ELEMENTOS ORGÂNICOS DE MÁQUINAS I AATT -096 - Aula 11.pdf · para o material da chapa ou dos...

ELEMENTOS ORGÂNICOS DE MÁQUINAS IELEMENTOS ORGÂNICOS DE MÁQUINAS IATAT--096096

Universidade Federal do ParanáUniversidade Federal do ParanáCurso de Engenharia Industrial MadeireiraCurso de Engenharia Industrial Madeireira

ATAT--096096

Dr. Alan Dr. Alan SulatoSulato de Andrade de Andrade

[email protected]@ufpr.br

UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOSUNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS


UNIÕES MÓVEIS:

� Uniões moveis são aquelas que se caracterizam pelapossibilidade de separar as peças previamenteunidas sem danificar o conjunto.unidas sem danificar o conjunto.

B

A

União de dois elementosTentativa de separação

B

A


UNIÕES MÓVEIS:

Junção de peças por rebite


UNIÕES MÓVEIS:

Junção de peças por parafusos, porca e arruela.


UNIÕES MÓVEIS:

� Os elementos que são mais utilizados e quemerecem destaque são:

� Rebite,

� Parafusos, porcas, arruelas,� cavilhas, contrapinos, anéis e chavetas.


UNIÕES MÓVEIS:REBITES

� A união por rebites é um dos primeiros sistemas deunião mecânica de materiais metálicos utilizado pelaindustria de manufatura.industria de manufatura.Processo de execução simples, barato e que resultaem peças extremamente resistentes sãocaracterísticas desse tipo de procedimento.



� A escolha adequada do rebite se dará pela análisedos seguintes fatores:dos seguintes fatores:

� Material do qual é feito;� Tipo construtivo:

� Maciço ou oco;� o tipo de sua cabeça;

� Suas dimensões:� o diâmetro do seu corpo;� o seu comprimento útil.



� Os rebites podem ser maciços ou ocos:

Rebites maciços e ocos – Cortesia N.P.N - PARAFUSOS .



� Maciços:

Rebite maciço



� Rebites ocos:

Rebite oco



� Principais tipos:



� Tipos de processo de Rebitagem:

� Processo Manual,� Processo Mecânico.

� Martelo Pneumático,� Rebitadeiras Hidráulicas,� Rebitadeiras Pneumáticas.



� Tipos de processo de Rebitagem:� Processo Manual

Utilizado para rebitar em locais de difícil acesso oupeças pequenas.

� Processo MecânicoPermite rebitamento mais resistente e contínuo.



� Instalação:

Golpeamento manual ou automático



� Tipos de processo de Rebitagem – Processo a Quente:

Na rebitagem a quente o rebite é aquecido por fornosNa rebitagem a quente o rebite é aquecido por fornosa gás, elétricos ou maçarico. O rebite é martelado àmão ou à máquina até adquirir o formato. Os fornospossibilitam um controle da temperatura necessáriapara aquecer o rebite. Já o maçarico apresenta avantagem de permitir o deslocamento da fonte decalor. A rebitagem a quente é indicada para rebitescom diâmetro superior a 6,35 mm. Aplicada,especialmente, em rebites de aço.



� Tipos de processo de Rebitagem – Processo a Frio:A rebitagem a frio é feita por martelamento, semA rebitagem a frio é feita por martelamento, semutilizar qualquer fonte de calor. Indicada para rebitescom diâmetro de até 6,3 mm, se o trabalho for à mão,e de 10 mm, se for à máquina. Usa-se na rebitagem afrio rebites de aço, alumínio etc.



� Instalação:

Processo a quente e a frio



� Tipos de ligação:Podemos classificar as ligações por rebites de trêsformas distintas:formas distintas:

� Ligações Resistentes,� Ligações Estanques,� Ligações Resistentes e Estanques.



� Ligações Resistentes:O objetivo é conseguir que as duas peças ligadasO objetivo é conseguir que as duas peças ligadastransmitam os esforços e lhes resistam como sefossem uma única, ex: nas estruturas metálicas deedifícios, pontes etc.



Pontes mais antigas utilizamrebites como elementos de união



� Ligações Estanques:Quando se pretende que as juntas da ligaçãoQuando se pretende que as juntas da ligaçãoimpeçam a passagem de gases ou líquidos, ex:depósitos de gases.



Depósitos de gás e combustíveismais antigas utilizam

rebites como elementos de união



� Ligações Resistentes e Estanques:Quando se pretende que tenham simultaneamente asQuando se pretende que tenham simultaneamente ascaracterísticas dos dois tipos anteriores. ex:construção naval, caldeiras, etc.



Caldeirasmais antigas utilizam

rebites como elementos de união



� Materiais empregados para construção de Rebites:Os rebites devem ser construídos com materialOs rebites devem ser construídos com materialresistente e dúctil. Os materiais mais utilizados nosrebites são o aço, cobre, alumínio e latão.



� Tipos de ligação:

A B CA B C

A - superposição, B - cobertura simples e C - cobertura dupla



� Os rebites podem ser empregados em uniões comelevada resistência para estruturas de aço; junçõesestanques de elevada resistência para caldeiraria;estanques de elevada resistência para caldeiraria;junções estanques em recipientes de pequena alturacomo: chaminés, tubos de descarga e tubulaçõessujeitas à baixas pressões; junções deresponsabilidade de chapas de revestimento: aviões,navios ou equipamentos.



� Vantagens e desvantagens:� As junções rebitadas são mais simples e baratas

que as soldadas;que as soldadas;� Possibilitam um controle de qualidade mais

simples que as soldadas;� As junções rebitadas são mais pesadas e seu

campo de aplicação não é tão vasto quanto o dasjunções por solda;

� Acarretam uma redução da resistência do materialda ordem de 13 a 42%, devido à redução de áreapela furacão para os rebites, contra uma reduçãode 10 a 40% para as junções soldadas;



� Solicitações e dimensionamento de junçõesrebitadas:Quando uma força de tração é aplicada na junção deQuando uma força de tração é aplicada na junção deum par de chapas unidas por rebites ocorre umaforça de atrito até que ocorra o deslizamento entre asduas chapas; após o deslizamento, ocorre o contatoentre a superfície cilíndrica do furo e a haste dorebite solicitando: o rebite por cisalhamento ecompressão; o furo que aloja o rebite porcompressão. Esses esforços pode levar a união aapresentar diversos tipos de falhas.



� Solicitações e dimensionamento de junçõesrebitadas:

Solicitação



� Falhas em uniões rebitadas:



� Cisalhamento dos rebites:O fator cisalhamento nos rebites previne o corte dasseções dos rebites entre duas chapas. Estas seriamseções dos rebites entre duas chapas. Estas seriamas seções chamadas de seções de corte ou seçõesresistentes.Considerando:n - número de rebites que resiste à carga Pm - número de seções resistentes por rebite.d - diâmetro dos rebites



� Cisalhamento dos rebites:A força P é resistida por "n" rebites com "m" seçõesresistentes cada um. Então a área resistente total nosresistentes cada um. Então a área resistente total noscasos de uma ligação rebitada é:



� Cisalhamento dos rebites:Sendo τreb a tensão admissível ao cisalhamento domaterial do rebite, a tensão tangencial desenvolvida

rebmaterial do rebite, a tensão tangencial desenvolvidanão pode ultrapassar a admitida. A condição desegurança para o cisalhamento nos rebites expressade uma forma analítica seria:



� Compressão nas paredes dos furos:A força exercida nas chapas, e estando a ligação emequilíbrio estático, cria uma zona comprimida entre asequilíbrio estático, cria uma zona comprimida entre asparedes dos furos dos rebites e o próprio rebite. Estacompressão pode ser tão grande a ponto de esmagaras paredes dos furos e colocar em risco toda aligação rebitada. Deve-se portanto descartar estapossibilidade.



� Compressão nas paredes dos furos:Sejam duas chapas ligadas entre si por um rebite dediâmetro "d",conforme figura:diâmetro "d",conforme figura:



� Compressão nas paredes dos furos:Observam-se zonas comprimidas nas duas chapasdevido à ação do rebite sobre elas, sendo na vista dedevido à ação do rebite sobre elas, sendo na vista decima, representada a ação do rebite na chapasuperior. À fim de facilitar-se o cálculo destascompressões substitui-se a área semi cilíndrica, daparede do furo, por sua projeção, que seria uma áreaequivalente ou simplificada ficando:



� Compressão nas paredes dos furos:



� Compressão nas paredes dos furos:Como nos casos de ligações rebitadas existem nrebites, podemos generalizar a expressão:rebites, podemos generalizar a expressão:



� Compressão nas paredes dos furos:Sendo σchapa a tensão de compressão admissívelpara o material da chapa ou dos cobre juntas, então

chapapara o material da chapa ou dos cobre juntas, entãopara que o projeto funcione com segurança, acondição expressa analiticamente ficaria:

As tensões de compressão não se distribuem demaneira exatamente uniforme, entretanto assim seadmite.



� Tração nas chapas enfraquecidas:Quando se perfura as chapas para a colocação derebites elas são enfraquecidas em sua seçãorebites elas são enfraquecidas em sua seçãotransversal. Quanto maior for o número de furos emuma mesma seção transversal, mais enfraquecidaficará a chapa nesta seção, pois sua área resistente àtração fica reduzida.



� Tração nas chapas enfraquecidas:Antes da furação a seção transversal da chapa queresistia à tração era:resistia à tração era:



� Tração nas chapas enfraquecidas:Supondo que se façam dois furos em uma mesmaseção transversal de chapa para a colocação deseção transversal de chapa para a colocação derebites. A nova área resistente será:



� Tração nas chapas enfraquecidas:A nova tensão de tração desenvolvida será:



� Tração nas chapas enfraquecidas:Para generalizar criamos uma grandeza, n1 quereapresenta o número de rebites colocados em uma

1reapresenta o número de rebites colocados em umamesma seção transversal.



� Tração nas chapas enfraquecidas:A condição de segurança expressa analiticamenteserá:será:

Onde σT representa a tensão de tração admissívelpara o material das chapas ou coberturas



� Considerações práticas:� Material.

Os materiais para a confecção de rebites são normalizados;Os materiais para a confecção de rebites são normalizados;De um modo geral, os rebites que são utilizados na fabricaçãode estruturas de aço, de reservatórios e na caldeiraria, utilizam-se de aço mais tenaz;Os componentes básicos dos materiais dos rebites e da chapasdevem ser idênticos a fim de evitar dilatações térmicasdiferentes e o surgimento de pilhas galvânicas, que provocarespectivamente afrouxamento das uniões e corrosão;Desta forma, no processo de rebitagem de chapas de alumíniousa-se rebites de alumínio, de chapas de aço rebites de aço;



� Considerações práticas:� Nas estruturas de aço:

Não devem ocorrer maiores deformações das chapas nemNão devem ocorrer maiores deformações das chapas nemescoamentos das junções rebitadas;Os valores experimentais das tensões dos rebites se encontramtabelados em normas;

� Nas construções de caldeiras:Não devem ser ultrapassados os limites de deslizamento entreas chapas;Os valores das tensões são também tabelados;

� Para solicitações dinâmicas:Não se devem ultrapassar o limite de deslizamento da junçãorebitada nem o de resistência permanente da chapa;



� Considerações práticas:� Superfície da chapa rebitada:

Quanto mais áspera for a superfície da chapa rebitada tantoQuanto mais áspera for a superfície da chapa rebitada tantomaiores serão a resistência ao deslizamento e o limite deresistência permanente.Experiência mostra que chapas de aço pintadas com zarcãoapresentaram uma resistência ao deslocamento 50% inferioràquelas que foram limpas com gasolina;

� Nas junções rebitadas de chapas sobrepostas:Essas junções são solicitadas também por flexão pois sofremefeitos do momento fletor;As forças aplicadas às chapas sobrepostas não agem integralmente para gerar o momento fletor, sendo parte da força transmitida de uma chapa a outra;



� Considerações práticas:� Nas junções rebitadas:

Quando se utiliza um par de laias de junção, a resistência aoQuando se utiliza um par de laias de junção, a resistência aodeslizamento é menor pois, se as espessuras das duas chapasnão forem exatamente iguais, se aplicará menor pressão àchapa de menor espessura;

� Havendo várias fileiras sucessivas de rebites:O limite de deslizamento é atingido nas fileiras externas antes deo ser na internas, de modo que, para três fileiras de rebites,tensão dever ser reduzido;



� Considerações práticas:� Comprimento do rebite:

Quanto maior a soma das espessuras das chapas rebitadasQuanto maior a soma das espessuras das chapas rebitadasuma a outra, tanto maior o comprimento das hastes dos rebitesutilizados e, portanto, tanto maiores as respectivas contraçõesde resfriamento, o que resulta em maior resistência aodeslizamento;

� Execução:A rebitagem feita à máquina apresenta um limite dedeslizamento maior e mais uniforme entre as chapas rebitadasque o obtido na rebitagem feita à mão;Entre as propriedades dos dois tipos de rebitagem acima citadosse situam as propriedades da rebitagem feita com martelo de arcomprimido.



� Considerações práticas:� Montagem:

Deve-se iniciar a instalação dos rebites internos e partir para aDeve-se iniciar a instalação dos rebites internos e partir para adireções periféricas.


UNIÕES MÓVEIS:PARAFUSOS

� União por parafusos consiste num tipo de união móvelmais prática que a união por rebites, sendo suamais prática que a união por rebites, sendo suamontagem e desmontagem extremamente simples.



� Utilizado nos mais diversos campos:

Campos de aplicação



� Na antiguidade, o matemático grego Archytas deTarentum (428 - 350 AC.) foi responsável pelaTarentum (428 - 350 AC.) foi responsável pelainvenção do parafuso. No 1° século AC., osparafusos de madeira foram usados em todo omundo Mediterrâneo em dispositivos como prensasde óleo e de vinho. Os parafusos de metal sóapareceram na Europa a partir do ano de 1400.



� O britânico Henry Maudslay patenteou o parafuso defenda em 1797; um dispositivo similar foi patenteadofenda em 1797; um dispositivo similar foi patenteadopor David Wilkinson nos Estados Unidos no anoseguinte. Na atualidade o parafuso está presente empraticamente todos os aparelhos e estruturasconstruídos pelo homem.



� Porém os parafusos são utilizados tanto para manterelementos unidos, como no caso de parafusos deelementos unidos, como no caso de parafusos defixação, quanto para mover cargas, como no casodos chamados parafusos de potência, ou parafusosde avanço.



� Parafusos usados para fixação podem ser arranjadospara resistir a cargas de tração, de cisalhamento, oupara resistir a cargas de tração, de cisalhamento, ouambas.Desta forma, uma questão importante é levantada, ese referente ao fato que estes elementos precisam semanter juntos e apertados.



� Há diversas características que devem seranalisadas antes de responder essa questão como:analisadas antes de responder essa questão como:� Quais as características de um bom material para

parafusos e porcas e porque?Materiais resistentes (aço, ferro fundido, outrosmetais). Materiais inoxidáveis entre outros.



� Os parafusos são feitos em uma larga gama demateriais, com muitas variedades de aço que sãomateriais, com muitas variedades de aço que sãotalvez os mais comuns. Onde é necessárioresistência ao tempo e a corrosão , o aço inoxidável,o titânio , o bronze são os materiais mais utilizados.Alguns tipos de plástico, tais como o nylon ou Teflon,podem ser aplicados para uma sustentação querequer uma força moderada e grande resistência àcorrosão ou isolação elétrica. Mesmo a porcelana e ovidro podem ser moldados.



� Há diversas características que devem seranalisadas antes de responder essa questão como:analisadas antes de responder essa questão como:� Aperta-se indefinidamente um parafuso é

adequado?(Nunca apertar indefinidamente, a tensão geradapode ser superior a tensão admissível do materialque é construído o elemento)



� Devemos lembrar que um parafuso é construído tendocomo base um material, e este apresenta uma tensãocomo base um material, e este apresenta uma tensãoadmissível para cada tipo de solicitação. Cabe aosengenheiros ter informações suficientes sobre osmateriais e respeitar os limites de segurança para umcorreto dimensionamento da união.



� Os fabricantes de parafusos apresentam diversasinformações como a tensão mínima de escoamento, oinformações como a tensão mínima de escoamento, olimite de resistência entre outros informaçõesrelevantes.



� Há diversas características que devem seranalisadas antes de responder essa questão como:analisadas antes de responder essa questão como:� Qual o aperto máximo de um parafuso?

Deve ser o suficiente para fixar os elementos,normalmente se utiliza uma chave de torquereguladora)



� Em função de se conhecer as dimensões do elementoe sua tensão admissível, pode-se estimar qual a forçaa ser aplicada para não comprometer a integridadea ser aplicada para não comprometer a integridadedeste. Outro ponto que deve ser observado seria oselementos que serão unidos, pois em uma situaçãohipotética, a carga gerada no ato de aperto poderiadanificar os elementos.

Zonas de deformação



� Um torque de 1 kgf.m é o resultado de uma força de 1kgf (quilograma-força) aplicado na extremidade dekgf (quilograma-força) aplicado na extremidade deuma alavanca de 1 metro. Se a alavanca ou chave fixativer apenas 10 cm, para obter o mesmo torque vocênecessita aplicar uma força de 10 kgf. Quanto maior otorque de aperto, maior a força axial ou força de apertodo parafuso. Essa proporcionalidade varia, no entanto,em função da força de atrito existente entre os filetesdas roscas.

T=F.d



� Para aplicações críticas de elevada tensã/força, ondeos parafusos de baixa qualidade podem falhar, tendopor resultado danos ou ferimento. Os parafusos SAE,por resultado danos ou ferimento. Os parafusos SAE,um teste padrão distintivo do funcionamento éimprimido nas cabeças para permitir a inspeção e ovalidação da força do parafuso. Tais parafusosinferiores são um perigo à vida e à propriedadequando usados em aviões, automóveis, caminhõespesados, e aplicações críticas similares.



� Padrões de rosca e definições:O elemento comum entre os vários fixadores é aO elemento comum entre os vários fixadores é arosca. Em termos gerais, a rosca é uma hélice quefaz com que o parafuso avance sobre o material ouporca quando rotacionado.


UNIÕES MÓVEIS:

� As roscas podem ser externas (parafusosatarrachantes) ou internas (porcas ou furosrosqueados)rosqueados)

B

A

B

A



� Padrões de rosca e definições:As formas de roscas originalmente eram diferentes paraAs formas de roscas originalmente eram diferentes paracada um dos países fabricantes, porém, após a SegundaGuerra Mundial, foram padronizadas na Inglaterra,Canadá e nos Estados Unidos no que é conhecido hojecomo Unified National Standard (UNS). Na Europa, opadrão é definido pela ISO. Ambas possuemessencialmente a mesma forma, porem não sãointercambiáveis.



� Padrões de rosca e definições:Sendo os parafusos normalizados, estes apresentamSendo os parafusos normalizados, estes apresentamuma nomenclatura própria:� passo (pitch): representa a distância entre pontos

correspondentes de filetes adjacentes, medidosparalelamente ao eixo da rosca

� o diâmetro maior ou nominal (major), médio(mean) e menor ou da raiz (minor), representam omaior diâmetro, a média entre o diâmetro maior eo da raiz, e o menor diâmetro, respectivamente;



� Padrões de rosca e definições:Sendo os parafusos normalizados, estes apresentamSendo os parafusos normalizados, estes apresentamuma nomenclatura própria:� o diâmetro médio também é conhecido como

diâmetro primitivo.� a raiz (root) e a crista (crest) correspondem ao

ponto mais baixo e o mais alto do filete da rosca,respectivamente;

� o ângulo da rosca (thread angle) é o anguloformado entre duas faces da rosca. (60º ISO e UNS)



� Padrões de rosca e definições:ddpdpdr



� Padrões de rosca e definições:� o avanço (l), é a distância que a porca avança� o avanço (l), é a distância que a porca avança

paralelamente ao eixo da rosca quando é giradauma volta,

� rosca simples (ou de uma entrada): o avanço éigual ao passo;

� roscas de múltiplas entradas: possuem mais deum filete cortado um ao lado do outro; têm avançoproporcionais ao passo e ao número de entradas.



� Padrões de rosca e definições:



� Padrões de rosca e definições:As geometrias das roscas apresentam três padrõesAs geometrias das roscas apresentam três padrõesprincipais, sendo elas:� Padrão unificado: apresenta um ângulo da rosca

de 60º e apresenta suas dimensões empolegadas (EUA e Inglaterra) e milímetros para oresto do mundo; possuí padronização própria.



� Padrões de rosca e definições:� rosca quadrada e rosca Acme: são utilizados em� rosca quadrada e rosca Acme: são utilizados em

roscas de potência; cada aplicação é um casoespecial; não há uma necessidade depadronização.




ISO e UNS




Rosca quadrada




Rosca ACME



� Padrões de rosca e definições:São padronizadas em função dos diâmetrosSão padronizadas em função dos diâmetrosnominais e do passo ou número de filetes de cadarosca;Na literatura especializada há tabelas queapresentam o diâmetro padronizado e o passo paraas roscas;Quando se especifica parafusos para um sistema,deve-se ficar restrito a estas roscas.



� Padrões de rosca e definições:A especificação das roscas unificadas (EUA e aA especificação das roscas unificadas (EUA e aInglaterra) é feita pelo diâmetro nominal, o númerode filetes por polegada a série e a classe:UNC (passo grosso), UNF (passo fino) e UNEF(passo ultrafino)Classe 1 (tolerância mais larga – comercial) , 2(tolerância estreita) e 3 (precisão).

1/4-20 UNF-1



� Padrões de rosca e definições:Para o sistema métrico, especifica-se as roscas peloPara o sistema métrico, especifica-se as roscas pelodiâmetro nominal e o passo em milímetros:

M12x1,75



� Outros padrõesO padrão unificado não é o único, mas é o maisO padrão unificado não é o único, mas é o maisutilizado. Outros padrões que merecem ser citadossão:� Whitworth: esse era o padrão utilizado nos EUA e

na Inglaterra antes da adoção do padrãounificado; o que difere este padrão do unificado éo fato do ângulo da rosca ser de 55°ao invés dos60°.



� Outros padrõesNPT: a rosca NPT possui a mesma inclinação doNPT: a rosca NPT possui a mesma inclinação dosistema unificado, diferindo por possuir umainclinação de 1º47'27" na direção axial da rosca; arosca NPT é considerada uma rosca cônica o que atorna recomendável para: tubulações de arcomprimido, gás. vapor, água e similares. A suaespecificação é feita de forma similar a do padrãounificado utilizado nos EUA e Inglaterra.



� Tensão de traçãoSe um parafuso ou uma barra rosqueada é submetidaSe um parafuso ou uma barra rosqueada é submetidaa uma carga de tração pura, é de se esperar que a suaresistência seja limitada pela área do seu diâmetromenor (dr).

F F

F F



� Tensão de traçãoA tensão devida a uma carga de tração F é definidaA tensão devida a uma carga de tração F é definidacomo:

At

Ft =σ



� Tensão de CisalhamentoF

B

AF



� Tensão de CisalhamentoA tensão devida a uma carga cisalhante F é definidaA tensão devida a uma carga cisalhante F é definidacomo:

At

Fc =σ



� Área sob traçãoAssim área sob tração At é definida como:Assim área sob tração At é definida como:

4

.2

drAt

π=



� Principais falhas:

Cortesia - Curso de Engenharia Civil da FEAR - UPF



� Seqüência de aperto:Deve-se respeitar uma seqüência lógica para o apertoDeve-se respeitar uma seqüência lógica para o apertoda união sendo esta realizada em uma chapa ou emuma determinada tampa.

3 4

1 2

5 6

5 1 8

3 4

7 2 6


UNIÕES MÓVEIS:PARAFUSOS DE POTÊNCIA

� O parafuso de potência é um dispositivo utilizado emmáquinas para transformar o movimento angular emáquinas para transformar o movimento angular emovimento linear e, usualmente, para transmitirpotência.Estes parafusos são usualmente utilizados emtornos, prensas, macacos entre outras aplicações.Aplicando-se um torque à extremidade do parafuso,movimentando-se a outra extremidade que realizatrabalho;



� Análise de força e torque em parafusos de potênciaUma rosca de parafuso é essencialmente um planoUma rosca de parafuso é essencialmente um planoinclinado enrolado ao redor de um cilindro de forma acriar uma hélice. Se desenrolássemos uma volta dahélice, esta pareceria como um plano inclinado.



� Análise de força e torque em parafusos de potênciaA próxima figura apresenta uma parafuso de A próxima figura apresenta uma parafuso de potência com:� rosca quadrada;� uma entrada;� características geométricas: - diâmetro médio dm,

passo p e ângulo de hélice λ;� carregado por uma força axial de compressão F.



� Análise de força e torque em parafusos de potênciaPara o caso de levantamento do peso, as forças nasPara o caso de levantamento do peso, as forças nasdireções x e y:ΣFx=0 e ΣFy=0



� Análise de força e torque em parafusos de potênciaA força atrito é claro sempre se opõe ao movimentoA força atrito é claro sempre se opõe ao movimento( µ - coef. de atrito)Assim:



� Análise de força e torque em parafusos de potênciaTorque em função de λ:Torque em função de λ:

Torque em função de l

s

s



� Análise de força e torque em parafusos de potênciaTorque requerido para girar o colar:Torque requerido para girar o colar:

Onde: dc é o diâmetro médio do colar, µc é ocoeficiente de atrito no rolamento

c



� Análise de força e torque em parafusos de potênciaA mesma análise pode ser feita para o caso de abaixarA mesma análise pode ser feita para o caso de abaixara carga. Os sinais das forças aplicada e do atritomudam.



� Análise de força e torque em parafusos de potênciaO torque para a baixar a carga é:O torque para a baixar a carga é:

d



� Análise de força e torque em parafusos de potênciaDeseja-se encontrar o torque necessário para levantarDeseja-se encontrar o torque necessário para levantare abaixar a carga.Deve-se então analisar as forças atuantes na porca,podendo estas ser mostradas como um diagrama decorpo livre.



� Análise de força e torque em parafusos de potênciaDesta forma o torque total para levantar a carga:Desta forma o torque total para levantar a carga:

Tts= +s c



� Análise de força e torque em parafusos de potênciaDesta forma o torque total para abaixar a carga:Desta forma o torque total para abaixar a carga:

Ttd= +d c



� Parafusos auto-retentorQuando o avanço é suficientemente grande ou o atritoQuando o avanço é suficientemente grande ou o atritosuficientemente pequeno, a carga abaixa sem oemprego de qualquer força externa. Em tais casos, otorque T é negativo ou nulo.Quando se obtém um torque positivo dessa equação,diz-se que o parafuso é auto-retentor.



� Parafusos auto-retentorA condição de auto-retenção definida como:A condição de auto-retenção definida como:

Quando a rosca for do tipo quadradaα=0º, cos α=1

λµ

πµ

αλµ

απ

µ

tan

costan

cos

≥

≥

≥

≥

dp

l

dp

l



� Eficiência dos parafusosPode-se determinar a relação entre o torquePode-se determinar a relação entre o torquenecessário para movimentar a carga caso nãohouvesse atrito (To) e o torque necessário quando háatrito; Desta forma, a eficiência para se levantar acarga pode ser escrita como:



� Observações finaisTodas as equações precedentes foram obtidas para o caso de seconsiderar roscas quadradas: as cargas normais aos flancos sãoparalelas ao eixo do parafuso;No caso da rosca Acme ou da unificada, isso não é verdade devido aoângulo da rosca 2α;Se o ângulo de hélice for muito pequeno, sua inclinação poderá serdesprezado e somente o efeito do ângulo da rosca deverá serconsiderado;O efeito do ângulo a é aumentar a força de atrito por ação da cunha dosfiletes;



� Tipos de parafusosHá diversas formas de se classificar os parafusos.Há diversas formas de se classificar os parafusos.Aqui se ficará restrito a classificação segundo a formado corpo e tipo de cabeça.



� Tipos de parafusosEm relação à forma corpo, um parafuso pode ser:



� Tipos de parafusosEm relação as cabeças, os parafusos podem serEm relação as cabeças, os parafusos podem serclassificados das mais diversas formas:



� Normalização do parafusos sextavado



� Normalização do parafusos sextavado internos



� Roscas soberbasEste tipo de rosca é uma rosca cônica de auto fixaçãoEste tipo de rosca é uma rosca cônica de auto fixaçãoe é muito utilizado para fixação de madeiras e, comauxílio de buchas plásticas, para a fixação deelementos em bases de alvenaria.



� Roscas soberbas



� Tensões nos filetesUma vez determinada à força transmitida peloUma vez determinada à força transmitida peloparafuso de rosca quadrada, pode-se determinar atensão que atua no filete da rosca. Há principalmentedois tipos de solicitações agindo nos filetes dasroscas; cisalhamento e compressão.



� Tensões nos filetesCada carga aluará numa área específica do parafuso;Cada carga aluará numa área específica do parafuso;A área para o cisalhamento será a área do perímetroda rosca;A área para a compressão será a área transversal darosca;



� Tensões nos filetesTensão de CisalhamentoTensão de CisalhamentoSupondo que a carga seja uniformemente distribuídasobre a altura h da porca e que os filetes da rosca doparafuso falharão no diâmetro menor, a tensão médiade cisalhamento nos filetes da rosca será:



� Tensões nos filetesTensão de CisalhamentoTensão de CisalhamentoSe os filetes falharem no diâmetro maior, a tensãoserá:



� Tensões nos filetesTensão de CisalhamentoTensão de CisalhamentoPara a determinação das tensões médias considerou-se que os filetes distribuem a carga igualmente. Emmuitos casos essa suposição pode acarretar errosgrosseiros e fatores de segurança fortes (maiores que2) devem ser usados durante o projeto.



� Tensões nos filetesTensão de compressãoTensão de compressãoA tensão de compressão na rosca será:



� Tensões nos filetesTensão de compressãoTensão de compressãoEste também é uma tensão média, pelo fato da forçater sido considerada uniformemente distribuída sobre aface dos filetes. Realmente, pode haver alguma flexãona rosca, o que faz com que, também neste caso, seempregue um fator de segurança elevado.


UNIÕES MÓVEIS:PORCAS

� Tipos de porcasO perfil da rosca varia de acordo com o tipo deO perfil da rosca varia de acordo com o tipo deaplicação que se deseja;As porcas usadas para fixação geralmente têm roscascom perfil triangular;As porcas para transmissão de movimentos têmroscas com perfis quadrados, trapezoidais, redondos edentes de serra.



� Tipos de porcas



� Tipos de porcasAs cabeças das porcas podem se apresentar nos maisAs cabeças das porcas podem se apresentar nos maisvariados tipos, tanto para aperto manual quanto paraapertos com ferramentas. Usualmente as porcasmanuais possuem um dispositivo para aplicar o Iorquede aperto necessário com as mãos (borboletas,recartilhados, ets). As para aperto com ferramenta, oformato da cabeça é o requerido para fazer o encaixecom a ferramenta (sextavados, fendas, etc).



� Tipos de porcas


UNIÕES MÓVEIS:ARRUELAS

� As arruelas têm a finalidade de promover uma pré-tensão nos parafusos mais uniforme, evitando assimtensão nos parafusos mais uniforme, evitando assimque os parafusos se afrouxem;Usualmente um sistema de fixação por parafusopossuem três componentes principais, o parafusopropriamente dito, uma porca e uma arruela



� Arruela lisaAlém de distribuir igualmente o aperto, a arruela lisaAlém de distribuir igualmente o aperto, a arruela lisatem, também, tem a função de melhorar os aspectosdo conjunto;A arruela lisa por não ter elemento de trava, é utilizadaem uniões de máquinas que sofrem pequenasvibrações.



� Arruela lisa



� Arruela de pressãoA arruela de pressão é utilizada na montagem deA arruela de pressão é utilizada na montagem deconjuntos mecânicos, submetidos a grandes esforçose grandes vibrações. A arruela de pressão funciona,também, como elemento de trava, evitando oafrouxamento do parafuso e da porca. É, ainda, muitoempregada em equipamentos que sofrem variaçõesde temperatura (automóveis, prensas etc.)



� Arruela de pressão



� Arruela dentadaMuito empregada em equipamentos sujeitos a grandesMuito empregada em equipamentos sujeitos a grandesvibrações, mas com pequenos esforços, como,eletrodomésticos, painéis automotivos, equipamentosde refrigeração etc. O travamento se dá entre oconjunto parafuso/porca. Os dentes inclinados dasarruelas formam uma mola quando são pressionadose se encravam na cabeça do parafuso.



� Arruela dentada



� Arruela serrilhadaA arruela serrilhada tem as mesmas funções daA arruela serrilhada tem as mesmas funções daarruela dentada, mas suportam esforços maiores;É usada nos mesmos tipos de trabalho que a arrueladentada.



� Arruela serrilhada



� Arruela onduladaA arruela ondulada não tem cantos vivos. É indicadaA arruela ondulada não tem cantos vivos. É indicadapara superfícies pintadas, evitando danificação doacabamento;É adequada para equipamentos que possuemacabamento externo constituído de chapas finas.



� Arruela ondulada



� Outros tipos


UNIÕES MÓVEIS:CAVILHAS

� Uma cavilha pode ter dupla finalidade, a de transferirtorque e a de prevenir o movimento axial relativo entretorque e a de prevenir o movimento axial relativo entreas peças que se encaixam. Esse movimento tambémpode ser impedido usando-se pressão ou montagemforçada, parafusos ou anéis de retenção.


UNIÕES MÓVEIS:CAVILHAS


UNIÕES MÓVEIS:CONTRAPINO


UNIÕES MÓVEIS:CHAVETAS

� Normalmente chavetas, anéis de retenção e cavilhassão utilizadas para fixar elementos como engrenagenssão utilizadas para fixar elementos como engrenagensou polias, de modo que se possa transferir Iorqueentre eles;


UNIÕES MÓVEIS:ANÉIS DE RETENÇÃO, CHAVETAS E CAVILHAS

� ChavetasO tamanho da chaveta é de um quarto do diâmetro daO tamanho da chaveta é de um quarto do diâmetro daárvore. O comprimento da chaveta é ajustado emfunção do comprimento do cubo e a resistênciarequerida;Algumas vezes, é necessário usar duas chavetas parase obter a resistência exigida.



� ChavetasNa determinação da resistência da chaveta, considera-Na determinação da resistência da chaveta, considera-se que as forças se distribuem uniformemente aolongo do comprimento;Esta suposição, provavelmente, não é verdadeira umavez que a rigidez da árvore, usualmente, é menor quea do cubo, causando grandes forças em uma dasextremidades da chaveta e pequena na outra.



� ChavetasAs chavetas são classificadas de acordo com a suaAs chavetas são classificadas de acordo com a suaforma: chavetas de cunha; chavetas paralelas;chavetas de disco.



� Chavetas


UNIÕES MÓVEIS:ANÉIS

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