SISTEMAS MECÂNICOS I

PROF.: KAIO DUTRA

AULA 1 – PARAFUSOS, FIXADORES E PROJETO DE JUNÇÕES NÃO -PERMANENTES

FIXADORES◦Os métodos típicos de fixação ou de união utilizam dispositivos comoparafusos de porca, porcas, parafusos, rebites, retentores de mola,dispositivos de travamento, pinos, chavetas, soldas e adesivos.

◦Os métodos de fixação pode ser divididos em dois grupos:◦ Fixadores não permanentes: permitem a desmontagem sem danificar o(s)

elemento(s) fixador(es);

◦ Fixadores permanentes: não permite a desmontagem sem danificar o sistemade fixação

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PADRÕES DE ROSCA E DEFINIÇÕES◦A terminologia de rosca de parafuso pode

ser observada na figura.◦O avanço, l, não mostrado, é a distância

em que a porca se move paralelamenteao eixo do parafuso quando lhe é dadauma volta.

◦Um produto de rosqueado múltiplo é umproduto com dois ou mais cortes deroscas, um ao lado do outro. Produtospadronizados como parafusos de porca eporca, têm uma só rosca.

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PADRÕES DE ROSCA E DEFINIÇÕES◦Todas as roscas são feitas conforme aregra da mão direita, se nada emcontrário for indicado.

◦Os padrões de rosca triangular podemser divididos em três grupos:◦ Padrão métrico;

◦ Padrão americano;

◦Withworth.

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PADRÕES DE ROSCA E DEFINIÇÕES◦Para o padrão métrico:

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PADRÕES DE ROSCA E DEFINIÇÕES◦Para o padrão withworth:

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PADRÕES DE ROSCA E DEFINIÇÕES

◦ A tabela apresenta pode ser útil paraespecificar peças rosqueadas no padrãométrico (M);

◦ O perfil M substitui é o perfil básico da ISO68. O MJ, por sua vez, tem um filete ou tiraarredondada da raiz da rosca externa e nodiâmetro menor (especialmente útil pararesistência à fadiga)

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PADRÕES DE ROSCA E DEFINIÇÕES

◦Rocas métricas são especificadasescrevendo-se o diâmetro e o passoem milímetros, nessa ordem.◦Assim, M12x1,75 é uma rosca comdiâmetro maior de 12 mm e um passode 1,75mm.

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PADRÕES DE ROSCA E DEFINIÇÕES

◦A tabela apresenta pode ser útilpara especificar peças rosqueadasno padrão americano (Unified -UN);◦Duas séries principais de roscaunificadas encontram-se em uso:UN e UNR. A diferença entre elasé simplesmente que um raio deraiz deve ser usado nas sériesUNR.

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PADRÕES DE ROSCA E DEFINIÇÕES

◦As roscas americanas sãoespecificadas declarando-se odiâmetro maior nominal, onúmero de roscas por polegada ea série da rosca, por exemplo: 5/818UNF.

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PADRÕES DE ROSCA E DEFINIÇÕES

◦Diversos ensaios de tração debarras rosqueadas mostram queuma barra não-rosqueada tendoum diâmetro igual à média dodiâmetro de passo e do diâmetromenor terá a mesma resistênciade tração que uma barrarosqueada. A área dessa barranão-rosqueada é denominadaárea de tensão At.

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PADRÕES DE ROSCA E DEFINIÇÕES

◦As roscas quadradas (a) e Acme(b), mostradas na figura, sãoutilizadas em parafusos quandopotência deve ser transmitida.

◦A tabela lista passos comuns pararoscas Acme de série empolegada.

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MECÂNICA DOS PARAFUSOS DE POTÊNCIA◦Um parafuso de potência é um dispositivousado em máquinas para transformar omovimento angular em linear e geralmentetransmitir potência.

◦Aplicações familiares incluem parafusos deavanço de tornos mecânicos e parafuso paramorsa, prensa e macacos.

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MECÂNICA DOS PARAFUSOS DE POTÊNCIA◦O parafuso de potência rosqueado quadrado,com uma só rosca tendo um diâmetro médiodm, um passo p, um ângulo de avanço λ e umângulo de hélice ψ, é carregado pela força decompressão axial F. Desejamos encontrar umexpressão para o torque requerido paraelevar esse carga, bem como uma outraexpressão para baixá-la.

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MECÂNICA DOS PARAFUSOS DE POTÊNCIA◦ Representado a rosca quadrada como um hipotético

triângulo reto, cuja base é o comprimento dacircunferência do circulo do diâmetro médio e cujaaltura é o avanço.

◦ Aplicando-se um força Pr para elevar a carga, teremos osistema apresentado (a).

◦ Aplicando-se uma força Pl para baixar a carga, teremoso sistema apresentado (b)

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MECÂNICA DOS PARAFUSOS DE POTÊNCIA◦O sistema, em equilíbrio, para elevar a carga,

fica:

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MECÂNICA DOS PARAFUSOS DE POTÊNCIA◦De maneira semelhante, para baixar a carga (b),

teremos:

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MECÂNICA DOS PARAFUSOS DE POTÊNCIA◦Sabendo-se que:

◦Dividido-se o numerador e denominador porcosλ, têm-se:

◦Para obter o torque necessário de subida edescida, multiplica-se as equações por dm/2:

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MECÂNICA DOS PARAFUSOS DE POTÊNCIA◦Pode ocorrer, nos casos de grande avanço e

pequena fricção, que a carga baixe por simesma. Neste caso, o torque Tl será igual oumenor que zero.

◦Quando o torque de descida é positivo, diz-seque o parafuso é autobloqueante.

◦Dessa forma, a condição para autobloqueio é:

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MECÂNICA DOS PARAFUSOS DE POTÊNCIA◦Uma expressão para eficiência é também útil na

avaliação de parafusos de potência.

◦Se estabelecermos o fator de atrito=0, teremos:

◦Desta forma termos uma eficiência na forma:

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MECÂNICA DOS PARAFUSOS DE POTÊNCIA◦As equações precedentes

foram desenvolvidas pararoscas quadradas em quecargas são paralelas ao eixodo parafuso.

◦No caso de roscas ACME eoutras roscas, a carga derosca normal está inclinadarelativamente ao eixo.

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MECÂNICA DOS PARAFUSOS DE POTÊNCIA◦ Para elevar a carga, ou para

apertar um parafuso, têm-se:

◦ Para parafusos de potência, arosca ACME é menos eficiente,visto à fricção adicional, masfrequentemente requeridadevido a facilidade deusinagem.

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MECÂNICA DOS PARAFUSOS DE POTÊNCIA◦Quando um colar, mancal axial ou apoio é utilizado

como apoio, tem-se um terceiro componente detorque.

◦A figura mostra um colar típico, onde assume-seque a carga esteja concentrada no diâmetro médiodo colar dc. Se fc é o coeficiente de fricção dessecalar, o torque requerido é:

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MECÂNICA DOS PARAFUSOS DE POTÊNCIA◦Tensões nominais de corpo em parafusos de

potência podem ser relacionadas aosparâmetros de rosca como segue.

◦A tensão nominal de cisalhamento na torçãodo corpo do parafuso pode ser expressacomo:

◦A tensão axial no corpo do parafuso devido acarga F é:

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MECÂNICA DOS PARAFUSOS DE POTÊNCIA◦Para uma coluna curta, a equação de J. B.

Johnson pode ser usada:

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MECÂNICA DOS PARAFUSOS DE POTÊNCIA◦As tensões normais de rosca em parafusos de

potência podem ser relacionadas aparâmetros de rosca como segue. Para atensão de apoio:

◦Onde nt é o número de roscas engajadas.

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MECÂNICA DOS PARAFUSOS DE POTÊNCIA◦A tensão de flexão na raiz da rosca pode ser

encontrada a partir de:

◦A tensão transversal de cisalhamento, nocentro da raiz da rosca, decorre da carga F:

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MECÂNICA DOS PARAFUSOS DE POTÊNCIA◦A tensão de flexão na raiz da rosca pode ser

encontrada a partir de:

◦A tensão transversal de cisalhamento, nocentro da raiz da rosca, decorre da carga F:

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MECÂNICA DOS PARAFUSOS DE POTÊNCIA◦A partir do sistema de coordenadas da figura,

observa-se que:

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MECÂNICA DOS PARAFUSOS DE POTÊNCIA◦Para realizar análises de falha pode-se usar os

seguintes critérios:◦ Von Mises:

◦ Cisalhamento máximo:

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MECÂNICA DOS PARAFUSOS DE POTÊNCIA

◦Um parafuso de potência levantando uma carga está emcompressão e seu passo de rosca é encurtado devido àdeformação elástica. Sua porca de engajamento está emtração e seu passo de rosca é alongado.

◦As roscas engajadas não podem compartilhar a cargaigualmente. Alguns experimentos mostram que aprimeira rosca engajada carrega 0,38 da carga; asegunda, 0,25; a terceira, 0,18; e a sétima está livre decarga.

◦Ao estimar as tensões de rosca usando as equaçõessupracitadas, substituir 0,38F por F e estabelecer n, em 1proverá o nível mais elevado de tensões na combinaçãorosca-porca.

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MECÂNICA DOS PARAFUSOS DE POTÊNCIA

◦Ham e Ryan mostraram que o coeficiente de fricção em roscas de parafusosindepende da carga axial (longitudinal), praticamente independe da velocidade,decresce com lubrificantes mais pesados, mostra:pouca variação com combinação de materiais e é melhor para aços em bronze.

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MECÂNICA DOS PARAFUSOS DE POTÊNCIAExemplo 8.1◦Um parafuso de potência de rosca quadrada tem um

diâmetro maior que 32mm e um passo de 4mm comroscas duplas, devendo ser usado em uma aplicaçãosimilar à Figura. Os dados fornecidos incluem f=0,08,dc=40mm e F=6,4KN por parafuso.◦ A) Encontre a profundidade da rosca, a largura da rosca, o

diâmetro de passo, o diâmetro menor e o avanço.◦ B) Encontre o torque requerido para elevar e baixar a carga.◦ C) Encontre a eficiência durante a elevação da carga.◦ D) Encontre as tensões de corpo, torcional e compressiva.◦ E) Encontre a tensão de mancal.◦ F) Encontre as tensões de rosca fletindo na raiz, o cisalhamento

na raiz, bem como a tensão de Von Mises e tensão máxima decisalhamento no mesmo local.

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MECÂNICA DOS PARAFUSOS DE POTÊNCIAExemplo 8.1◦A) Encontre a profundidade da rosca, a largura da

rosca, o diâmetro de passo, o diâmetro menor e oavanço.

◦B) Encontre o torque requerido para elevar ebaixar a carga.

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MECÂNICA DOS PARAFUSOS DE POTÊNCIAExemplo 8.1◦C) Encontre a eficiência durante a elevação da carga.

◦D) Encontre as tensões de corpo, torcional ecompressiva.

◦E) Encontre a tensão de mancal.

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MECÂNICA DOS PARAFUSOS DE POTÊNCIAExemplo 8.1◦F) Encontre as tensões de rosca fletindo na raiz, o

cisalhamento na raiz, bem como a tensão de VonMises e tensão máxima de cisalhamento no mesmolocal.

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