Apostila elem, Notas de estudo de Engenharia de Manutenção

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Prof. Gil Magno P. Chagas

Jaraguá do Sul, 2009 3ª edição

SUMÁRIO

• 1 – Introdução .........................................................................................................................
• 2 - Parafusos ...........................................................................................................................
• 3 - Pinos e Contrapinos ..........................................................................................................
• 4 - Anéis Elásticos ...................................................................................................................
• 5 - Chavetas .............................................................................................................................
• 6 - Cabos de Aço .....................................................................................................................
• 7- Molas ...................................................................................................................................
• 8 – Mancais .............................................................................................................................
• 9 – Sistemas de Transmissão ..............,,,................................................................................
• 10 – Polias e Correias .............................................................................................................
• 11 – Eixos e árvores ................................................................................................................
• 12 - Acoplamentos...................................................................................................................
• 13 – Engrenagens ...................................................................................................................
• 14 - Anexo / Tabelas................................................................................................................

2 - Parafusos

ROSCAS

Rosca é um conjunto de filetes em torno de uma superfície cilíndrica interna ou externa.

As roscas permitem a união e desmontagem de peças.

Permitem, também, movimento de peças, transformando movimento rotativo em linear.

O parafuso que movimenta a mandíbula móvel da morsa também é um exemplo de movimento de peças.

Os filetes das roscas apresentam vários perfis. Esses perfis, sempre uniformes, dão nome às roscas e condicionam sua aplicação.

Sentido de direção da rosca

Dependendo da inclinação dos filetes em relação ao eixo do parafuso, as roscas ainda podem ser direita e 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 a figura.

Na rosca esquerda, o filete sobe da esquerda para a direita, conforme a figura.

Nomenclatura da rosca

Independentemente da sua aplicação, as roscas têm os mesmos elementos, variando apenas os formatos e dimensões.

Ângulo do perfil da rosca: α = 60º. Diâmetro menor do parafuso (núcleo): d1 = d - 1,2268P. Diâmetro efetivo do parafuso (médio): d2 = D2 = d - 0,6495P. Folga entre a raiz do filete da porca e a crista do filete do parafuso: f = 0,045P. Diâmetro maior da porca: D = d + 2f: Diâmetro menor da porca (furo): D1 = d - 1,0825P; Diâmetro efetivo da porca ( médio): D2 = d2. Altura do filete do parafuso: he = 0,61343P. Raio de arredondamento da raiz do filete do parafuso: rre = 0,14434P. Raio de arredondamento da raiz do filete da porca: rri = 0,063P.

Rosca Polegada Whitworth

No sistema whitworth, as medidas são dadas em polegadas. Nesse sistema, o filete tem a forma triangular, ângulo de 55º, crista e raiz arredondadas. O passo é determinado pelo número de filetes contidos em uma polegada.

Ex: Passo =12 fios/ polegada

No sistema whitworth, a rosca normal é caracterizada pela sigla BSW (British Standard Whitworth - padrão britânico para roscas normais). Nesse mesmo sistema, a rosca fina é caracterizada pela sigla BSF (British Standard Fine – padrão britânico para roscas finas).

Rosca Polegada Padrão UNS (Unified National Standard)

Este sistema padronizou e unificou as roscas na Inglaterra, Estados Unidos e Canadá, as medidas são expressas em polegadas. O filete tem a forma triangular, ângulo de 60º, crista plana e raiz arredondada.

Nesse sistema, como no whitworth, o passo também é determinado pelo número de filetes por polegada.

A rosca normal é caracterizada pela sigla UNC, e a rosca fina pela sigla UNF.

Ex: Rosca 20 4

x UNC ( significa rosca com diâmetro ¼”, com 20 fios por polegada, normal)

Exemplo de cálculo de rosca triangular métrica

Rosca métrica normal

Exemplo - Calcular o diâmetro menor de um parafuso (d1) para uma rosca M10, com diâmetro externo (d) de 10 mm e passo (p) de 1,5 mm.

Cálculo: d1 = d - 1,2268 · P Substituindo os valores dessa fórmula: d1 = 10 - 1,2268 · 1, d1 = 10 - 1, d1 = 8,16 mm

Portanto, o diâmetro menor da rosca é de 8,16 mm.

PARAFUSOS

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 mantêm unidas.

Os parafusos se diferenciam pela forma da rosca, da cabeça, da haste e do tipo de acionamento.

As distâncias mínimas entre parafusos podem ser feitas utilizando as recomendações de projeto de juntas, que são:

Exercícios

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.

Parafusos prisioneiros

São parafusos sem cabeça com rosca em ambas as extremidades, sendo recomendados nas situações que exigem montagens e desmontagens freqüentes.

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.

Para fixarmos o prisioneiro no furo da máquina, utilizamos uma ferramenta especial.

Caso não haja esta ferramenta, improvisa-se um apoio com duas porcas travadas numa das extremidades do prisioneiro.

Após a fixação do prisioneiro pela outra extremidade, retiram-se as porcas.

A segunda peça é apertada mediante uma porca e arruela, aplicadas à extremidade livre do prisioneiro.

2.d 3.d 2.d

d

2. d

3.d

2. d

Tipos de Parafusos

Os tipos de parafusos variam conforme as características da cabeça, do corpo e do tipo de atarraxamento. Segue uma tabela com os principais tipos de parafusos:

Representação de Parafusos em Desenho Técnico

Na representação do desenho, as medidas do parafuso são calculadas em função do seu diâmetro, e a rosca é representada de forma simplificada por uma linha, da seguinte forma:

Para um parafuso sextavado:

Para um parafuso cabeça cilindrica com sextavado interno:

Em que: 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.

Para um parafuso de cabeça escareada chata com fenda:

Classe de Resistência dos Parafusos

As classes de resistência dos parafusos estão normalmente Impressas na cabeça do parafuso , e são definidas e normalizadas de acordo com a norma NBR 8855 -Propriedades Mecânicas de Elementos de Fixação – Parafusos.

Classe ABNT Diâmetro Nominal (mm)

Resistência mínima de prova σσσσ ( N/mm^2 ) = (MPa)

Material

4.6 5 a 36 mm 225 Aço Baixo Carbono 4.8 1,6 a 16 mm 310 Aço Baixo Carbono 5.8 5 a 24 mm 380 Aço Médio Carbono 8.8 1,6 a 36 mm 600 Aço Médio Carbono com Tratamento Térmico 9.8 1,6 a 16 mm 650 Aço Médio Carbono com Tratamento Térmico 10.9 5 a 36 mm 830 Aço Médio carbono com Tratamento Térmico 12.9 1,6 a 36 mm 970 Aço liga com Tratamento Térmico

A resistência de prova é a resistência máxima do parafuso, sem receber deformação permanente, ou seja, sem sofrer escoamento. Esta resistência é obtida com testes reais em parafusos.

Em uma união parafusada, a porca deve ter a mesma classe do parafuso.

Cálculos de parafusos submetidos à tração:

Tensão Admissível σσσσ adm

Para o dimensionamento do parafuso é necessário utilizar um fator de segurança , isto é feito calculando a tensão admissível, que é o valor limite de resistência do parafuso com segurança.

Para um parafuso submetido à tração:

F. S.

prova adm

σ σ =

Onde: F.S. = Fator de Segurança

σprova = Resistência de prova do parafuso.

Para parafusos submetidos ao cisalhamento duplo ,

Neste caso tem-se duas áreas simultâneas de cisalhamento do parafuso ( seção AA e BB), então faz-se a área do parafuso vezes dois, da seguinte forma:

Em que: τadm = Tensão admissível de cisalhamento em [N/mm^2 ] F = Força aplicada [ N] A = Área da seção transversal menor do parafuso [mm^2 ] d = diâmetro do parafuso [mm]

Cuidados ao utilizar parafusos submetidos ao cisalhamento:

Fazer um ajuste com pequena folga entre o corpo do parafuso e o furo de passagem, evitando assim que o parafuso sofra flexão.
O corpo do parafuso não deverá ter rosca na região de cisalhamento (entre as duas peças), devido à rosca ser uma região de concentração de tensão.

Torque de aperto de parafusos.

Muitas vezes uma máquina tem os parafusos apertados com o torque controlado com torquímetro, como motores a combustão, estruturas, flanges.

Nesse caso, a relação entre o torque e a força de aperto do parafuso, para parafusos em bom estado, segundo Shigley é:

MT = 0,2 x Fi x d

τadm cis = F_ 2 A

A = π d^2 4

Em que: MT = Torque em [ N.m] d = diâmetro nominal do parafuso em [ m] Fi = Força de aperto do parafuso em [ N ]

A força de aperto Fi recomendada para parafusos que podem ser desmontados, pode atingir 75% da resistência de prova, sem o coeficiente de segurança. Nesse caso considera-se que se o parafuso não romper durante o aperto, dificilmente irá romper em trabalho.

A força de aperto máxima do parafuso na peça Fi é calculada por:

Fi = 0,75 x σprovax A

Em que: σprova = resistência/tensão de prova do parafuso, tabelado [N/mm^2 ] A = Área menor da seção do parafuso. [mm]

EXERCÍCIOS

1. O conjunto representado na figura é fixado por 1 parafuso M12 classe 8.8.

F

2. Uma união é fixada por 1 parafuso sextavado classe 5.8 com corpo liso na região cisalhante, conforme figura.

a) Qual a força F máxima aplicada com segurança no parafuso Dado: Fator de Segurança = 2.

a) Calcular o diâmetro do parafuso para suportar a força, com um fator de Segurança = 2,

F=30 KN

F

3 – Pinos e Contrapinos

Os pinos e cavilhas têm a finalidade de alinhar ou fixar os elementos de máquinas, permitindo uniões mecânicas, ou seja, uniões em que se juntam duas ou mais peças, estabelecendo, assim, conexão entre elas.

As cavilhas, também, são chamados pinos estriados, pinos entalhados, pinos ranhurados ou, ainda, rebite entalhado. A diferenciação entre pinos e cavilhas leva em conta o formato dos elementos e suas aplicações. Por exemplo, pinos são usados para junções de peças que se articulam entre si e cavilhas são utilizadas em conjuntos sem articulações; indicando pinos com entalhes externos na sua superfície. Esses entalhes é que fazem com que o conjunto não se movimente. A forma e o comprimento dos entalhes determinam os tipos de cavilha.

Pinos e cavilhas se diferenciam pelos seguintes fatores:

utilização
forma
tolerâncias de medidas
acabamento superficial
material
tratamento térmico

Pinos

Os pinos são usados em junções resistentes à vibrações. Há vários tipos de pino, segundo sua função.