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ELEMENTOS ORGÂNICOS DE MÁQUINAS I

AT-096

Universidade Federal do Paraná

Curso de Engenharia Industrial Madeireira

Dr. Alan Sulato de Andrade

[email protected]

UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS

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UNIÕES MÓVEIS:

Uniões moveis são aquelas que se caracterizam pela

possibilidade de separar as peças previamente

unidas sem danificar o conjunto.

B

A

União de dois elementos Tentativa de separação

B

A


UNIÕES MÓVEIS:

Junção de peças por rebite

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UNIÕES MÓVEIS:

Junção de peças por parafusos, porca e arruela.


UNIÕES MÓVEIS:

Os elementos que são mais utilizados e que

merecem destaque são:

Rebite,

Parafusos, porcas, arruelas,

cavilhas, contrapinos, anéis e chavetas.

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UNIÕES MÓVEIS:

REBITES

A união por rebites é um dos primeiros sistemas de união mecânica de materiais metálicos utilizado pela industria de manufatura.

Processo de execução simples, barato e que resulta em peças extremamente resistentes são características desse tipo de procedimento.


UNIÕES MÓVEIS:

REBITES

A escolha adequada do rebite se dará pela análise

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.

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UNIÕES MÓVEIS:

REBITES

Os rebites podem ser maciços ou ocos:

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


UNIÕES MÓVEIS:

REBITES

Maciços:

Rebite maciço

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UNIÕES MÓVEIS:

REBITES

Rebites ocos:

Rebite oco


UNIÕES MÓVEIS:

REBITES

Principais tipos:

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UNIÕES MÓVEIS:

REBITES

Principais tipos:


UNIÕES MÓVEIS:

REBITES

Tipos de processo de Rebitagem:

Processo Manual,

Processo Mecânico.

Martelo Pneumático,

Rebitadeiras Hidráulicas,

Rebitadeiras Pneumáticas.

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UNIÕES MÓVEIS:

REBITES

Tipos de processo de Rebitagem:

Processo Manual

Utilizado para rebitar em locais de difícil acesso ou

peças pequenas.

Processo Mecânico

Permite rebitamento mais resistente e contínuo.


UNIÕES MÓVEIS:

REBITES

Instalação:

Golpeamento manual ou automático

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UNIÕES MÓVEIS:

REBITES


UNIÕES MÓVEIS:

REBITES

Tipos de processo de Rebitagem – Processo a Quente:

Na rebitagem a quente o rebite é aquecido por fornos

a gás, elétricos ou maçarico. O rebite é martelado à

mão ou à máquina até adquirir o formato. Os fornos

possibilitam um controle da temperatura necessária

para aquecer o rebite. Já o maçarico apresenta a

vantagem de permitir o deslocamento da fonte de

calor. A rebitagem a quente é indicada para rebites

com diâmetro superior a 6,35 mm. Aplicada,

especialmente, em rebites de aço.

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UNIÕES MÓVEIS:

REBITES

Tipos de processo de Rebitagem – Processo a Frio:

A rebitagem a frio é feita por martelamento, sem

utilizar qualquer fonte de calor. Indicada para rebites

com diâmetro de até 6,3 mm, se o trabalho for à mão,

e de 10 mm, se for à máquina. Usa-se na rebitagem a

frio rebites de aço, alumínio etc.


UNIÕES MÓVEIS:

REBITES

Instalação:

Processo a quente e a frio

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UNIÕES MÓVEIS:

REBITES

Tipos de ligação:

Podemos classificar as ligações por rebites de três formas distintas:

Ligações Resistentes,

Ligações Estanques,

Ligações Resistentes e Estanques.


UNIÕES MÓVEIS:

REBITES

Ligações Resistentes:

O objetivo é conseguir que as duas peças ligadas

transmitam os esforços e lhes resistam como se

fossem uma única, ex: nas estruturas metálicas de

edifícios, pontes etc.

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UNIÕES MÓVEIS:

REBITES

Pontes mais antigas utilizam

rebites como elementos de união


UNIÕES MÓVEIS:

REBITES

Ligações Estanques:

Quando se pretende que as juntas da ligação

impeçam a passagem de gases ou líquidos, ex:

depósitos de gases.

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UNIÕES MÓVEIS:

REBITES

Depósitos de gás e combustíveis

mais antigas utilizam



UNIÕES MÓVEIS:

REBITES

Ligações Resistentes e Estanques:

Quando se pretende que tenham simultaneamente as

características dos dois tipos anteriores. ex:

construção naval, caldeiras, etc.

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UNIÕES MÓVEIS:

REBITES

Caldeiras

mais antigas utilizam



UNIÕES MÓVEIS:

REBITES

Materiais empregados para construção de Rebites:

Os rebites devem ser construídos com material

resistente e dúctil. Os materiais mais utilizados nos

rebites são o aço, cobre, alumínio e latão.

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UNIÕES MÓVEIS:

REBITES

Tipos de ligação:

A B C

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


UNIÕES MÓVEIS:

REBITES

Os rebites podem ser empregados em uniões com elevada resistência para estruturas de aço; junções estanques de elevada resistência para caldeiraria; junções estanques em recipientes de pequena altura como: chaminés, tubos de descarga e tubulações sujeitas à baixas pressões; junções de responsabilidade de chapas de revestimento: aviões, navios ou equipamentos.

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UNIÕES MÓVEIS:

REBITES

Vantagens e desvantagens:

As junções rebitadas são mais simples e baratas 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 das junções por solda;

Acarretam uma redução da resistência do material da ordem de 13 a 42%, devido à redução de área pela furacão para os rebites, contra uma redução de 10 a 40% para as junções soldadas;


UNIÕES MÓVEIS:

REBITES

Solicitações e dimensionamento de junções rebitadas:

Quando uma força de tração é aplicada na junção de um par de chapas unidas por rebites ocorre uma força de atrito até que ocorra o deslizamento entre as duas chapas; após o deslizamento, ocorre o contato entre a superfície cilíndrica do furo e a haste do rebite solicitando: o rebite por cisalhamento e compressão; o furo que aloja o rebite por compressão. Esses esforços pode levar a união a apresentar diversos tipos de falhas.

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UNIÕES MÓVEIS:

REBITES

Solicitações e dimensionamento de junções rebitadas:

Solicitação


UNIÕES MÓVEIS:

REBITES

Falhas em uniões rebitadas:

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UNIÕES MÓVEIS:

REBITES

Cisalhamento dos rebites:

O fator cisalhamento nos rebites previne o corte das seções dos rebites entre duas chapas. Estas seriam as seções chamadas de seções de corte ou seções resistentes.

Considerando:

n - número de rebites que resiste à carga P

m - número de seções resistentes por rebite.

d - diâmetro dos rebites


UNIÕES MÓVEIS:

REBITES


A força P é resistida por "n" rebites com "m" seções resistentes cada um. Então a área resistente total nos casos de uma ligação rebitada é:

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UNIÕES MÓVEIS:

REBITES


Sendo reb a tensão admissível ao cisalhamento do material do rebite, a tensão tangencial desenvolvida não pode ultrapassar a admitida. A condição de segurança para o cisalhamento nos rebites expressa de uma forma analítica seria:


UNIÕES MÓVEIS:

REBITES

Compressão nas paredes dos furos:

A força exercida nas chapas, e estando a ligação em equilíbrio estático, cria uma zona comprimida entre as paredes dos furos dos rebites e o próprio rebite. Esta compressão pode ser tão grande a ponto de esmagar as paredes dos furos e colocar em risco toda a ligação rebitada. Deve-se portanto descartar esta possibilidade.

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UNIÕES MÓVEIS:

REBITES


Sejam duas chapas ligadas entre si por um rebite de diâmetro "d",conforme figura:


UNIÕES MÓVEIS:

REBITES


Observam-se zonas comprimidas nas duas chapas devido à ação do rebite sobre elas, sendo na vista de cima, representada a ação do rebite na chapa superior. À fim de facilitar-se o cálculo destas compressões substitui-se a área semi cilíndrica, da parede do furo, por sua projeção, que seria uma área equivalente ou simplificada ficando:

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UNIÕES MÓVEIS:

REBITES



UNIÕES MÓVEIS:

REBITES


Como nos casos de ligações rebitadas existem n rebites, podemos generalizar a expressão:

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UNIÕES MÓVEIS:

REBITES


Sendo chapa a tensão de compressão admissível para o material da chapa ou dos cobre juntas, então para que o projeto funcione com segurança, a condição expressa analiticamente ficaria:

As tensões de compressão não se distribuem de maneira exatamente uniforme, entretanto assim se admite.


UNIÕES MÓVEIS:

REBITES

Tração nas chapas enfraquecidas:

Quando se perfura as chapas para a colocação de rebites elas são enfraquecidas em sua seção transversal. Quanto maior for o número de furos em uma mesma seção transversal, mais enfraquecida ficará a chapa nesta seção, pois sua área resistente à tração fica reduzida.

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UNIÕES MÓVEIS:

REBITES


Antes da furação a seção transversal da chapa que resistia à tração era:


UNIÕES MÓVEIS:

REBITES


Supondo que se façam dois furos em uma mesma seção transversal de chapa para a colocação de rebites. A nova área resistente será:

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UNIÕES MÓVEIS:

REBITES


A nova tensão de tração desenvolvida será:


UNIÕES MÓVEIS:

REBITES


Para generalizar criamos uma grandeza, n1 que reapresenta o número de rebites colocados em uma mesma seção transversal.

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UNIÕES MÓVEIS:

REBITES


A condição de segurança expressa analiticamente será:

Onde T representa a tensão de tração admissível para o material das chapas ou coberturas


UNIÕES MÓVEIS:

REBITES

Considerações práticas: Material.

Os materiais para a confecção de rebites são normalizados;

De um modo geral, os rebites que são utilizados na fabricação de estruturas de aço, de reservatórios e na caldeiraria, utilizam-se de aço mais tenaz;

Os componentes básicos dos materiais dos rebites e da chapas devem ser idênticos a fim de evitar dilatações térmicas diferentes e o surgimento de pilhas galvânicas, que provoca respectivamente afrouxamento das uniões e corrosão;

Desta forma, no processo de rebitagem de chapas de alumínio usa-se rebites de alumínio, de chapas de aço rebites de aço;

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UNIÕES MÓVEIS:

REBITES

Considerações práticas: Nas estruturas de aço:

Não devem ocorrer maiores deformações das chapas nem escoamentos das junções rebitadas;

Os valores experimentais das tensões dos rebites se encontram tabelados em normas;

Nas construções de caldeiras:

Não devem ser ultrapassados os limites de deslizamento entre as chapas;

Os valores das tensões são também tabelados;

Para solicitações dinâmicas:

Não se devem ultrapassar o limite de deslizamento da junção rebitada nem o de resistência permanente da chapa;


UNIÕES MÓVEIS:

REBITES

Considerações práticas: Superfície da chapa rebitada:

Quanto mais áspera for a superfície da chapa rebitada tanto maiores serão a resistência ao deslizamento e o limite de resistência permanente.

Experiência mostra que chapas de aço pintadas com zarcão apresentaram uma resistência ao deslocamento 50% inferior àquelas que foram limpas com gasolina;

Nas junções rebitadas de chapas sobrepostas:

Essas junções são solicitadas também por flexão pois sofrem efeitos 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;

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UNIÕES MÓVEIS:

REBITES

Considerações práticas: Nas junções rebitadas:

Quando se utiliza um par de laias de junção, a resistência ao deslizamento é menor pois, se as espessuras das duas chapas não forem exatamente iguais, se aplicará menor pressão à chapa de menor espessura;

Havendo várias fileiras sucessivas de rebites:

O limite de deslizamento é atingido nas fileiras externas antes de o ser na internas, de modo que, para três fileiras de rebites, tensão dever ser reduzido;


UNIÕES MÓVEIS:

REBITES

Considerações práticas: Comprimento do rebite:

Quanto maior a soma das espessuras das chapas rebitadas uma a outra, tanto maior o comprimento das hastes dos rebites utilizados e, portanto, tanto maiores as respectivas contrações de resfriamento, o que resulta em maior resistência ao deslizamento;

Execução:

A rebitagem feita à máquina apresenta um limite de deslizamento maior e mais uniforme entre as chapas rebitadas que o obtido na rebitagem feita à mão;

Entre as propriedades dos dois tipos de rebitagem acima citados se situam as propriedades da rebitagem feita com martelo de ar comprimido.

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UNIÕES MÓVEIS:

REBITES

Considerações práticas: Montagem:

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


UNIÕES MÓVEIS:

PARAFUSOS

União por parafusos consiste num tipo de união móvel

mais prática que a união por rebites, sendo sua

montagem e desmontagem extremamente simples.

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UNIÕES MÓVEIS:

PARAFUSOS

Utilizado nos mais diversos campos:

Campos de aplicação


UNIÕES MÓVEIS:

PARAFUSOS

Na antiguidade, o matemático grego Archytas de

Tarentum (428 - 350 AC.) foi responsável pela

invenção do parafuso. No 1 século AC., os

parafusos de madeira foram usados em todo o

mundo Mediterrâneo em dispositivos como prensas

de óleo e de vinho. Os parafusos de metal só

apareceram na Europa a partir do ano de 1400.

http://images.google.com.br/imgres?imgurl=http://www.bicon.com/images/difference.jpg&imgrefurl=http://www.bicon.com/worldwide/bicon_br/b_difference.html&h=429&w=322&sz=17&hl=pt-BR&start=86&um=1&tbnid=D4tM1lHk023C1M:&tbnh=126&tbnw=95&prev=/images%3Fq%3Dparafuso%26start%3D72%26ndsp%3D18%26svnum%3D10%26um%3D1%26hl%3Dpt-BR%26sa%3DN

http://images.google.com.br/imgres?imgurl=http://img380.imageshack.us/img380/8508/10007248sx.jpg&imgrefurl=http://www.ibizaclubpt.com/forum/showthread.php%3Ft%3D5518&h=600&w=800&sz=71&hl=pt-BR&start=121&um=1&tbnid=hgViG_WjKyg5lM:&tbnh=107&tbnw=143&prev=/images%3Fq%3Dparafuso%26start%3D108%26ndsp%3D18%26svnum%3D10%26um%3D1%26hl%3Dpt-BR%26sa%3DN

http://images.google.com.br/imgres?imgurl=http://www.usedmachines.com.br/fotos/116.jpg&imgrefurl=http://www.usedmachines.com.br/index8.htm&h=451&w=338&sz=34&hl=pt-BR&start=122&um=1&tbnid=Ec40GBVlS8V4dM:&tbnh=127&tbnw=95&prev=/images%3Fq%3Dparafuso%26start%3D108%26ndsp%3D18%26svnum%3D10%26um%3D1%26hl%3Dpt-BR%26sa%3DN

http://www.schuermann.com.br/hp/interna.asp?p_codmnu=2&p_codpro=30

http://www.schuermann.com.br/hp/interna.asp?p_codmnu=2&p_codpro=1

30


UNIÕES MÓVEIS:

PARAFUSOS

O britânico Henry Maudslay patenteou o parafuso de

fenda em 1797; um dispositivo similar foi patenteado

por David Wilkinson nos Estados Unidos no ano

seguinte. Na atualidade o parafuso está presente em

praticamente todos os aparelhos e estruturas

construídos pelo homem.


UNIÕES MÓVEIS:

PARAFUSOS

Porém os parafusos são utilizados tanto para manter

elementos unidos, como no caso de parafusos de

fixação, quanto para mover cargas, como no caso

dos chamados parafusos de potência, ou parafusos

de avanço.

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UNIÕES MÓVEIS:

PARAFUSOS

Parafusos usados para fixação podem ser arranjados

para resistir a cargas de tração, de cisalhamento, ou

ambas.

Desta forma, uma questão importante é levantada, e

se referente ao fato que estes elementos precisam se

manter juntos e apertados.


UNIÕES MÓVEIS:

PARAFUSOS

Há diversas características que devem ser

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, outros

metais). Materiais inoxidáveis entre outros.

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UNIÕES MÓVEIS:

PARAFUSOS

Os parafusos são feitos em uma larga gama de

materiais, com muitas variedades de aço que são

talvez os mais comuns. Onde é necessário

resistência 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 que

requer uma força moderada e grande resistência à

corrosão ou isolação elétrica. Mesmo a porcelana e o

vidro podem ser moldados.


UNIÕES MÓVEIS:

PARAFUSOS



Aperta-se indefinidamente um parafuso é

adequado?

(Nunca apertar indefinidamente, a tensão gerada

pode ser superior a tensão admissível do material

que é construído o elemento)

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UNIÕES MÓVEIS:

PARAFUSOS

Devemos lembrar que um parafuso é construído tendo

como base um material, e este apresenta uma tensão

admissível para cada tipo de solicitação. Cabe aos

engenheiros ter informações suficientes sobre os

materiais e respeitar os limites de segurança para um

correto dimensionamento da união.


UNIÕES MÓVEIS:

PARAFUSOS

Os fabricantes de parafusos apresentam diversas

informações como a tensão mínima de escoamento, o

limite de resistência entre outros informações

relevantes.

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UNIÕES MÓVEIS:

PARAFUSOS



Qual o aperto máximo de um parafuso?

Deve ser o suficiente para fixar os elementos,

normalmente se utiliza uma chave de torque

reguladora)


UNIÕES MÓVEIS:

PARAFUSOS

Em função de se conhecer as dimensões do elemento e sua tensão admissível, pode-se estimar qual a força a ser aplicada para não comprometer a integridade deste. Outro ponto que deve ser observado seria os elementos que serão unidos, pois em uma situação hipotética, a carga gerada no ato de aperto poderia danificar os elementos.

Zonas de deformação

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UNIÕES MÓVEIS:

PARAFUSOS

Um torque de 1 kgf.m é o resultado de uma força de 1

kgf (quilograma-força) aplicado na extremidade de

uma alavanca de 1 metro. Se a alavanca ou chave fixa

tiver apenas 10 cm, para obter o mesmo torque você

necessita aplicar uma força de 10 kgf. Quanto maior o

torque de aperto, maior a força axial ou força de aperto

do parafuso. Essa proporcionalidade varia, no entanto,

em função da força de atrito existente entre os filetes

das roscas.

T=F.d


UNIÕES MÓVEIS:

PARAFUSOS

Para aplicações críticas de elevada tensã/força, onde os parafusos de baixa qualidade podem falhar, tendo por resultado danos ou ferimento. Os parafusos SAE, um teste padrão distintivo do funcionamento é imprimido nas cabeças para permitir a inspeção e o validação da força do parafuso. Tais parafusos inferiores são um perigo à vida e à propriedade quando usados em aviões, automóveis, caminhões pesados, e aplicações críticas similares.

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UNIÕES MÓVEIS:

PARAFUSOS

Padrões de rosca e definições:

O elemento comum entre os vários fixadores é a

rosca. Em termos gerais, a rosca é uma hélice que

faz com que o parafuso avance sobre o material ou

porca quando rotacionado.


UNIÕES MÓVEIS:

As roscas podem ser externas (parafusos

atarrachantes) ou internas (porcas ou furos

rosqueados)

B

A

B

A

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UNIÕES MÓVEIS:

PARAFUSOS


UNIÕES MÓVEIS:

PARAFUSOS


As formas de roscas originalmente eram diferentes para

cada um dos países fabricantes, porém, após a Segunda

Guerra Mundial, foram padronizadas na Inglaterra,

Canadá e nos Estados Unidos no que é conhecido hoje

como Unified National Standard (UNS). Na Europa, o

padrão é definido pela ISO. Ambas possuem

essencialmente a mesma forma, porem não são

intercambiáveis.

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UNIÕES MÓVEIS:

PARAFUSOS


Sendo os parafusos normalizados, estes apresentam

uma nomenclatura própria:

passo (pitch): representa a distância entre pontos

correspondentes de filetes adjacentes, medidos

paralelamente ao eixo da rosca

o diâmetro maior ou nominal (major), médio

(mean) e menor ou da raiz (minor), representam o

maior diâmetro, a média entre o diâmetro maior e

o da raiz, e o menor diâmetro, respectivamente;


UNIÕES MÓVEIS:

PARAFUSOS


Sendo os parafusos normalizados, estes apresentam uma 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 angulo formado entre duas faces da rosca. (60º ISO e UNS)

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UNIÕES MÓVEIS:

PARAFUSOS

Padrões de rosca e definições: d

dp

dr


UNIÕES MÓVEIS:

PARAFUSOS


o avanço (l), é a distância que a porca avança

paralelamente ao eixo da rosca quando é girada

uma volta,

rosca simples (ou de uma entrada): o avanço é

igual ao passo;

roscas de múltiplas entradas: possuem mais de

um filete cortado um ao lado do outro; têm avanço

proporcionais ao passo e ao número de entradas.

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UNIÕES MÓVEIS:

PARAFUSOS



UNIÕES MÓVEIS:

PARAFUSOS


As geometrias das roscas apresentam três padrões

principais, sendo elas:

Padrão unificado: apresenta um ângulo da rosca

de 60º e apresenta suas dimensões em

polegadas (EUA e Inglaterra) e milímetros para o

resto do mundo; possuí padronização própria.

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UNIÕES MÓVEIS:

PARAFUSOS


rosca quadrada e rosca Acme: são utilizados em

roscas de potência; cada aplicação é um caso

especial; não há uma necessidade de

padronização.


UNIÕES MÓVEIS:

PARAFUSOS


ISO e UNS

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UNIÕES MÓVEIS:

PARAFUSOS


Rosca quadrada


UNIÕES MÓVEIS:

PARAFUSOS


Rosca ACME

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UNIÕES MÓVEIS:

PARAFUSOS


São padronizadas em função dos diâmetros

nominais e do passo ou número de filetes de cada

rosca;

Na literatura especializada há tabelas que

apresentam o diâmetro padronizado e o passo para

as roscas;

Quando se especifica parafusos para um sistema,

deve-se ficar restrito a estas roscas.


UNIÕES MÓVEIS:

PARAFUSOS


A especificação das roscas unificadas (EUA e a

Inglaterra) é feita pelo diâmetro nominal, o número

de 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

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UNIÕES MÓVEIS:

PARAFUSOS


Para o sistema métrico, especifica-se as roscas pelo

diâmetro nominal e o passo em milímetros:

M12x1,75


UNIÕES MÓVEIS:

PARAFUSOS

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UNIÕES MÓVEIS:

PARAFUSOS

Outros padrões

O padrão unificado não é o único, mas é o mais

utilizado. Outros padrões que merecem ser citados

são:

Whitworth: esse era o padrão utilizado nos EUA e

na Inglaterra antes da adoção do padrão

unificado; o que difere este padrão do unificado é

o fato do ângulo da rosca ser de 55° ao invés dos

60°.


UNIÕES MÓVEIS:

PARAFUSOS

Outros padrões

NPT: a rosca NPT possui a mesma inclinação do

sistema unificado, diferindo por possuir uma

inclinação de 1º47'27" na direção axial da rosca; a

rosca NPT é considerada uma rosca cônica o que a

torna recomendável para: tubulações de ar

comprimido, gás. vapor, água e similares. A sua

especificação é feita de forma similar a do padrão

unificado utilizado nos EUA e Inglaterra.

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UNIÕES MÓVEIS:

PARAFUSOS

Tensão de tração

Se um parafuso ou uma barra rosqueada é submetida

a uma carga de tração pura, é de se esperar que a sua

resistência seja limitada pela área do seu diâmetro

menor (dr).

F F

F F


UNIÕES MÓVEIS:

PARAFUSOS

Tensão de tração

A tensão devida a uma carga de tração F é definida

como:

At

Ft

47


UNIÕES MÓVEIS:

PARAFUSOS

Tensão de Cisalhamento

B

A F


UNIÕES MÓVEIS:

PARAFUSOS


A tensão devida a uma carga cisalhante F é definida

como:

At

Fc

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UNIÕES MÓVEIS:

PARAFUSOS

Área sob tração

Assim área sob tração At é definida como:

4

. 2drAt


UNIÕES MÓVEIS:

PARAFUSOS

Principais falhas:

Cortesia - Curso de Engenharia Civil da FEAR - UPF

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UNIÕES MÓVEIS:

PARAFUSOS

Seqüência de aperto:

Deve-se respeitar uma seqüência lógica para o aperto

da união sendo esta realizada em uma chapa ou em

uma 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 em

máquinas para transformar o movimento angular e

movimento linear e, usualmente, para transmitir

potência.

Estes parafusos são usualmente utilizados em

tornos, prensas, macacos entre outras aplicações.

Aplicando-se um torque à extremidade do parafuso,

movimentando-se a outra extremidade que realiza

trabalho;

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UNIÕES MÓVEIS:



UNIÕES MÓVEIS:


Análise de força e torque em parafusos de potência

Uma rosca de parafuso é essencialmente um plano

inclinado enrolado ao redor de um cilindro de forma a

criar uma hélice. Se desenrolássemos uma volta da

hélice, esta pareceria como um plano inclinado.

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UNIÕES MÓVEIS:



A próxima figura apresenta uma parafuso de

potência com:

rosca quadrada;

uma entrada;

características geométricas: - diâmetro médio dm,

passo p e ângulo de hélice ;

carregado por uma força axial de compressão F.


UNIÕES MÓVEIS:


52


UNIÕES MÓVEIS:



Para o caso de levantamento do peso, as forças nas

direções x e y:

Fx=0 e Fy=0


UNIÕES MÓVEIS:



A força atrito é claro sempre se opõe ao movimento

( - coef. de atrito)

Assim:

53


UNIÕES MÓVEIS:



Torque em função de :

Torque em função de l

s

s


UNIÕES MÓVEIS:



Torque requerido para girar o colar:

Onde: dc é o diâmetro médio do colar, c é o

coeficiente de atrito no rolamento

c

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UNIÕES MÓVEIS:



A mesma análise pode ser feita para o caso de abaixar

a carga. Os sinais das forças aplicada e do atrito

mudam.


UNIÕES MÓVEIS:



O torque para a baixar a carga é:

d

55


UNIÕES MÓVEIS:



Deseja-se encontrar o torque necessário para levantar

e abaixar a carga.

Deve-se então analisar as forças atuantes na porca,

podendo estas ser mostradas como um diagrama de

corpo livre.


UNIÕES MÓVEIS:


56


UNIÕES MÓVEIS:



Desta forma o torque total para levantar a carga:

Tts= + s c


UNIÕES MÓVEIS:



Desta forma o torque total para abaixar a carga:

Ttd= + d c

57


UNIÕES MÓVEIS:


Parafusos auto-retentor

Quando o avanço é suficientemente grande ou o atrito

suficientemente pequeno, a carga abaixa sem o

emprego de qualquer força externa. Em tais casos, o

torque T é negativo ou nulo.

Quando se obtém um torque positivo dessa equação,

diz-se que o parafuso é auto-retentor.


UNIÕES MÓVEIS:


Parafusos auto-retentor

A condição de auto-retenção definida como:

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

tan

costan

cos

dp

l

dp

l

58


UNIÕES MÓVEIS:


Eficiência dos parafusos

Pode-se determinar a relação entre o torque

necessário para movimentar a carga caso não

houvesse atrito (To) e o torque necessário quando há

atrito; Desta forma, a eficiência para se levantar a

carga pode ser escrita como:


UNIÕES MÓVEIS:


Observações finais

Todas as equações precedentes foram obtidas para o caso de se

considerar roscas quadradas: as cargas normais aos flancos são

paralelas ao eixo do parafuso;

No caso da rosca Acme ou da unificada, isso não é verdade devido ao

ângulo da rosca 2;

Se o ângulo de hélice for muito pequeno, sua inclinação poderá ser

desprezado e somente o efeito do ângulo da rosca deverá ser

considerado;

O efeito do ângulo a é aumentar a força de atrito por ação da cunha dos

filetes;

59


UNIÕES MÓVEIS:

PARAFUSOS

Tipos de parafusos

Há diversas formas de se classificar os parafusos.

Aqui se ficará restrito a classificação segundo a forma

do corpo e tipo de cabeça.


UNIÕES MÓVEIS:

PARAFUSOS

Tipos de parafusos

Em relação à forma corpo, um parafuso pode ser:

60


UNIÕES MÓVEIS:

PARAFUSOS

Tipos de parafusos

Em relação as cabeças, os parafusos podem ser

classificados das mais diversas formas:


UNIÕES MÓVEIS:

PARAFUSOS

61


UNIÕES MÓVEIS:

PARAFUSOS


UNIÕES MÓVEIS:

PARAFUSOS

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UNIÕES MÓVEIS:

PARAFUSOS


UNIÕES MÓVEIS:

PARAFUSOS

Normalização do parafusos sextavado

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UNIÕES MÓVEIS:

PARAFUSOS

Normalização do parafusos sextavado internos


UNIÕES MÓVEIS:

PARAFUSOS

Roscas soberbas

Este tipo de rosca é uma rosca cônica de auto fixação

e é muito utilizado para fixação de madeiras e, com

auxílio de buchas plásticas, para a fixação de

elementos em bases de alvenaria.

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UNIÕES MÓVEIS:

PARAFUSOS

Roscas soberbas


UNIÕES MÓVEIS:

PARAFUSOS

Tensões nos filetes

Uma vez determinada à força transmitida pelo

parafuso de rosca quadrada, pode-se determinar a

tensão que atua no filete da rosca. Há principalmente

dois tipos de solicitações agindo nos filetes das

roscas; cisalhamento e compressão.

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UNIÕES MÓVEIS:

PARAFUSOS


Cada carga aluará numa área específica do parafuso;

A área para o cisalhamento será a área do perímetro

da rosca;

A área para a compressão será a área transversal da

rosca;


UNIÕES MÓVEIS:

PARAFUSOS



Supondo que a carga seja uniformemente distribuída

sobre a altura h da porca e que os filetes da rosca do

parafuso falharão no diâmetro menor, a tensão média

de cisalhamento nos filetes da rosca será:

66


UNIÕES MÓVEIS:

PARAFUSOS



Se os filetes falharem no diâmetro maior, a tensão

será:


UNIÕES MÓVEIS:

PARAFUSOS



Para a determinação das tensões médias considerou-

se que os filetes distribuem a carga igualmente. Em

muitos casos essa suposição pode acarretar erros

grosseiros e fatores de segurança fortes (maiores que

2) devem ser usados durante o projeto.

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UNIÕES MÓVEIS:

PARAFUSOS


Tensão de compressão

A tensão de compressão na rosca será:


UNIÕES MÓVEIS:

PARAFUSOS


Tensão de compressão

Este também é uma tensão média, pelo fato da força

ter sido considerada uniformemente distribuída sobre a

face dos filetes. Realmente, pode haver alguma flexão

na rosca, o que faz com que, também neste caso, se

empregue um fator de segurança elevado.

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UNIÕES MÓVEIS:

PORCAS

Tipos de porcas

O perfil da rosca varia de acordo com o tipo de

aplicação que se deseja;

As porcas usadas para fixação geralmente têm roscas

com perfil triangular;

As porcas para transmissão de movimentos têm

roscas com perfis quadrados, trapezoidais, redondos e

dentes de serra.


UNIÕES MÓVEIS:

PORCAS

Tipos de porcas

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UNIÕES MÓVEIS:

PORCAS

Tipos de porcas

As cabeças das porcas podem se apresentar nos mais

variados tipos, tanto para aperto manual quanto para

apertos com ferramentas. Usualmente as porcas

manuais possuem um dispositivo para aplicar o Iorque

de aperto necessário com as mãos (borboletas,

recartilhados, ets). As para aperto com ferramenta, o

formato da cabeça é o requerido para fazer o encaixe

com a ferramenta (sextavados, fendas, etc).


UNIÕES MÓVEIS:

PORCAS

Tipos de porcas

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UNIÕES MÓVEIS:

PORCAS

Tipos de porcas


UNIÕES MÓVEIS:

PORCAS

Tipos de porcas

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UNIÕES MÓVEIS:

ARRUELAS

As arruelas têm a finalidade de promover uma pré-

tensão nos parafusos mais uniforme, evitando assim

que os parafusos se afrouxem;

Usualmente um sistema de fixação por parafuso

possuem três componentes principais, o parafuso

propriamente dito, uma porca e uma arruela


UNIÕES MÓVEIS:

ARRUELAS

Arruela lisa

Além de distribuir igualmente o aperto, a arruela lisa

tem, também, tem a função de melhorar os aspectos

do conjunto;

A arruela lisa por não ter elemento de trava, é utilizada

em uniões de máquinas que sofrem pequenas

vibrações.

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UNIÕES MÓVEIS:

ARRUELAS

Arruela lisa


UNIÕES MÓVEIS:

ARRUELAS

Arruela de pressão

A arruela de pressão é utilizada na montagem de

conjuntos mecânicos, submetidos a grandes esforços

e grandes vibrações. A arruela de pressão funciona,

também, como elemento de trava, evitando o

afrouxamento do parafuso e da porca. É, ainda, muito

empregada em equipamentos que sofrem variações

de temperatura (automóveis, prensas etc.)

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UNIÕES MÓVEIS:

ARRUELAS

Arruela de pressão


UNIÕES MÓVEIS:

ARRUELAS

Arruela dentada

Muito empregada em equipamentos sujeitos a grandes

vibrações, mas com pequenos esforços, como,

eletrodomésticos, painéis automotivos, equipamentos

de refrigeração etc. O travamento se dá entre o

conjunto parafuso/porca. Os dentes inclinados das

arruelas formam uma mola quando são pressionados

e se encravam na cabeça do parafuso.

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UNIÕES MÓVEIS:

ARRUELAS

Arruela dentada


UNIÕES MÓVEIS:

ARRUELAS

Arruela serrilhada

A arruela serrilhada tem as mesmas funções da

arruela dentada, mas suportam esforços maiores;

É usada nos mesmos tipos de trabalho que a arruela

dentada.

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UNIÕES MÓVEIS:

ARRUELAS

Arruela serrilhada


UNIÕES MÓVEIS:

ARRUELAS

Arruela ondulada

A arruela ondulada não tem cantos vivos. É indicada

para superfícies pintadas, evitando danificação do

acabamento;

É adequada para equipamentos que possuem

acabamento externo constituído de chapas finas.

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UNIÕES MÓVEIS:

ARRUELAS

Arruela ondulada


UNIÕES MÓVEIS:

ARRUELAS

Outros tipos

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UNIÕES MÓVEIS:

ARRUELAS

Outros tipos


UNIÕES MÓVEIS:

CAVILHAS

Uma cavilha pode ter dupla finalidade, a de transferir

torque e a de prevenir o movimento axial relativo entre

as peças que se encaixam. Esse movimento também

pode ser impedido usando-se pressão ou montagem

forçada, parafusos ou anéis de retenção.

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UNIÕES MÓVEIS:

CAVILHAS


UNIÕES MÓVEIS:

CONTRAPINO

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UNIÕES MÓVEIS:

CHAVETAS

Normalmente chavetas, anéis de retenção e cavilhas

são utilizadas para fixar elementos como engrenagens

ou polias, de modo que se possa transferir Iorque

entre eles;


UNIÕES MÓVEIS:

CHAVETAS

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UNIÕES MÓVEIS:

CHAVETAS


UNIÕES MÓVEIS:

ANÉIS DE RETENÇÃO, CHAVETAS E CAVILHAS

Chavetas

O tamanho da chaveta é de um quarto do diâmetro da

árvore. O comprimento da chaveta é ajustado em

função do comprimento do cubo e a resistência

requerida;

Algumas vezes, é necessário usar duas chavetas para

se obter a resistência exigida.

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UNIÕES MÓVEIS:


Chavetas

Na determinação da resistência da chaveta, considera-

se que as forças se distribuem uniformemente ao

longo do comprimento;

Esta suposição, provavelmente, não é verdadeira uma

vez que a rigidez da árvore, usualmente, é menor que

a do cubo, causando grandes forças em uma das

extremidades da chaveta e pequena na outra.


UNIÕES MÓVEIS:


Chavetas

As chavetas são classificadas de acordo com a sua

forma: chavetas de cunha; chavetas paralelas;

chavetas de disco.

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UNIÕES MÓVEIS:

CHAVETAS

Chavetas


UNIÕES MÓVEIS:

CHAVETAS

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UNIÕES MÓVEIS:

ANÉIS

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