Universidade do Estado do Amazonas Escola Superior de Tecnologia Disciplina: Elementos de Maquina Aula 2 Elementos de fixação e união. Prof: Dr. Ing. Feliberto Fernández Castañeda Facultad de Ingenieria Mecánica Universidad Central Marta Abreu de Las Villas. Cuba email: fcastaneda@uea.edu.br 1

Tema II. Elementos de fixação e união. 2.1. Uniões parafusadas. Generalidades. 2.2. Principais falhas das uniões parafusadas. 2.3. Cálculo das uniões parafusadas. 2.4. Projeto e avaliação de uniões parafusadas.

Introdução. Dentro os elementos da maquinas, o parafuso é o que se utiliza com maior frequência: Os parafusos são empregados sob várias formas: Como parafusos de fixaçao, para junções desmontaveis Como parafusos de protensão, para se aplicar pretensões (tensores) Como parafusos obturadores para tampar orificios Como parafusos de ajustagem, para iniciais ou ajustes de eliminaçao de folgas ou compensaçao de desgastes Como parafusos transmisores de força, para obter grandes forças axiais a través da aplicaçao de pequenas forças tangenciais (prensa de parafuso, morsa) Como parafusos de movimento, para a transformaçao de movimentos rotativos em retílineos ou (morsa, fuso) retílineos em rotativos (pua)

Junções por meio de parafusos Elementos para unir (partes) Parafuso União desmontável Porca

Prafuso métrico de Cabeça sextavada K = (0,6 … 0,7) d S = ( 1,7 … 1,5) d Chave 8 10 13 17 19 24 d (mm) 5 6 12 16

Porca métrica sextavada S = ( 1,7 … 1,5) d H = 0,8 d (tamanho normal) H = 1,2 d (tamanho alto) H = 1,6 d (tamanho extra alto)

Tipos de Junções parafusadas. Parafusos e Porca. As espessuras dos elementos a unir não são muito grandes e permitem fazer furos pasantes

Tipos de Junções parafusadas. Parafuso. A espessura de um dos elementos a unir permite fazer um furo pasante e no outro se pode fazer uma rosca (ou enroscar o parafuso).

Tipos de Junções parafusadas. Parafuso pino empregam-se quando não existe espaço para a cabeça ou não é possível o brocado da rosca ou o furo pasante para o parafuso

Roscas de sujeição. Os parafusos, como suporte da rosca, têm uma superfície em forma de helicoide que permite um movimento de rotação e translação vinculado ao aperte dos elementos a unir.

Geometría Básica da Rosca Na atualidade, coexistem várias nomenclaturas para roscas de sujeição, mas a rosca ISO de fixação é uma das de maior difusão Na Rosca ISO se identificam: Passo p (normalizado em milímetros) Angulo entre flanco de 60° p : Passo da rosca (mm). d: Diâmetro exterior (mm). d1: Diâmetro interior [mm] d2: Diâmetro médio [mm] d3: Diâmetro de fundo do parafuso [mm] h: Altura do perfil prático [mm] : Ângulo de perfil: = 60º n: Número de entradas (É usual n = 1) : Ângulo de elevação da hélice. Porca Parafuso Algumas relações: d1 = d – 0,0825 p d2 = d – 0,06495 p h = 0,54126 p

Rosca M d x p Diâmetros (mm) Passo (mm) exterior fundo médio d d3 d2 p 8 6.65 7.19 1.25 6.92 7.35 1 7.51 0.75 10 8.38 9.03 1.5 8.65 9.19 Designação: M d x p Exemplos: M8 (rosca d = 8mm e passo de 1.25) M8x0.75 (rosca d = 8mm e passo de 0.75 mm)

2.1. Uniões parafusadas. Generalidades. As uniões parafusadas se classificam como uniões desmontáveis. Consistem em rosquear exteriormente uma peça e interiormente a outra de maneira que ficam unidas mediante o fio de rosca. Têm um amplo emprego, perto do 60 % das uniões das maquinas são parafusadas.

Principais Vantagens: São muito confiáveis, sobre tudo a carga estática. Fácil montagem e desmonte. Podem-se unir diferentes tipos de materiais. Não modifica as propriedades mecânicas das peças a unir. Ampla padronização. Baixo custo devido a sua ampla padronização e processos de produção muito produtivos.

Principais desvantagens: Os furos reduzem a resistência das peças. Não se obtém o hermetismo das uniões por solda Podem-se afrouxar ou debilitar ante variações da carga ou a temperatura. Revistam requerer elementos adicionais para a fixação Baixa resistência a cargas variáveis.

Tipos de elementos de união:

Alguns tipos de parafusos e porcas

Classificação das roscas.

Sentido de direção da rosca: Rosca é um conjunto de filetes em torno de uma superfície cilíndrica. Sentido de direção da rosca: 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.

De acordo ao número de filetes: De uma entrada De duas entradas De três entradas

Nomenclatura da rosca Independentemente da sua aplicação, as roscas têm os mesmos elementos, variando apenas os formatos e dimensões. P = passo (em mm) d = diâmetro externo d1 = diâmetro interno d2 = diâmetro do flanco D = diâmetro do fundo da porca a = angulo do filete f = fundo do filete D1 = diâmetro do furo da porca i = angulo da hélice h1 = altura do filete da porca c = crista h = altura do filete do parafuso.

Métodos de fabricação da rosca: Maquinadas (o 98%), Laminadas e Forjadas. 2.2. Principais falhas das uniões parafusadas. - A carga estática (Pouco freqüente): Ruptura da rosca (“Ir-se de rosca”)  A cortante, a esmagamento e a flexão. Ruptura do corpo. - A carga variável (90% do total de erros), produto da concentração de tensões. A ruptura se produz nos parafusos 65% 1ro e 2do filete de trabalho. 20% Mudança de seção da rosca ao corpo. 15% Mudança de seção do corpo à cabeça.

2.3. Cálculo das uniões parafusadas. Roscas triangulares As roscas triangulares classificam-se, segundo o seu perfil, em três tipos: rosca métrica rosca whitworth rosca americana Em nosso estudo vamos centrar nos só na rosca métrica, mas os procedimentos de cálculo que conhecerão também são aplicáveis aos outros tipos. Rosca métrica ISO normal e rosca métrica ISO fina NBR 9527.

Uniões parafusadas. Elementos principais Ângulo do perfil da rosca: a = 60º. Diâmetro menor do parafuso ( do núcleo): d1 = d - 1,2268P. Diâmetro efetivo do parafuso ( médio): d2 = D2 = d - 0,6495P. Altura do filete do parafuso he = (d – d1)/2 Folga entre a raiz do filete da porca e a crista do filete do parafuso: f = 0,045P. Raio de arredondamiento de raiz do filete do parafuso rre=0,14434P Diâmetro maior da porca: D = d + 2f Diâmetro menor da porca (furo): D1 = d - 1,0825P Altura do filete do porca hi = (D – D1)/2 Raio de arredondamiento de raiz do filete do porca rri=0,14434P A rosca métrica fina, num determinado comprimento, possui maior número de filetes do que a rosca normal. Permite melhor fixação da rosca, evitando afrouxamento do parafuso, em caso de vibração de máquinas. Exemplo: em veículos.

Exemplo: Determine o diâmetro exterior e o passo do parafuso usando o paquímetro e o gabarito de roscas. a) Calcule todos os parâmetros do mesmo e da porca correspondente. Passo: 1.25 mm d = 6 mm Porca Parafuso

2.4. Projeto e avaliação de uniões parafusadas. Principais expressões e considerações para o cálculo das uniões pré-carregadas. 1- Cálculo de resistência. [σt] ou Recomenda-se: onde o coeficiente de segurança n estará entre 2 e 4. [σt] = (0.25 a 0.5) σy = Os menores valores de [σt] quando d  30mm e não se controla a pré-carrega ou pretensão.

Pré-carrega ou pretensão inicial. (Dint) = S (Distancia entre faces)  Diâmetro inscrito no hexágono do parafuso e da porca. (Dext)  Diâmetro maior é o formado desde Dint com um ângulo α = 26o40'. Considera-se que o cilindro cujo diâmetro é igual ao Dext tem uma área média igual à área média de cone truncado oco.

σ-1 - Limite de resistência à fadiga Verificação da resistência á fadiga. Para o ciclo de tensões flutuantes. σa - Amplitude do ciclo σ-1 - Limite de resistência à fadiga Kσ - Coeficiente de concentração de tensões kσ = 3.6 a 4.8 Para o ciclo de tensões simétrico.

Momento de aperte. V Valor da força da Precarga Ψ Angulo de elevação da rosca ρ Angulo de fricção d2 diâmetro efetivo do parafuso (  médio) f Folga entre a raiz do filete da porca e a crista do filete do parafuso S2 Distancia entre faces Dc Diâmetro do furo

Exemplo Na figura se mostra a união da tampa circular de um recipiente que se empregará para armazenar um fluido pouco viscoso e tóxico. Desejam-se utilizar parafusos M10. Determine: a) Quantidade de parafusos necessários. b) Classe dos parafusos. Outros Dados:

Solução: a) Quantidade de parafusos necessários. a (1) Sustituindo em (1) temos: a  Z = 10 -- 19 Múltiplos de 4 ou 6  Z = 12, 16 e 18 Seleciona-se Z =16 (Fluido tóxico)

b) Cálculo de resistência (Fluido Tóxico) P0 = Força máxima no parafuso V´ = Precarrega residual   Coeficiente de aderência.  = 1.2 a 1.5  Se a carrega for constante.  = 1.5 a 1.8  Se a carrega for variável. = γ P Substituindo temos:

Substituindo se obtém: D1=150mm Mas Então

Selecciona-se a classe 5,8 onde: MPa Y 420 = s