espessura, foram estimados para ter uma rigidez axial 3 vezes maior que a rigidez do 
parafuso na direção axial. 
a) Encontre a tensão resultante no parafuso e a compressão nos componentes de aperto quando a 
carga externa de 1200 lbf é totalmente aplicada à união pré-carregada; 
b) Os componentes se separarão ou permanecerão em contato sob a carga total? 
 
Notas: para solucionar este tipo de problema real você tem que ter nas mãos as seguintes 
ferramentas de cálculo 
 
 
 
 
 
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RESOLUÇÃO 
a) 
.bb b i i
b m
k
F P F P F
k k
 
     
 
.1200 1000 0,25(1200) 1000 1300
3
b
b b
k
k k
 
    
 
lbf 
b) 
.mm m i i
b m
k
F P F P F
k k
 
     
 
3
.1200 1000 0,75(1200) 1000 100
4
b
b
k
k
 
     
 
lbf 
c) Uma vez que permanece uma força compressiva nos componentes fixados, eles não se separam 
sob a aplicação da carga operacional de 1220 lbf. 
 
 
 
 
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9. EXERCÍCIOS 
1) A Figura mostra um parafuso de aço ½”- 13UNC classe 5 carregado por duplo cisalhamento (isto é, o 
parafuso possui dois planos de cisalhamento, conforme mostrado). As placas unidas são de aço e possuem 
superfícies limpas e secas. O parafuso deve ser apertado por uma chave de torção até atingir sua carga de 
prova; isto é, 
.i p tF A
. Qual é o valor da força F que a união é capaz de suportar? 
 
 
2) Um olhal de içamento deve suportar uma carga estática vertical de 50 kN, e deve ser fixado por 4 parafusos 
conforme mostrado abaixo. Selecione parafusos métricos (ISO 8.8) rosca grossa para a fixação do olhal. Utilize 
FS = 3 e considere a carga de prova do parafuso Sp = 600 MPa (resistência) 
 
 
 
 
 
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10. ANEXO - TABELAS 
8.1 – Dimensões de parafusos de porca quadrada e hexagonal 
 
 
 
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8.2 Dimensões de parafusos de cabeça hexagonal de haste totalmente roscada e parafusos 
hexagonais de serviços pesados (W = largura entre superfícies planas paralelas; H = altura da 
cabeça.) 
 
Nota: recorrer ao desenho da figura da tabela 8.1 
 
 
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8.3 Dimensões de porcas hexagonais 
 
 
 
 
 
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8.4 Dimensões básicas de arruelas planas do padrão americano (todas as dimensões em polegadas) 
 
N = estreita; W = larga; use W quando não especificado 
 
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8.5 Dimensões de arruelas planas métricas (todas as dimensões em milímetros) 
 
N = estreita; R = regular; W = larga 
*Mesmas medidas dos parafusos e parafusos de porca 
 
 
AULA 1 
Nº: 
APRESENTAÇÃO 
PROFESSOR: 
LEONARDO COUTINHO 
FOLHA: 
21 de 21 
MATÉRIA: 
ELEMENTOS DE MÁQUINAS II 
Data Início: 
Fevereiro/2019 
UNIDADE: 
UGB - FERP 
Data Término: 
Fevereiro/2019 
Conteúdo da Matéria 
 
Introdução + Parafusos 
 
AS INFORMAÇÕES DESTE DOCUMENTO SÃO PROPRIEDADE DE LEONARDO COUTINHO, SENDO PROIBIDA A UTILIZAÇÃO FORA DA SUA FINALIDADE. 
CONFIABILIDADE E SEGURANÇA GARANTEM AS METAS DE ENSINO E PRODUÇÃO 
 
8.6 Dimensões de roscas unificadas normalizadas