Cálculo Simplificado de Parafusos

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1 INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SANTA CATARINA DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE METAL MECÂNICA CURSO TÉCNICO EM MECÂNICA Cálculo Simplificado de Parafusos Prof. Eng. Mec. Norberto Moro Téc. Em Mec. Charles Aguiar May FLORIANÓPOLIS junho de 2017

2 SUMÁRIO 1. PARAFUSO ROSCAS PASSO DA ROSCA ENTRADAS DAS ROSCAS DIREÇÂO DA ROSCA DIMENSIONAMENTO DO PARAFUSO CÁLCULO SIMPLIFICADO REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

3 SIMBOLOGIA A F M R Sg σ σadm σe Ø Área Força Momento Reação Coeficiente de Segurança Tensão Normal Tensão admissível Tensão de escoamento Somatório Diâmetro 3

4 1. PARAFUSO O que é: O parafuso é um elemento de ligação formada por um corpo cilíndrico, sendo cabeça (há parafusos sem) e rosca (há alguns com parte da haste sem rosca). Emprego: É empregado para fixação de peças variadas, de forma não permanente e que podem ser facilmente montadas e desmontadas. Classificação: Existem quatro grandes grupos de parafusos - Passantes, não passantes, de pressão e prisioneiros. Fabricação: são fabricados por conformação plástica (prensagem ou rolagem em matrizes abertas) ou por usinagem (torneamento ou fresamento). Passante: atravessam as peças e são fixos com porcas. Não passante: a fixação da rosca é feita numa das peças, sem a necessidade de porca. Pressão: a pressão é exercida pelas pontas dos parafusos contra a peça a ser fixada. Prisioneiros: são parafusos sem cabeça roscados em ambas pontas, para peças que exigem montagem e desmontagem frequentes. 4

5 Tipos: Ver tabela abaixo. Aplicações: Cabeça sextavada: usado com ou sem rosca, é aplicado para uniões que necessitam forte aperto (com chave de boca). Sextavado interno (Allen): é utilizado em uniões que necessitam forte aperto em locais com pouco espaço para manuseio de ferramentas. Sem cabeça e fenda/sextavado interno: é utilizado para travar elementos de máquinas não deixando saliências externas. 5

6 Cabeça escareada chata com fenda: é usado em montagens que não sofrem grandes esforços e cuja cabeça não pode exceder a superfície. Cabeça redonda com fenda: usado em montagens que não sofrem grandes esforços, proporcionando bom acabamento superficial. Cabeça cilíndrica com fenda: usado na fixação de elementos nos quais existe a possibilidade de se fazer um encaixe profundo para a cabeça do parafuso e bom acabamento superficial. Cabeça escareada boleada com fenda: usado na fixação de elementos com pouca espessura ficando a cabeça embutida. Rosca soberba (vários tipos de cabeça): usado em madeira e em peças de alvenaria (junto com buchas plásticas). 1.1 ROSCAS O tipo de rosca usada num parafuso irá determinar a sua aplicação. Veja os tipos na tabela abaixo. Parafusos e porcas de fixação na união de peças (ex.: peças e máquinas em geral). Fusos que transmitem movimento suave e uniforme (ex.: máquinas operatrizes). Parafusos de grandes diâmetros sujeitos a grandes esforços (ex.: equipamentos ferroviários). Fusos que sofrem grandes esforços e choques (ex.: prensas e morsas). Fusos que exercem grandes esforços num só sentido (ex.: macacos de catraca). 6

7 1.1.1 PASSO DA ROSCA O passo da rosca é a distância entre dois pontos de um filete ao correspondente do seu sucessor, ou seja, a cada uma volta do parafuso na porca, ele se desloca a distância em milímetros correspondente ao passo da roca. Exemplo: passo 1,25. A cada uma volta do parafuso na porca, ele se desloca 1,25mm. É definido a partir da aplicação do parafuso. Ele será: Grosso ou grande: quando necessitar-se de deslocamento com velocidade e/ou quando sob esforços muito significativos atuantes sobre o parafuso; Fino ou pequeno: quando necessitar-se de um deslocamento com precisão, ou seja, baixa velocidade e/ou quando sob esforços muito baixos atuantes sobre o parafuso. Os valores de passo para ser 1,5 ou 1,25 entre outros, estão amarrados ao diâmetro do parafuso, ou seja, são valores tabelados. Feito o cálculo do diâmetro, procura-se uma tabela e se verifica o passo a ser aplicado ao parafuso ENTRADAS DAS ROSCAS Existe roscas com mais de uma entrada para os filetes. Há parafusos de uma, duas e três entradas. Uma entrada: o avanço é igual ao passo. Duas entradas: o avanço é duas vezes o passo Três entradas: o avanço é três vezes o passo DIREÇÂO DA ROSCA As roscas podem ser fabricadas para dar aperto e soltura em dois sentidos, direita e esquerda. A rosca esquerda, a qual afrouxa-se para o sentido horário é empregada quando o elemento fixado tem uma alta vibração e gira no 7

8 sentido contrário ao aperto. Dito isso, opta-se por utilizar uma rosca invertida para que ao invés de afrouxar, apertar o parafuso ou elemento de fixação. 1.2 DIMENSIONAMENTO DO PARAFUSO Para dimensionar um parafuso é necessário tomar conhecimento de duas coisas: 1ª. Saber qual o material dos parafusos a ser usado, e o respectivo coeficiente de segurança; 2ª. Ter conhecimento das forças (perpendiculares tração) atuantes no parafuso CÁLCULO SIMPLIFICADO FCP = FPA(N), sendo: NºP FPC: força que atua em cada parafuso; FPA: força na placa a ; NºP: número de parafusos. 8

9 2-EXEMPLOS RESOLVIDOS 2.1Exemplo 1: Calcular o diâmetro dos parafusos que sustentarão as placas. Considerar material Aço ABNT 1020 LQ e SG=2. Ra=Rb=1t Tensão admissível: σadm = σe Sg = = 105MPa Placa A: FCP = FPA(N) NºP = = 5000N 2 σadm = FCP(N) A(mm 2 = 105 = = A = ) A 105 = 47,6mm² Ø = A(mm 2 ) 4 π = 47,6 4 π = 7,7mm 9

10 Placa B: FCP = FPB(N) NºP = = 2500N 4 σadm = FCP(N) A(mm 2 = 105 = = A = ) A 105 = 23,8mm² Ø = A(mm 2 ) 4 π = 23,8 4 π = 5,63mm Comercialmente utilizara-se parafusos M8 porque a diferença de preço entre os diâmetros calculados é mínima e sendo a favor da segurança e facilitar a manutenção. Dá-se a nomenclatura do parafuso por M8, onde: M: rosca métrica 8: diâmetro externo do parafuso em milímetro Sendo ela, quando não especificada, rosca triangular de passo x. 2.2 Exemplo 2: 10

11 Calcular o diâmetro dos parafusos que sustentarão as placas. Considerar material Aço ABNT 1020 LQ e SG=2. Fy= 0 RA+RB-4t= 0 Fy= 0 RA+RB= 4t Ma=0 4.2 RB.6 =0 Ma=0 8 RB6= 0 Ma=0 RB6= 8 Ma=0 RB= 8 6 = 1,33t Fy= 0 RA+1,33= 4t Fy= 0 RA=4t 1,33t Fy= 0 RA= 2,67t Tensão admissível: σadm = σe Sg = = 105MPa Placa A: FCP = FPA(N) NºP = = 6675N 4 σadm = FCP(N) A(mm 2 = 105 = = A = ) A 105 = 63,57mm² Ø = A(mm 2 ) 4 π = 63,57 4 π 9mm Placa B: FCP = FPB(N) NºP = = 6650N 2 11

12 σadm = FCP(N) A(mm 2 = 105 = = A = ) A 105 = 63,33mm² Ø = A(mm 2 ) 4 π = 63,33 4 π 9mm 2.3Exemplo 3: Calcular o diâmetro dos parafusos que sustentarão as placas. Considerar material Aço ABNT 1020 LQ e SG=2. Fx= 0 RAx RBx = 0 Fx= 0 Fx= 0 Fx= 0 RAx = RBx Cos30. RA = Cos60. RB 0,86. RA = 0,5. RB Fx= 0 RA = 0,5RB 0,86 = 0,58RB Fy= 0 RAy + RBy 10t = 0 Fy= 0 RAy + RBy = 10t Fy= 0 Sen30. RA + Sen60. RB = 10t Fy= 0 0,5. (0,58RB) + 0,86. RB = 10t Fy= 0 0,29RB + 0,86RB = 10t Fy= 0 1,15RB = 10t Fy= 0 RB = 10 1,15 = 8,6t 12

13 Fy= 0 RA = 0,58. 8,6 = 4,9t RAy(FPA) = RA. Sen30 RAy(FPA) = 4,9.0,5 = 2,45t RBy(FPB) = RB. Sen60 RBy(FPB) = 8,6.0,86 = 7,39t Tensão admissível: σadm = σe Sg = = 105MPa Placa A: FCP = FPA(N) NºP = = 8166,66N 3 σadm = FCP(N) 8166,66 A(mm 2 = 105 = = A = 8166,66 = 77,77mm² ) A 105 Ø = A(mm 2 ) 4 π = 77,77 4 π 10mm Placa B: FCP = FPB(N) NºP = = 18475N 4 σadm = FCP(N) A(mm 2 = 105 = = A = ) A 105 = 175,95mm² Ø = A(mm 2 ) 4 π = 175,95 4 π 15mm 13

14 2.4Exemplo 4: Calcular o diâmetro dos parafusos que sustentarão as placas. Considerar material Aço ABNT 1020 LQ e SG=2. Representação da força na placa B, fisicamente: Placa B: FCP = FPB(N) NºP = = 50000N 2 σadm = FCP(N) A(mm 2 = 105 = = A = ) A 105 = 476,19mm² 14

15 Ø = A(mm 2 ) 4 π = 476,19 4 π 25mm Representação da força na placa A, fisicamente: Placa A: FCP = FPA(N) NºP = = 16666,66N 3 σadm = FCP(N) 16666,66 A(mm 2 = 105 = = A = 16666,66 = 158,73mm² ) A 105 Ø = A(mm 2 ) 4 π = 158,73 4 π 15mm 3-EXERCICIOS 15

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22 4. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Elementos de Máquinas. Parte II Características dos Elementos. Eng. Mec. Norberto Moro e Téc. Em Mec. André Paegle Auras. Santa Catarina: IFSC application/how-to-apply 22