elementos fixação - parafusos, Notas de estudo de Engenharia Mecânica

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ELEMENTOS DE FIXAÇÃO ROSCADOS

Os parafusos são u�lizados tanto para manter coisas unidas, como no caso de parafusos de fixação, quanto para mover cargas, como nos casos dos chamados parafusos de potência, ou parafusos de avanço. Estudaremos estes dois �pos de aplicações.

Parafusos de fixação podem ser arranjados para resis�r a cargas de tração, de cisalhamento ou ambas. Exploraremos também a aplicação de pré-cargas em parafusos de fixação, as quais podem aumentar sensivelmente a sua capacidade de sustentar cargas.

FORMAS PADRONIZADAS DE ROSCAS:

O elemento comum entre os vários fixadores é a rosca. Em termos gerais, a rosca é um filete que faz com que o parafuso avance sobre o material ou porca quando rotacionado. As roscas podem ser externas (parafusos atarrachante) ou internas (porcas de furos roscados).

Após a Segunda Guerra Mundial, foram padronizados na Inglaterra, no Canadá e nos EUA no que hoje se conhece como série Unified Na�onal Standard (UNS). O padrão europeu é definido pela ISO e tem essencialmente a mesma forma da seção transversal da rosca, usamos, porém, dimensões métricas e, portanto, não é intercambiável com as roscas UNS.

UNS (americana) -> ângulo 60° -> fios por polegada

ISO (métrica) -> ângulo 60° -> passo em mm

Withworth -> ângulo 55° -> fios por polegada

O comprimento L da rosca é a distância que uma rosca avançará axialmente com a revolução da porca. Se for uma rosca simples (com uma entrada) o avanço irá igualar o passo. Parafusos podem ser feitos com roscas múl�plas, também chamadas de rosca de múl�plas entradas.

Avanço = Passo x Nº de entradas

As roscas múl�plas têm a vantagem de avançar mais rapidamente sobre a porca com capacidade de transmi�r maior potência. As rosca simples resistem mais à vibrações, resis�ndo mais ao afrouxamento.

Três séries padrão de famílias de diâmetro primi�vo são definidas para as roscas de padrão UNS, passo grosso (UNC), passo fino (UNF) e o passo extrafino (UNEF).

• Série grossa -> aplicações comuns que requerem repe�das inserções e remoções do parafuso ou onde o parafuso é rosqueado em material mole.
• Série fina -> mais resistentes ao afrouxamento decorrente de vibrações que as roscas grossas por causa de seu menor ângulo de hélice.

Com:

d = diâmetro externo

N = número de filetes por polegada

p = passo em milímetros

A tensão em uma barra rosqueada devido a uma carga axial de tração F, é então:

EXERCÍCIOS:

1. Verificar se um parafuso de aço SAE1030 com tensão admissível à tração de τ (^) T = 1200 kgf/cm² suporta uma carga de 150 kgf, onde:

diâmetro externo do parafuso = 5,00 mm

parafuso com rosca ISO de passo = 1,25 mm

resolução:

dp = d – 0,649519. p dp = 5 - 0,649519. 1,

dp = 4,19 mm

dR = d – 1,226869. p dR = 5 – 1,226869. 1,

dR = 3,47 mm

AT = 11,52 mm² => 0,1152 cm²

não suporta!

2. Verificar se um parafuso de aço SAE8640 com tensão admissível à tração de τ (^) T = 1200 kgf/cm² suporta uma carga de 350 kgf, onde:

diâmetro externo do parafuso = ½”

parafuso com rosca UNC (UNS grossa) de 13 fios por polegada

resolução:

AT = 0,9152 cm²

OK suporta!

d = 10,35 mm → d = 1,035 cm

UNC

3/8” → 16 → 09,52 mm

7/16” → 14 → 11,11 mm

1/2” → 13 → 12,70 mm

9/16” → 12 → 14,28 mm

Adoto rosca : 9/16” – 12 UNC – 2A

Verificando:

TENSÃO DE CISALHAMENTO

Um possível modo de falha por cisalhamento envolve o rasgamento de filetes da rosca tanto da porca quanto do parafuso. O que, se um ou outro desses cenários ocorrer, depende das resistências rela�vas dos materiais da porca e parafuso. Se o material da porca for mais fraco (como quase sempre ocorre), os seus filetes podem ser cortados ao longo do seu diâmetro maior. Se o parafuso é mais fraco, pode ter os seus filetes de roscas rasgados ao longo do seu diâmetro menor.

Se ambos os materiais possuem resistência idên�ca, o conjunto pode ser rasgado ao longo do diâmetro primi�vo. Em todo caso devemos supor algum grau de compar�lhamento da carga entre os filetes das roscas a fim de calcular as tensões.

Um modo de proceder consiste em considerar que uma vez que uma falha completa requer que todos os filetes da rosca sejam rasgados, estas podem ser consideradas como compar�lhando a carga igualmente. Essa hipótese é provavelmente válida, desde que a porca ou parafuso (ou ambos) seja dúc�l de modo a permi�r que cada rosca rasgue a medida que o conjunto começa a falhar. Contudo, se ambas as partes são frágeis (por exemplo, aços de alta resistência ou ferro fundido) e o ajuste dos filetes da rosca é pobre, podemos imaginar cada filete assumindo toda a carga por turnos até que haja fratura e o trabalho seja repassado para o próximo filete. A realidade está inserida nestes extremos. Se expressarmos a tensão sob cisalhamento em termos do número de filetes de rosca engajados, um julgamento deve ser feito em cada caso para determinar o grau de compar�lhamento de carga apropriado.

A área sob cisalhamento ou rasgamento A (^) S para um filete de rosca é a área do cilindro do seu diâmetro menor dR :

p → passo da rosca

Wi → fator que define a porcentagem do passo ocupado pelo metal no diâmetro menor

A área para um passo da rosca, ob�da a par�r desta equação pode ser mul�plicada por todos, por um ou alguma fração do número total de filetes de rosca engajados de acordo ao que julgar correto o proje�sta, sempre levando em conta os fatores discu�dos acima para cada caso em par�cular.

Para o rasgamento da porca no seu diâmetro maior, a área sob cisalhamento para um filete de rosca é:

p → passo da rosca

AS = π. 1,155. 0,8. 0,2 → AS = 0,581 cm²

2. Verificar se uma rosca UNC de 7/16” de diâmetro externo com 14 fios por polegada resiste a uma tensão de cisalhamento de rasgamento para uma carga de 350 kgf, sabendo que o material do parafuso é aço 1045 com uma τ (^) C = 800 kgf/cm².

d = 7/16” = 11,

p = 25,4/14 = 1,814 mm ou 0,1814 cm

Recalculando:

dR = 0,9596cm ou 9,596mm

dR = d – 1,299038. (25,4/fpp) → d = d R + 1,226869. (25,4/fpp)

d = 9,596 + 2,356 → d = 11,95mm

Normalizamos: ½” – 13 UNC – 2A

Verificamos:

dR = d – 1,299038. (25,4/fpp) → d = ½” ou 12,7mm

para UNC ½” a quan�dade fpp = 13 então p = 25,4/

dR = 12,7- 2,54 → dR = 10,16 mm ou 1,016cm

AS = π. 1,016. 0,8. 0,1953 → AS = 0,4987 cm²

• NORMALIZANDO: M14 x passo 2,

Elementos Fixação

PARAFUSOS

Professor Fiore

Construção de Máquinas I