Elementos de Fixacao - Unioes Soldadas Rebitadas Parafusadas Pinos e Mais

Elementos de Máquinas Unidade 2 Elementos de Fixação 2 Elementos de fixação Slide 3 Introdução Slide 5 Elementos de fixação permanente e não permanentes Slide 6 Uniões soldadas Slide 28 Uniões rebitadas Slide 69 Uniões parafusadas Slide 122 Pinos cupilhas porcas arruelas e chavetas Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 2 2 Elementos de fixação 21 Introdução Na mecânica é muito comum a necessidade de unir peças como chapas perfis e barras Qualquer construção por mais simples que seja exige união de peças entre si As peças a serem unidas exigem elementos próprios de união chamados de elementos de fixação Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 3 2 Elementos de fixação Principais elementos de fixação Rebites Pinos Cavilhas Cupilhas ou contrapinos Parafusos Porcas Arruelas Anéis elásticos Chavetas Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 4 2 Elementos de fixação Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 5 22 Elementos de Fixação permanente e não Permanente união móvel os elementos de fixação podem ser colocados ou retirados do conjunto sem causar qualquer dano às peças que foram unidas É o caso por exemplo de uniões feitas com parafusos porcas e arruelas união permanente os elementos de fixação uma vez instalados não podem ser retirados sem que fiquem inutilizados É o caso por exemplo de uniões feitas com rebites e soldas 2 Elementos de fixação 23 Uniões Soldadas A maior vantagem da solda sobre os processos com rebites parafusos etc é que o fluxo de forças é mais retilíneo e uniforme Além disto evitamse esforços adicionais de flexão e eliminamse elementos sobrepostos ficando com melhor estética Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 6 2 Elementos de fixação Regras Práticas para a Confecção das Soldas 1º Devese evitar a colocação de cordões de solda em zonas altamente solicitadas em pontos de descontinuidade e de concentração de tensão Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 7 2 Elementos de fixação 2º Evitar solicitação de tração na raiz da solda pois neste ponto a solda nunca é perfeita No caso de flexão dinâmica a solda deve ser feita nas duas extremidades da junta e se possível dispor o cordão de solda inclinado ao plano das solicitações Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 8 2 Elementos de fixação 3º As espessuras nas paredes das juntas devem ser iguais para que haja fusão igual em ambas as peças Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 9 2 Elementos de fixação 4º Evitar paredes planas de grande extensão pois tem tendência de empenaremse com o aquecimento ocasionado pela soldagem Em casos de soldas deste tipo devese estampar nervuras nas peças Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 10 2 Elementos de fixação Soldabilidade dos Aços Em geral a maior ou menor soldabilidade dos aços vai depender também Teor de impurezas tais como enxofre fósforo etc Das dimensões da secção transversal da peça Da temperabilidade do aço Nos açosligas levase em consideração o tipo de liga e suas percentagens Os aços com teor de carbono inferior a 025 são de fácil soldabilidade pelos processos tradicionais O ferro fundido alumínio liga de níquel cobre e ligas de cobre exigem processos especiais na execução da soldagem Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 11 2 Elementos de fixação Aços com baixo teor de carbono C 030 apresentam boa soldabilidade Aços de médio teor de carbono 030 C 045 apresentam uma boa soldabilidade mas a zona afetada pelo calor ZAC tornase dura devido a têmpera localizada Este inconveniente pode ser melhorado com um préaquecimento entre 150 e 250 ºC e um recozimento da junta após a soldagem a uma temperatura de 600 a 650 ºC Aços com alto teor de carbono 045 C 080 são difíceis de soldar Neste caso a junta soldada apresentase frágil e propícia ao aparecimento de trincas Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 12 2 Elementos de fixação Resistência de Juntas Soldadas A compatibilidade das propriedades do eletrodo com as do metal base original em geral não é tão importante quanto a energia de soldagem EUIv e a habilidade do soldador A seguir listase as propriedades mínimas para algumas classes de eletrodos Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 13 2 Elementos de fixação Fator de Segurança Para garantir a segurança de uma estrutura é necessário escolher uma tensão admissível que restrinja a carga aplicada a uma que seja menor que aquela que a estrutura possa suportar Há vários motivos para isso imprecisão de cálculo imperfeições oriundas do processo de fabricação variabilidade nas propriedades mecânicas dos materiais degradação do material etc Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 14 2 Elementos de fixação Uma das maneiras de especificar a tensão admissível é definir um coeficiente de segurança dado por As tensões de ruptura são determinadas experimentalmente e o coeficiente de segurança é selecionado baseado no tipo de estrutura e em suas aplicações Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 15 2 Elementos de fixação Tensões Permitidas para o Metal de Solda A Tabela a seguir lista as fórmulas especificadas para cálculos dessas tensões admissíveis para várias condições de carregamento Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 16 2 Elementos de fixação Solicitações Estáticas Solda de Topo com Esforço de Tração Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 17 Onde FPER carga máxima que pode ser aplicado na solda σPER tensão máxima permissível na solda t garganta da solda l comprimento da solda e eficiência da ligação 05e1 Conforme a tabela anterior uma solda de topo com carregamento de tração tem σPER 06σR Para um eletrodo E60XX σPER 06 436 kgfmm² σPER 262 kgfmm² 2 Elementos de fixação Solda de Topo com Esforço Cisalhante Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 18 Onde FPER carga máxima que pode ser aplicado na solda Ʈ tensão de cisalhamento máxima na solda t garganta da solda l comprimento da solda e eficiência da ligação 05 e 1 Conforme a tabela anterior uma solda de topo com carregamento de cisalhamento tem ƮPER03σR Para um eletrodo E60XX ƮPER 03 436 kgfmm² ƮPER 131 kgfmm² 2 Elementos de fixação Solda de Canto Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 19 Onde W cateto da solda t garganta da solda 2 Elementos de fixação Solda de Canto Carregamento Paralelo Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 20 2 Elementos de fixação Solda de Canto Carregamento Transversal Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 21 2 Elementos de fixação Flexão Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 22 Onde I momento de inércia mm4 c distância entre a fibra neutra e a mais afastada mm Mf momento fletor kgfmm σ tensão no cordão kgfmm² Zw módulo de resistência da solda mm² Iw momento de inércia da solda considerandoa uma linha mm3 Z Ic W cateto da solda mm Para o cálculo podemos considerar 𝜎 𝑀𝑓 𝑍𝑤 𝑤 𝜎 𝑀𝑓 𝑐 𝐼 2 Elementos de fixação Torção Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 23 Onde Jw momento de inércia polar da solda mm3 𝜏 𝑀𝑡 𝑐 𝐽𝑤 𝑤 2 Elementos de fixação Exercício 1 Determinar a altura do cordão de solda para unir uma barra de aço baixo carbono com uma chapa também de baixo teor de carbono considerando solda contínua em todo o contorno conforme o esquema abaixo Dados σr 436 kgfmm² Perímetro da barra de aço 1016 mm 4 Diâmetro da barra de aço 3234 mm Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 24 2 Elementos de fixação Exercício 2 Dimensione a união soldada da figura Dados σr 35 kgfmm² Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 25 Calcular a altura do cordão de solda 2 Elementos de fixação Exercício 3 Duas chapas são soldadas por intermédio de cordões laterais de solda As chapas tem ½ de espessura o comprimento dos cordões de solda são de 180 mm e a largura da chapa superior é de 150 mm Considerando a tensão de cisalhamento permissível igual a 950 kgfcm² determine a força máxima admissível Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 26 2 Elementos de fixação Exercício 4 Dimensione a união soldada da figura Dados σr 35 kgfmm² Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 27 Calcular a altura do cordão de solda 2 Elementos de fixação 24 Uniões rebitadas O rebite é formado por um corpo cilíndrico e uma cabeça É fabricado em aço alumínio cobre ou latão É usado para fixação permanente de duas ou mais peças Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 28 2 Elementos de fixação Tipos de Rebites e suas Proporções Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 29 2 Elementos de fixação Dimensões padronizadas para rebites Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 30 Diâmetros padronizados de 10 até 36 mm d Comp úteis padronizados de 10 até 150 mm L 2 Elementos de fixação Rebites especiais Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 31 2 Elementos de fixação Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 32 2 Elementos de fixação Especificações de Rebites de que material é feito o tipo de sua cabeça o diâmetro do seu corpo o seu comprimento útil parte do corpo que vai formar a união L material do rebite rebite de aço 1006 1010 tipo de cabeça redondo diâmetro do corpo 14 a 34 de comprimento útil Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 33 2 Elementos de fixação Processo de Rebitagem Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 34 Processo manual 2 Elementos de fixação Processo mecânico O processo mecânico é feito por meio de martelo pneumático ou de rebitadeiras pneumáticas e hidráulicas Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 35 2 Elementos de fixação Rebitagem a Quente e a Frio A rebitagem a quente e indicada para rebites com diâmetro superior a 635 mm sendo aplicada especialmente em rebites de aço A rebitagem a frio e feita por martelamento simples sem utilizar qualquer fonte de calor É indicada para rebites com diâmetro de ate 63 mm se o trabalho for a mão e de 10 mm se for a máquina Usase na rebitagem a frio rebites de aço alumínio etc Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 36 2 Elementos de fixação Rebitadeiras Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 37 2 Elementos de fixação Tipos de Rebitagem Rebitagem de recobrimento As chapas são apenas sobrepostas e rebitadas Destinase somente a suportar esforços e é empregado na fabricação de vigas e de estruturas metálicas Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 38 2 Elementos de fixação Rebitagem de recobrimento simples Destinada a suportar esforços e permitir fechamento ou vedação É empregada na construção de caldeiras a vapor e recipientes de ar comprimido Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 39 2 Elementos de fixação Rebitagem de recobrimento duplo Usada para uma perfeita vedação Empregada na construção de chaminés e recipientes de gás para iluminação As chapas são justapostas e envolvidas por duas outras chapas que as recobrem dos dois lados Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 40 2 Elementos de fixação Número de rebites Depende da largura das chapas ou do número de chapas que recobrem a junta Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 41 2 Elementos de fixação Distribuição dos rebites Fatores a considerar comprimento da chapa distância entre a borda e o rebite mais próximo pelo menos 15 x d diâmetro do rebite passo que é a distância entre os eixos dos rebites de uma mesma fileira p 25 a 30 x d Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 42 2 Elementos de fixação Distância Mínima estabelecida na Junta ABNT NB14 Na região intermediária a distância mínima entre os centros do rebite deverá ser três vezes o diâmetro do rebite Da lateral da chapa até o centro do primeiro furo a distância deverá ter duas vezes o diâmetro do rebite na direção da carga Da lateral da chapa até o centro do primeiro furo no sentido transversal a carga a distância deverá ter 15 o diâmetro do rebite Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 43 2 Elementos de fixação Distância Mínima estabelecida na Junta ABNT NB14 Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 44 2 Elementos de fixação Cálculo do Diâmetro do Rebite Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 45 Exemplo para rebitar duas chapas de aço uma com espessura de 5 mm e outra com espessura de 4 mm qual o diâmetro do rebite d 15 x S 1 onde d diâmetro S menor espessura 15 constante Solução d 15 x S d 15 x 4 mm d 60 mm 2 Elementos de fixação Cálculo do Diâmetro do Furo Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 46 Exemplo qual é o diâmetro do furo para um rebite com diâmetro de 635 mm dF dR x 106 2 onde dF diâmetro do furo dR diâmetro do rebite 106 constante Solução dF dR x 106 dF 635 x 106 dF 673 mm L y d S 3 onde L comprimento útil do rebite y constante determinada pelo formato da cabeça do rebite d diâmetro do rebite S soma das espessuras das chapas Para rebites de cabeça redonda e cilíndrica temos L 15d S 4 Para rebites de cabeça escareada temos L 1 d S 5 2 Elementos de fixação Cálculo do Comprimento Útil do Rebite Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 47 2 Elementos de fixação Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 48 Exemplo 5 Calcular o comprimento útil de um rebite de cabeça redonda com diâmetro de 3175 mm para rebitar duas chapas uma com 2 mm de espessura e a outra com 3 mm Solução L y d S L 15 3175 5 L 4762 5 L 976 mm 2 Elementos de fixação Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 49 Exemplo 6 Calcular o comprimento útil de um rebite de cabeça escareada com diâmetro de 476 mm para rebitar duas chapas uma com 3 mm de espessura e a outra com 7 mm de espessura Solução L y d S L 1 476 10 L 476 10 L 1476 mm 2 Elementos de fixação Modos de Falha de uma Ligação Rebitada Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 50 2 Elementos de fixação Tensões em uma Ligação Rebitada Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 51 𝜏 𝐹 𝐴 Tensão de Cisalhamento 𝐴 𝜋𝑑2 4 𝜎 𝐹 𝐴 Tensão de Compressão 𝐴 t d 2 Elementos de fixação Cálculo de Dimensionamento do Rebite RUPTURA POR CISALHAMENTO DOS REBITES A carga Q atuando na junta tende a cisalhar a secção do rebite ver figuras 218 e 219 O cisalhamento que ocorre na secção transversal é dado por Onde 𝑄 Força cortante 𝑑 diâmetro do rebite 𝑧 número de rebites ou de áreas cilíndricas cisalhadas ҧ𝜏 Tensão admissível do material do rebite ao cisalhamento tabelado Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 52 ҧ𝜏 𝑄 𝑧 𝐴𝑝 4 𝑄 𝑧 𝜋 𝑑2 𝑑 4 𝑄 𝑧 𝜋 ҧ𝜏 𝐴 𝜋 𝑑2 4 2 Elementos de fixação PRESSÃO DE CONTATO OU ESMAGAMENTO DA CHAPA A compressão se dá na área da secção longitudinal e pode considerar a área projetada assim Onde 𝑄 Força de compressão 𝑡 espessura da chapa 𝑧 Quantidade de rebites 𝜎𝑑Tensão admissível do material da chapa de compressão 𝐴𝑝 área projetada Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 53 𝜎𝑑 𝑄 𝑧 𝐴𝑝 𝑄 𝑧 𝑑 𝑡 𝑑 𝑄 𝑧 𝑡 𝜎𝑑 𝐴𝑝 𝑑 𝑡 2 Elementos de fixação VERIFICAÇÃO DA RESISTÊNCIA À TRAÇÃO DA CHAPA Cada secção das chapas sofre um esforço de tração porém a secção mais crítica onde estão os furos deverá ser verificada cuja tensão atuante deverá ser menor que a tensão normal admissível do material onde Onde 𝜎𝑎 Tensão atuante 𝑄 carregamento da chapa 𝐴 área útil da chapa Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 54 𝜎𝑎 𝑄 𝐴 2 Elementos de fixação Exemplo 7 Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 55 2 Elementos de fixação Exemplo 8 Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 56 2 Elementos de fixação Defeitos de rebitagem mau preparo das chapas a serem unidas Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 57 a Furos fora do eixo formando degraus Nesse caso o corpo rebitado preenche o vão e assume uma forma de rebaixo formando uma incisão ou corte o que diminui a resistência do corpo 2 Elementos de fixação Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 58 b Chapas mal encostadas Nesse caso o corpo do rebite preenche o vão existente entre as chapas encunhandose entre elas Isso produz um engrossamento da secção do corpo do rebite reduzindo sua resistência 2 Elementos de fixação Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 59 c Diâmetro do furo muito maior em relação ao diâmetro do rebite O rebatimento não é suficiente para preencher a folga do furo Isso faz o rebite assumir um eixo inclinado que reduz muito a pressão do aperto 2 Elementos de fixação Defeitos de rebitagem má execução das operações na rebitagem Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 60 a Aquecimento excessivo do rebite Quando isso ocorre o material do rebite terá suas características físicas alteradas pois após esfriar o rebite contraise e então a folga aumenta Se a folga aumentar ocorrerá o deslizamento das chapas 2 Elementos de fixação Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 61 b Rebitagem descentralizada Nesse caso a segunda cabeça fica fora do eixo em relação ao corpo e à primeira cabeça do rebite e com isso perde sua capacidade de apertar as chapas 2 Elementos de fixação Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 62 c Mal uso das ferramentas para fazer a cabeça A cabeça do rebite é rebatida erradamente e apresenta irregularidades como rebarbas ou rachaduras 2 Elementos de fixação Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 63 d O comprimento do corpo do rebite é pequeno em relação à espessura da chapa Nessa situação o material disponível para rebitar a segunda cabeça não é suficiente e ela fica incompleta com uma superfície plana 2 Elementos de fixação Eliminação dos defeitos Para eliminar os defeitos é preciso remover a cabeça do rebite Isso pode ser feito por três processos a com talhadeira b com lima c com esmerilhadeira Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 64 2 Elementos de fixação a Eliminação com talhadeira Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 65 A cabeça do rebite é aberta em duas partes e depois extraída A cabeça do rebite pode ser extraída inteira com uma talhadeira trabalhando de lado O restante do rebite é extraído com um saca pinos sobre o qual se aplicam alguns golpes com o martelo 2 Elementos de fixação b Eliminação com esmerilhadeira Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 66 A esmerilhadeira é uma máquinaferramenta que desgasta o material por meio da ação abrasiva exercida pelo rebolo A cabeça do rebite pode ser esmerilhada e o corpo retirado com sacapinos ou por meio de furação 2 Elementos de fixação c Eliminação com lima Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 67 A lima é usada quando se trata de chapas finas que não podem sofrer deformações O corpo do rebite pode ser retirado por meio de furação com broca de diâmetro pouco menor que o diâmetro do rebite 2 Elementos de fixação Recomendações sobre procedimentos de segurança durante as operações de rebitagem Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 68 Use óculos de segurança Use protetor auricular durante todo o trabalho Escreva com giz a palavra quente na peça onde houver rebites aquecidos Verifique se todas as ferramentas estão em ordem antes de iniciar o trabalho Tome cuidado quando executar rebitagem à máquina é preciso saber operála corretamente 2 Elementos de fixação 25 Parafusos São elementos de fixação empregados em uniões não permanentes de peças ou seja quando permitem a desmontagem e montagem com facilidade sem danificar as peças componentes Roscas É um conjunto de filetes em torno de uma superfície cilíndrica e elas podem ser internas ou externas Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 69 2 Elementos de fixação Aplicações dos parafusos O parafuso é o elemento de máquina que se utiliza com mais frequência Seu uso compreende entre outros a fixação junções desmontáveis protensão tensores obturação tampar orifícios ajustagem eliminação de folgas e compensação de desgastes transmissão de força prensa de parafuso morsa etc movimentação transformação de movimentos rotativos em movimentos retilíneos e para medições micrométricas micrômetro por exemplo Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 70 2 Elementos de fixação Características desvantajosas Quanto aos dispositivos de fixação não se pode saber se durante o movimento mantemse o momento de aperto e protensão iniciais devendose por isso utilizar dispositivos de segurança contra o afrouxamento dos parafusos Outra desvantagem é a concentração de tensões nas roscas dos parafusos Quanto aos parafusos de movimento citamse o baixo rendimento da transmissão de movimento o desgaste dos flancos das roscas e em alguns casos o jogo das roscas e a impossibilidade de centragem por meio delas Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 71 2 Elementos de fixação Fabricação Os filetes das roscas podem ser fabricados por conformação plástica sem produção de cavaco ou por usinagem com produção de cavaco Os processos por conformação plástica consistem em prensar ou rolar as roscas e recalcular as cabeças dos parafusos Os processos de fabricação por usinagem consistem em tornear ou fresar as roscas em fresalas com uma dentatriz de rotação muito elevada processo moderno ou usinalas com rebolos perfilados Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 72 2 Elementos de fixação Uniões parafusadas As junções por meio de parafusos podem ser constituídas não só por parafusos propriamente ditos como também por hastes dotadas de roscas também denominadas fusos quando as roscas forem de movimento e porcas com as correspondentes roscas internas podendose ainda acrescentar arruelas e dispositivos de segurança Para afrouxar os parafusos ou as porcas se utilizam ferramentas especiais chave de porca chave de parafuso a não ser que se prevejam recartilhados argolas abas ou alavancas com a finalidade de possibilitar apertos e afrouxamento manuais Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 73 2 Elementos de fixação Exemplos de parafusos A Figura está dividida em 5 partes a mostra a junção de flanges através de parafusos passantes b a junção é realizada por meio de um parafuso prisioneiro c utilizase simplesmente um parafuso d utilizase um parafuso elástico passante e um tubo distanciador e usouse um parafuso com dupla porca Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 74 2 Elementos de fixação Dispositivos de travamento A Figura apresenta 5 casos de fixação de tampas a usouse parafuso passante b um parafuso comum c um parafuso com alongamento d um parafuso articulado com porcaborboleta e um parafuso articulado com porcaalavanca Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 75 2 Elementos de fixação Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 76 Em todos os casos em que as junções sofrem efeitos vibratórios ou cargas dinâmicas existe a necessidade de dispositivos de segurança contra o afrouxamento das porcas A segurança contra o afrouxamento das porcas pode ser conseguida através de dispositivos de travamento baseado no design de parafusos e porcas tais como ressaltos na cabeça do parafuso cupilhas pinos transversais parafusos transversais arruelas dobráveis de fixação etc Também podese conseguir através do travamento por força baseado em arruelas de pressão arruelas dentadas porcas com molas travas ou fendas 2 Elementos de fixação Na Figura estão representados vários tipos de travas a porca castelo com cupilha b autoretenção elástica com um anel de fibra c arruela de pressão d arruela dentada dentes travados e chapa de travamento f acréscimo de atrito cônico na porca exemplo fixação da roda no carro Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 77 2 Elementos de fixação As Figuras mostram tipos específicos de juntas unidas por parafusos na primeira temse representada a fixação de peças não adjacentes por meio de parafusos distanciadores na segunda temse representada a união por meio de parafusos prisioneiros Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 78 2 Elementos de fixação Na Figura parte A são mostradas 3 tipos de travamento a o travamento se dá por rosca b o travamento se dá por uma porca com possibilidade de regulagem c o travamento acontece por parafusopino com muita solicitação Os parafusos diferenciais como são mostrados no exemplo da parte B geralmente são utilizados em máquinas pesadas como por exemplo na fixação e desmontagem de fresas Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 79 2 Elementos de fixação Quando utilizamse parafusos que serão movimentados devese prever o desgaste dessa movimentação A Figura mostra esquematicamente algumas possibilidades de conformação para parafusos em movimento Nesses casos é conveniente a utilização de parafusos iguais com o mesmo diâmetro e comprimento Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 80 2 Elementos de fixação Tipos de roscas Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 81 2 Elementos de fixação Rosca métrica triangular Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 82 2 Elementos de fixação Rosca withworth Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 83 2 Elementos de fixação Formas padronizadas de roscas Algumas vezes os tipos de roscas são classificados em três sistemas métrica withworth inglesa e americana A americana e a métrica são diferenciadas pelas unidades ou seja as medidas são expressas em polegadas Tanto no sistema americano quanto no withworth o passo é determinado como sendo o número de filetes por polegada No sistema whitworth a rosca normal é caracterizada pela sigla BSW british standard whitworth a rosca fina é caracterizada pela sigla BSF british standard fine No sistema americano a rosca normal é caracterizada pela sigla NC national coarse e a rosca fina pela sigla NF national fine Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 84 2 Elementos de fixação Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 85 Sistema métrico medidas das roscas em milímetros Os filetes em forma triangular 60º com crista plana e raiz arredondada Sistema whitworth medidas em polegadas O filete tem a forma triangular 55º com crista e raiz arredondadas O passo é número de filetes contidos em uma polegada Sistema americano medidas em polegadas O filete tem a forma triangular 60º com crista plana e raiz arredondada O passo é número de filetes contidos em uma polegada 2 Elementos de fixação Os filetes das roscas apresentam vários perfis que dão nome às roscas e condicionam sua aplicação Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 86 2 Elementos de fixação Sentido de direção da rosca Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 87 Rosca direita ao avançar gira no sentido horário É o caso mais usual para uso geral Rosca esquerda ao avançar gira no sentido antihorário Aplicações equipamentos que giram em alta velocidade 2 Elementos de fixação Tipos de parafuso Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 88 2 Elementos de fixação Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 89 2 Elementos de fixação Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 90 2 Elementos de fixação Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 91 2 Elementos de fixação Tipos de porca Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 92 2 Elementos de fixação Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 93 2 Elementos de fixação Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 94 2 Elementos de fixação Tipo de arruela Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 95 2 Elementos de fixação Anel elástico Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 96 2 Elementos de fixação Na utilização dos anéis alguns pontos importantes devem ser observados a dureza do anel deve ser adequada aos elementos que trabalham com ele as condições de operação são caracterizadas por meio de vibrações impacto flexão alta temperatura ou atrito excessivo um projeto pode estar errado previa por exemplo esforços estáticos mas as condições de trabalho geraram esforços dinâmicos fazendo com que o anel apresentasse problemas que dificultaram seu alojamento a igualdade de pressão em volta da canaleta assegura aderência e resistência a superfície do anel deve estar livre de rebarbas fissuras e oxidações dimensionamento correto do anel e do alojamento Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 97 2 Elementos de fixação Considerações para projeto Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 98 2 Elementos de fixação Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 99 2 Elementos de fixação Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 100 2 Elementos de fixação Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 101 2 Elementos de fixação Aperto nas ligações parafusadas Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 102 2 Elementos de fixação Parafusos de movimento e dimensionamento Os parafusos de fixação têm geralmente filetes agudos e são dimensionados à tração e a cisalhamento Os parafusos de movimento são de roscas como dente de serra trapezoidal quadrada e são dimensionadas para resistir desgaste devido a transformação de movimento de rotação em movimento de translação Estes tipos de parafusos são usados em tornos prensas macacos Em virtude do desgaste e para reduzíla ao mínimo a pressão entre os flancos do parafuso e da porca deve ser limitada Se o parafuso está sujeito a carga muito grande como por exemplo em prensas devese fazer a verificação da resistência a compressão combinada com torção Dependendo do seu comprimento tornase necessário uma verificação quanto à flambagem devendo o cálculo ser executado em função do diâmetro interno do mesmo que em alguns casos de engenharia o comprimento deve ser inferior a 3 vezes o diâmetro Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 103 2 Elementos de fixação Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 104 A rosca mais usada para parafusos de movimento é a trapezoidal mas quando o movimento é em um só sentido e ou a carga muito elevada é usada rosca dente deserra 2 Elementos de fixação Pressão admissível nos flancos e velocidade de escorregamento Depende do material da porca e parafuso bem como da velocidade de escorregamento e frequência O quadro abaixo mostra alguns valores recomendados Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 105 2 Elementos de fixação Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 106 2 Elementos de fixação Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 107 2 Elementos de fixação Momento torçor necessário para girar a porca Como o esforço axial do parafuso é V podese usar a mesma equação deduzida para os parafusos de fixação apenas as considerações para as roscas quadradas e roscas trapezoidais valerá respectivamente Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 108 V carga D2 diâmetro efetivo H passo µ coeficiente de atrito 2 Elementos de fixação Para levantar uma carga com parafuso de movimento e vencer a força de atrito nos filetes temse o seguinte torque para uma rosca quadrada Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 109 V carga D2 diâmetro efetivo H passo µ coeficiente de atrito Ma momento de aperto Mc momento devido ao atrito no colar Mr momento devido ao atrito na rosca 2 Elementos de fixação Para baixar uma carga com parafuso de movimento e vencer a força de atrito nos filetes temse o seguinte torque para uma rosca quadrada Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 110 2 Elementos de fixação Lembrase aqui que h é o avanço que se a rosca for de uma entrada o avanço será o passo do parafuso O torque para baixar a carga pode ser desprezado quando o avanço é suficientemente grande ou o atrito é suficientemente pequeno de modo que a carga baixe por si só fazendo o parafuso girar sem emprego de qualquer força externa Em tais casos o torque será negativo ou nulo Quando se obtém um torque positivo dizse que o parafuso é autoretentor ou autotravamento e a sua condição de auto retenção é p μπd2 Em projetos devese ter cuidado quando se trata de prensas pois muitas delas fazse carregamentos maiores de cima para baixo Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 111 2 Elementos de fixação Para avaliação de parafuso de movimento tornase útil estabelecer uma expressão para eficiência do mesmo e será máximo quando o atrito é zero ou seja μ 0 obtendose da equação Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 112 Mo momento sem atrito Mr momento devido ao atrito na rosca 𝑀0 𝑉 ℎ 2 𝜋 2 Elementos de fixação A rosca trapezoidal não é tão eficiente quanto a quadrada devido ao atrito adicional proporcional a sua geometria entretanto tem sido usado com freqüência por ser mais fácil de usinar do que a rosca quadrada A figura abaixo mostra dois tipos usuais de roscas para parafusos de movimento Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 113 2 Elementos de fixação A figura mostra uma representação esquemática de uma prensa acionada por parafuso de movimento O torque no parafuso é feito mediante o conjunto de engrenagens cilíndricas de dentes retos da caixa de redução situado acima da estrutura de sustentação Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 114 2 Elementos de fixação Momento do colar Tendo em vista a figura o elemento colar altera o momento de aperto ou seja o torque necessário Quando o parafuso é carregado axialmente empregase um mancal de escora ou colar entre as partes girantes e as estacionárias Desta forma Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 115 2 Elementos de fixação Potência de acionamento A potência de acionamento é dada por Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 116 𝑁 𝑇 𝜔 𝜂𝑚 𝜔 2 𝜋 𝑛 60 𝑇 𝑁 𝑚 𝜔 𝑟𝑎𝑑 𝑠 𝑁 𝑊 𝑊𝑎𝑡𝑡𝑠 𝑛 𝑟𝑝𝑚 2 Elementos de fixação Exemplo 9 Um parafuso de potência de 20 mm de diâmetro tem filete simples de rosca quadrada com passo de 4 mm e é usado em uma prensa girando a 600 rpm Cada parafuso é submetido a uma carga de 5 kN O coeficiente de atrito são 0075 para os filetes da rosca e 0095 para o colar O diâmetro de atrito do colar é 30 mm Parafuso de aço e bucha de bronze a Determinar a profundidade e a largura do filete diâmetro do parafuso o diâmetro médio e de raiz e o avanço b O torque necessário para baixar e levantar a carga c A eficiência total d A potência do motor para levantar a carga Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 117 2 Elementos de fixação Exemplo 10 Determine a potência necessária para acionar um parafuso de potência de rosca quadrada com diâmetro de 40 mm e passo 65 mm O parafuso e de dupla entrada e a carga é de 10 kN A porca devese mover a uma velocidade de 25 mmin O coeficiente de atrito é 010 para o filete e para o colar O diâmetro de atrito do colar é 75 mm Calcule também a eficiência do parafuso Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 118 2 Elementos de fixação Exemplo 11 Um parafuso de potência de rosca quadrada simples deve levantar uma carga de 70 kN O diâmetro maior do parafuso é de 36 mm e o passo é de 6 mm Os coeficientes de atrito são 013 para os filetes e 010 para o colar O diâmetro de atrito do colar é de 90 mm e o parafuso deve girar a 1 rps Determinar a potência e a eficiência do parafuso O mecanismo possui 2 mancais de rolamento com eficiência de 97 Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 119 2 Elementos de fixação 4 Um parafuso de movimento com 30 mm de diâmetro tem rosca quadrada de filete simples com passo de 10 mm e gira a 950 rpm levantando uma carga de 7500 N O coeficiente de atrito do colar é de 001 e dos filetes 008 O diâmetro de atrito do colar é de 50 mm a Determinar a profundidade e largura do filete o diâmetro médio e de raiz e o avanço b Determinar o torque necessário para levantar e baixar a carga c Determinar a eficiência total d Determinar a potência do motor para levantar a carga Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 120 2 Elementos de fixação 5 Um parafuso de movimento com 40 mm de diâmetro tem rosca quadrada de filete duplo com passo de 8 mm e gira a 1100 rpm levantando uma carga de 10000N O coeficiente de atrito do colar é de 0009 e dos filetes 0045 O diâmetro de atrito do colar é de 50 mm a Determinar a profundidade e largura do filete o diâmetro médio e de raiz e o avanço b Determinar o torque necessário para levantar e baixar a carga c Determinar a eficiência total d Determinar a potência do motor para levantar a carga e Qual a força necessária para a carga descer sem auxílio Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 121 2 Elementos de fixação 26 Pinos e Cavilhas Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 122 Os pinos e cavilhas têm a finalidade de alinhar ou fixar os elementos de máquinas permitindo uniões mecânicas ou seja uniões em que se juntam duas ou mais peças estabelecendo assim conexão entre elas Pino O pino une peças articuladas Nesse tipo de união uma das peças pode se movimentar por rotação 2 Elementos de fixação Tipos de Pinos Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 123 2 Elementos de fixação Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 124 2 Elementos de fixação Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 125 Para especificar pinos e cavilhas devese levar em conta seu diâmetro nominal seu comprimento e função do pino indicada pela respectiva norma 2 Elementos de fixação Cavilhas Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 126 A cavilha une peças que não são articuladas entre si As cavilhas também são chamados pinos estriados pinos entalhados pinos ranhurados ou ainda rebite entalhado Sua fixação é feita diretamente no furo aberto por broca dispensandose o acabamento e a precisão do furo alargado 2 Elementos de fixação Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 127 2 Elementos de fixação Classificação de Cavilhas Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 128 2 Elementos de fixação Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 129 2 Elementos de fixação Contra Pino ou Cupilha Haste ou arame com forma semelhante à de um meiocilindro dobrado de modo a fazer uma cabeça circular e tem duas pernas desiguais Introduzse o contra pino ou cupilha num furo na extremidade de um pino ou parafuso com porca castelo As pernas do contra pino são viradas para trás e assim impedem a saída do pino ou da porca durante vibrações das peças fixadas Sua função principal é a de travar outros elementos de máquinas como porcas Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 130 2 Elementos de fixação Pino Cupilhado Nesse caso a cupilha não entra no eixo mas no próprio pino O pino cupilhado é utilizado como eixo curto para uniões articuladas ou para suportar rodas polias cabos etc Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 131 2 Elementos de fixação Elementos de Máquinas Curso de Engenharia Mecânica Faculdade Horizontina FAHOR Página 132