Juntas e Parafusos
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Elementos de fixao
1
Aula 8
Projeto de juntas e parafusos
Elementos de mquinas 2 Juntas e parafusos
Autor: Prof. Marcos Souza Lenzi
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Elementos de fixao
Rebites, parafusos, porcas, arruelas, anis elsticos, etc.
Rebite Parafuso Porca
Anel elsticoArruela
Elementos de mquinas 2 Juntas e parafusos
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3
Juntas e Parafusos: introduo
Dentre os elementos de mquinas, o parafuso o que se utiliza com
maior frequncia:Os parafusos so empregados sob vrias formas:
Parafusos de fixao, para junes desmontveis;
Parafusos obturadorespara abrir / tampar orifcios;
Parafusos de potncia (ou parafusos de avano), que transmitemgrandes foras axiais atravs de pequenas foras tangenciais(prensa, morsa, macaco, etc);
Parafusos de movimento, para a transformao de movimentosrotativos em retinneos (morsa) ou vice-versa;
Elementos de mquinas 2 Juntas e parafusos
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Juntas e Parafusos: introduo
Dentre os elementos de mquinas, o parafuso o que se utiliza com
maior frequncia:Os parafusos so empregados sob vrias formas:
Parafusos de fixao, para junes desmontveis;
Parafusos obturadorespara abrir / tampar orifcios;
Parafusos de ajustagem, para iniciais ou ajustes de eliminaode folga ou compenso de desgastes;
Parafusos de potncia (ou parafusos de avano), que transmitemgrandes foras axiais atravs de pequenas foras tangenciais(prensa, morsa, macaco, etc);
Parafusos de movimento, para a transformao de movimentosrotativos em retinneos (morsa) ou vice-versa;
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Juntas e Parafusos: introduo
Boeing 747
2,5 milhes de parafusos; 70.000 parafusos de titnio; U$150.000.00 em parafusos.
Maior fabricante de fixadores da Amrica Latina; Capacidade produtiva de 6 mil toneladas/ms; Atende 20 mil clientes em mais de 20 pases.
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Padronizao de rosca
Rosca uma hlice que faz com que o parafuso avance
sobre o material ou porca quando rotacionado:
Aps a Segunda Guerra Mundial, as formas de roscas foram
padronizadas: UNS (Unified National Standard): Inglaterra, Canad e EUA;
ISO (International Standards Organization, 1948): padro mundial.
Avano l
Elementos de mquinas 2 Juntas e parafusos
pnl .
n: nmero de filetes de rosca
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Terminologia de roscas
Roscas afiadas em v para clareza; as cristas e as razes so,
aplanadas ou arredondadas durante a operao de conformao.
Passo de rosca p: distncia entre roscas adjacentes;
Crista e raiz: planas para evitar concentraes de
tenses;Dimetro maior d: maior dimetro da rosca do paraf.
Dimetro menor dr: menor
dimetro da rosca do paraf;
Dimetro primitivo dp:
definido em termos do passode rosca p. Diferem entre
UNS e ISO.
Todas as roscas so feitas
conforme a regra da mo direita,
exceto casos especiais.
primitivo
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Sries padro para roscas UNS
Existem 3 sries padro de famlias de dimetro primitivo (ou de
flanco) para as roscas de padro UNS: Passo grosso (UNC): recomendada para aplicaes comuns
especialmente quando 1) repetidas remoes do parafuso, e 2)material mole;
Passo fino (UNF): mais resistente ao afrouxamente decorrente devibraes utilizadas em automveis, avies, etc;
Passo ultrafino (UNEF): utilizadas quando a espessura de parede limitada e roscas pequenas so uma vantagem.
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Intervalos de tolerncia para roscas
Os padres UNS e ISO definem intervalos de tolerncia para roscas
internas e externas de maneira a controlar o seu ajuste: Classe 1: possui tolerncias mais largas e utiliza fixadores de
qualidade comercial (pouco custoso) uso casual em residncias;
Classe 2: possui tolerncias mais estreitas; recomendado para uso
geral em projetos de mquinas; Classe 3: maior preciso de ajuste maior custo.
A e B: A para roscas externas e B para roscas internas
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Especificao de roscas
Uma rosca especificada a partir de um cdigo que define:
Srie (UNC, UNF, UNEF) Dimetro;
Passo ;
Classe de ajuste;
UNS: nmero de roscas por polegada
ISO: dimenso do passo em [mm]
Exemplo 1 Exemplo 2 (rosca mtrica)
Rosca externa de
Dimetro 0,25in
20 filetes por polegada
Srie grossa
Classe 2 de ajuste
Rosca externa
12mm de dimetro
Rosca ISO1,75mm de passo
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Rosca de perfil mtrico M
Perfil bsico da ISO 68 com roscas simtricas de 60:
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Padronizao das roscasParafusos UNC e UNFParafusos ISO
Note que o tamanho de rosca especificado ao dar o passo p (ISO) ou o
nmero de roscasNpor polegadas (UNS)
2
24
rp
t
ddA
d
pddp 649519.0
pddr 226869.1
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Parafusos de potncia
Elementos de mquinas 2 Juntas e parafusos
Parafusos de potncia ou parafusos de avano so utilizadospara converter movimento rotacional em linear. Ex: prensa,morsa, macaco, etc
So capazes de produzir grande vantagem mecnica, levantarou mover grandes cargas. Nestes casos, como as forasatuantes so altas, as roscas devem ser mais resistentes.
(a) Rosca quadrada (b) Rosca Acme (ou trapezoidal)
Os perfis mais recomendados so:
Passos preferidos,
em polegadas
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14Elementos de mquinas 2 Juntas e parafusos
Parafusos de potncia
(a) Levantando uma carga:
(b) Abaixando uma carga:
Considere a fora F agindo em uma nica roscacom dimetro d
m
e ngulo de hlice :
-
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15Elementos de mquinas 2 Juntas e parafusos
Parafusos de potncia
(a) Levantando uma carga:
Podemos igualar a normal N para levantamento eabaixamento de carga, para obter as seguintes expresses:
(b) Abaixando uma carga:
-
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16Elementos de mquinas 2 Juntas e parafusos
Parafusos de potncia
(a) Levantando uma carga:
O torque requerido para o levantamento ou abaixamento, de talmaneira que supere a frico e movimente a carga dado por:
(b) Abaixando uma carga:
O torque dado porPRou PL vezes dm/2. Logo,
A eficincia de parafusos de potncia dada pelarazo entre o torque sem frico T0 e TR:
Pode ocorrer que o avano grande ou o atrito pequeno. Nestes casos (TLnegativo), a carga pode baixar por si mesma, fazendo o parafuso rodar sem
qualquer esforo interno: condio autobloqueante. Logo, a condio paraautobloqueio ou
-
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17Elementos de mquinas 2 Juntas e parafusos
Parafusos de potncia
As equaes anteriores foram desenvolvidas para roscas quadradas.
No caso de roscas ACME (trapezoidal) ou outras roscas, a carga derosca normal est inclinada relativamente ao eixo, devido ao ngulo derosca 2 e ao ngulo de avano.
Visto que os ngulos de avano so pequenos, essa inclinao pode serdesprezada e somente o efeito do ngulo de rosca ser considerado.
sec
sec
2 lfd
dflFdT
m
mmR
P f d i
-
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18Elementos de mquinas 2 Juntas e parafusos
Parafusos de potncia
Em parafusos de potncia, geralmente um terceiro componente deve serutilizado entre os membro rotantes a fim de suportara componente axial,quando o parafuso carregado axialmente: mancal axial ou colar
importante tambm incluir o torque de atrito produzido pelo colar
2cc
cdfFT
ondefc o coeficiente de atrito e dc odimetro friccional
FfF cc
2c
cc
dFT
T
-
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19Elementos de mquinas 2 Juntas e parafusos
Tenses nas roscas
Admitindo que a carga seja uniformemente ditribuda ao
longo da altura h, teremos a tenso de cisalhamento dada por:
onde, e nmero de filetessob tenso
Rosca quadrada
T
-
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20Elementos de mquinas 2 Juntas e parafusos
Tenses nas roscas
A tenso cisalhante na raiz do filete, onde o dimetro o
dimetro menor, teremos:
Para o dimetro nominal do parafuso, temos:
As tenses dadas por estas equaes so mdias, pelo fato de seconsiderar que os filetes distribuem a carga igualmente. Em vistadisso, fatores de segurana maiores que 2 devem ser usadas para finsde projeto.
T
-
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21Elementos de mquinas 2 Juntas e parafusos
Tenses nas roscas
Sob a ponto de vita das tenses normais, a tenso de
compresso superficial na rosca dada por:
Substituindo o valor da rea e o nmero de filetes teremos:
Neste caso, a rea dada como:
Estas expresses indicam que possvel adotar uma altura h da porcapara que a falha no ocorra por cisalhamento dos filetes (no parafusoe porca), nem pela tenso de compresso dos filetes.
Rosca quadrada
E l 1
-
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22Elementos de mquinas 2 Juntas e parafusos
Exemplo 1
Um parafuso de potncia de uma s rosca tem dimetro mdio de 25 mm, com um
passo de 5 mm. Uma carga vertical nesse parafuso alcana um mximo de 6 kN. Os
coeficientes de frico so 0,05 para o colar e 0,08 para as roscas. O dimetro friccionaldo colar de 40 mm. Encontre a eficincia global e o torque para elevar e baixar a carga
mmmmpnl 551.
mNN
TR .82,160,6005,008,0025,0
025,008,0005,0
2
025,06000
c
m
mmR T
lfd
dflFdT
2
mN
dfFT ccc .0,6
2
040,005,06000
2
E emplo 1
-
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23Elementos de mquinas 2 Juntas e parafusos
Exemplo 1
c
m
mmL T
lfdldfFdT
2
mNTL .201,66201,00,6005,008,0025,0
005,0025,008,0
2
025,06000
28,0
82,162
005,06000
2
0
RR T
Fl
T
Te
Exemplo 2
-
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24Elementos de mquinas 2 Juntas e parafusos
Exemplo 2
Um parafuso de potncia de uma nica rosca quadrada apresenta uma potncia de entrada de
3kW a uma frequncia de 1rev/s. O parafuso tem dimetro de 36 mm e um passo de 6 mm.
Os coeficientes friccionais so 0,14 para as roscas e 0,09 para o colar, com um raio de fricodesse ltimo de 45 mm. Encontre a carga resistente axial F para levantamento e a eficincia
combinada do parafuso e do colar.
mmdm 33336 mmpl 6
22cc
m
mmR
dfF
lfd
dflFdT
f 2 TP
mNPT .4772
3000
(a) Rosca quadrada
Exemplo 2
-
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25Elementos de mquinas 2 Juntas e parafusos
Exemplo 2
NF 0,65
34,7
477
130,04772
60,65
20
RR T
Fl
T
Te
2
9009,0
614,033
3314,06
2
33 FFTR
mNFTR .34,7
22
cc
m
mmR
dfF
lfd
dflFdT