Elementos de Fixação: Tipos e Aplicações

ELEMENTOS DE FIXAÇÃO Departamento Acadêmico de metal Mecânica Engenharia Mecatrônica ELEMENTOS DE MÁQUINAS I Aula 01 Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Engª União Móvel elementos de fixação podem ser colocados ou retirados do conjunto sem causar qualquer dano às peças que foram unidas Exemplos parafusos porcas arruelas INTRODUÇÃO AOS ELEMENTOS DE FIXAÇÃO União Permanente os elementos de fixação uma vez instaladosnão podem ser retirados sem que fiquem inutilizados Exemplos rebites soldas colas industriais 2 Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Engª Tipos de elementos de fixação REBITES O rebite é formado por um corpo cilíndrico e uma cabeça Fabricado em aço alumínio cobre ou latão É usado para fixação permanente de duas ou mais peças 3 Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Engª Tipos de elementos de fixação PINOS O pino une peças articuladas Nesse tipo de união uma das peças pode se movimentar por rotação 4 Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Engª Tipos de elementos de fixação CAVILHAS A cavilha une peças que não são articuladas entre si 5 Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Engª Tipos de elementos de fixação CONTRAPINO ou CUPILHA O contrapino ou cupilha é uma 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 contrapino ou cupilha num furo na extremidade de um pino ou parafuso com porca castelo As pernas do contrapino são viradas para trás e assim impedem a saída do pino ou da porca durante vibrações das peças fixadas 6 Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Engª Tipos de elementos de fixação PARAFUSOS O parafuso é uma peça formada por um corpo cilíndrico roscado e uma cabeça que pode ter várias formas 7 Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Engª Tipos de elementos de fixação PORCAS e ARRUELAS A porca pode ter formato de prisma de cilindro etc Apresenta um furo roscado Através desse furo a porca é atarraxada ao parafuso A arruela é um disco metálico com um furo no centro O corpo do parafuso passa por esse furo 8 Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Engª Tipos de elementos de fixação ANEL ELÁSTICO Também conhecido como anel de retenção O anel elástico é usado para impedir deslocamento de eixos Serve também para posicionar ou limitar o movimento de uma peça que desliza sobre um eixo 9 Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Engª Tipos de elementos de fixação CHAVETAS A chaveta tem corpo em forma prismática ou cilíndrica que pode ter faces paralelas ou inclinadas em função da grandeza do esforço e do tipo de movimento que deve transmitir Elemento de fixação e de TRANSMISSÃO 10 Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Engª Capítulo 8 PARAFUSOS FIXADORES e projeto de uniões não permanentes Elementos de Máquinas I Slides de aula Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Eng 11 Capítulo 8 12 Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Engª ELEMENTOS ROSCADOS o Montagem e desmontagem 13 Montagem Desmontagem Manutenção Ajustamento o Movimento de peças Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Eng PERFIS DE ROSCA 14 Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Eng Rosca direita e rosca esquerda DIREITA ESQUERDA 15 Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Eng Padrões e definições de rosca Passo distância entre dois filetes adjacentes Diâmetro maior maior diâmetro da rosca Diâmetro menor menor diâmetro de rosca Diametro de passo diâmetro teórico entre os diâmetros maiores e menores onde o dente e a folga têm a mesma largura Fig 81 16 Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Eng verificadores 17 Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Eng MÉTRICA WHITWORTH rosca inglesa 18 Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Eng PADRONIZAÇÃO ROSCA UNIFICADA American National Unified UN rosca normal UN ¾ x ½ UNR raio de raiz maior para aplicações de fadiga ROSCA MÉTRICA Série M rosca normal Ex M10 x 20 mm M12 x 125 x 20 mm Série MJ raio de raiz maior 19 Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Eng PADRONIZAÇÃO Rosca normal Montagem Geral Desmontagem frequente Não é bom para vibrações Série Fina Bom para vibrações Bom para ajustes Automotivo e aeronaves Série Extra Fino Bom para choque e grandes vibrações Liga de alta qualidade Instrumentação Aeronave 20 Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Eng PADRONIZAÇÃO Perfil básico para rosca métrica M e MJ Tables 81 e82 definir dimensões básicas para roscas padrão Fig 82 21 Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Eng Diâmetros e áreas para roscas MÉTRICAS series normal e fina 22 Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Eng Diâmetros e áreas para roscas UNIFICADAS series normal e fina 23 Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Eng ÁREA DE TENSÃO A área de tensão de tração At é a área de uma haste não rosqueada com a mesma resistência à tração de uma haste rosqueada É a área efetiva de uma haste roscada a ser usada para cálculos de tensão O diâmetro desta haste não roscada é a média do diâmetro do passo e o diâmetro menor da haste roscada 24 Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Eng ANATOMIA do parafuso 25 Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Eng PARAFUSOS PASSANTES E NÃO PASSANTES 26 Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Eng PARAFUSOS DE PRESSÃO 27 Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Eng 28 Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Eng 29 Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Eng 30 Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Eng 31 Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Eng Dimensões na montagem 32 Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Eng Tipos de cabeça de parafusos Parafuso de cabeça hexagonal Normalmente usa porca Trabalho pesado Parafuso de cabeça hexagonal Cabeça mais fina Freqüentemente usado como parafuso em orifício roscado sem porca Parafuso de cabeça hexagonal interno Allen Normalmente em aplicações de mais precisão Acesso pelo topo Parafusos de máquina Geralmente tamanhos menores Cabeça de fenda ou philips Totalmente roscado Fig 89 33 Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Eng Parafusos de máquinas Fig 811 34 Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Eng Parafuso de cabeça hexagonal bolt Os parafusos de cabeça hexagonal são um dos mais comuns para aplicações de engenharia As dimensões padrão estão incluídas na Tabela A 29 W é geralmente cerca de 15 vezes o diâmetro nominal O comprimento do parafuso L é medido abaixo da cabeça 35 Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Eng Dimensões Metric English 36 Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Eng Porcas Consulte o Apêndice A31 para especificações típicas As três primeiras roscas da porca carregam a maior parte da carga A deformação plástica localizada na primeira rosca é provável portanto as porcas não devem ser reutilizadas em aplicações críticas Fig 812 37 Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Eng Fluxo de força na porca 38 httpswwwyoutubecomwatchv gptqNildV4listPLKflNugDIqXEgSbsPuOEuTRkm eWeKgnWindex23 Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Eng Dimensionamento de parafusos e uniões parafusadas 39 Quais são os carregamentos que atuam nos parafusos TRAÇÃO CISALHAMENTO ou uma combinação deles Aperto Cargas na união Estáticas Dinâmicas fadiga Carga de TRAÇÃO em juntas aparafusadas O comprimento da garra l inclui tudo que está sendo comprimido pela précarga do parafuso incluindo arruelas A arruela sob a cabeça evita que rebarbas no furo penetrem no filete sob a cabeça do parafuso 40 Força de aperto na junta de união TRAÇÃO no parafuso COMPRESSÃO Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Eng Seção do vaso cilíndrico de pressão Parafuso de cabeça sextavada usado em furo roscado para prender a cabeça do cilindro ao corpo Note que o uso do anel de vedação Oring não afeta a rigidez dos membros dentro da garra Apenas parte do comprimento roscado do parafuso contribui para o agarre grip efetivo l Fig 814 41 Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Eng Comprimento AGARRE EFETIVO para furos roscados Para parafuso em furo roscado o comprimento de agarre efetivo é 42 Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Eng Rigidez em juntas parafusadas Durante a précarga do parafuso o parafuso está esticado membros em união são comprimidos Quando a carga externa P é aplicada O parafuso se estende mais Membros em união descomprimemse um pouco A junta pode ser modelada como uma mola de parafuso macia em paralelo com uma mola de membro rígido Fig 813 43 Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Eng Rigidez do PARAFUSO Haste parcialmente rosqueada carregada axialmente Considere cada porção como uma mola Combine como duas molas em série 44 Para fixadores curtos com área NÃO rosqueada pequena Para fixadores longos com área rosqueada pequena Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Eng Procedimento para encontrar a rigidez do PARAFUSO 45 Agarre efetivo l comprimento de todos os materiais entre a face da cabeça do parafuso e a face da porca t espessura da arruela tabela A32 ou A33 H espessura da porca tabela A31 Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Eng 46 Comprimento do parafuso arrendondar para cima usando a tabela A17 Comprimento da rosca Procedimento para encontrar a rigidez do PARAFUSO Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Eng 47 Procedimento para encontrar a rigidez do PARAFUSO Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Eng Junções rigidez de MEMBROS da união parafusada A distribuição de tensão se espalha da face da cabeça do parafuso e da porca Modelar como um cone com corte superior Chamado de frustro tronco 48 Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Eng Junções rigidez de MEMBROS Modele membros comprimidos como se estivessem se espalhando da cabeça do parafuso e da porca para o ponto médio da garra Cada tronco tem um ângulo cuja metade corresponde a a Encontre a rigidez do tronco na compressão Fig 815 49 Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Eng Junções rigidez de MEMBROS Para o valor típico de a 30º Use a Eq 820 para encontrar a rigidez de cada tronco de cone Combine todos os frustros como uma mola em série Fig 815b 51 Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Eng Junções rigidez de MEMBROS Se a união consistir em um número de membros todos do mesmo material duas frusta idênticas podem ser adicionadas em série A junta inteira pode ser tratada com uma equação dw é o diâmetro da face da arruela Usando o diâmetro da face da arruela padrão de 15d e com a 30º 52 Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Eng MEF para determiner a rigidez de membros de uniões parafusadas Para o caso especial de material comum dentro da região de compressão um modelo de elementos finitos concorda com o modelo de frustro tronco Fig 816 53 Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Eng O ajuste exponencial da curva de resultados da análise pelo método dos elementos finitos pode ser usado para o caso de materiais comuns dentro da região de compressão da união parafusada 54 MEF para determiner a rigidez de membros de uniões parafusadas Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Eng Exemplo 82 Fig 817 55 Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Eng Example 82 continued 56 Membros da união são do mesmo material Eq 822 Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Eng Example 82 continued 57 Ajuste da curva FEA Eq 823 Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Eng Parafusos normas As grades especificam o material tratamento térmico e resistências Tabela 89 para grades SAE Tabela 810 para designações ASTM Tabela 811 para classe de propriedade métrica As indicações estão marcadas na cabeça do parafuso 58 Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Eng Caracteristicas materiais de parafusos A carga de prova é a força máxima que um parafuso pode suportar sem adquirir um conjunto permanente Resistência de prova é o quociente de carga de prova e área de tensão de tração Corresponde ao limite proporcional Um pouco mais baixo do que a resistência ao escoamento Normalmente usado para resistência estática do parafuso Bons materiais de parafuso têm curva de tensãodeformação que continua a subir até a fratura 59 Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Eng Classe métrica para parafusos estruturais Table 811 60 Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Eng Especificação de parafusos estruturais Diâmetro nominal ¼20 x ¾ in UNC2 Grade 5 Hex head bolt Fios por polegada comprimento Serie de rosca Classe de ajuste Grade do material Tipo de cabeça M12 x 175 ISO 48 Rosca métrica Diâmetro nominal Passo Classe de material 61 Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Eng Juntas parafusadas submetidas a TRAÇÃO Durante a précarga do parafuso O parafuso é TRACIONADO Os membros unidos são COMPRIMIDOS Quando a força externa P é aplicada O parafuso é alongado uma quantidade adicional d Os membros da união são comprimidos adicionalmente a mesma quantidade d Fig 813 62 Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Eng Constante de Rigidez Assim P Pb Pm C é definido como constante de rigidez da união C indica a proporção de carga externa P que o parafuso vai absorver Uma boa meta para o projeto é em torno de 02 63 Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Eng Carga nos parafusos e membros de união A força resultante no parafuso é A força resultante nos membros da união é Estes resultados são válidos somente para membros em com pressão 64 Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Eng Relação entre torque e tração no parafuso A melhor maneira de medir a précarga do parafuso é relacionando o alongamento medido do parafuso e a rigidez calculada Normalmente medir o alongamento do parafuso não é prático Medir o torque aplicado é comum usando um torquímetro Precisamos encontrar relação entre o torque aplicado e a pré carga do parafuso 65 Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Eng Relação entre torque e tração no parafuso Coeficiente de torque K 66 A tabela 815 apresenta alguns valores recomendados de K para diferentes acabamentos de parafusos Use K 02 para outros casos Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Eng Juntas parafusadas sob tração Fator de sgurança estático Tensão axial Fator de segurança ao escoamento Fator de carga Fator de segurança contra a separação da junção 67 Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Eng Pré carga recomendadas 68 Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Eng Exemplo 69 Uma montagem parafusada com oito parafusos kb 10 e km 26 por parafuso A junta é desmontada ocasionalmente para manutenção e deve ser précarregada convenientemente Admita que a carga externa é igualmente distribuída por todos os oito parafusos Serão utilizados parafusos com rosca laminada classe 58 M6 x 1 a Determine a carga externa máxima que pode ser aplicada em toda a junta sem que exceda a resistência dos parafusos Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Eng Seleção de Parafusos para CARREGAMENTO ESTÁTICO As principais cargas atuantes nos parafusos são de TRAÇÃO e de CISALHAMENTO ou uma combinação dessas duas Entretanto é comum observarse também uma pequena carga de flexão componentes não paralelos entre si e perpendiculares ao eixo do parafuso os componentes apresentam deformação Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Eng Exemplo 1 Exercício para seleção de parafusos sujeitos a TRAÇÃO Selecione os parafusos para fixação do bloco da figura Carregamento de tração A Figura ao lado mostra um componente para assentamento de mancal de esfera apoiando a extremidade de um eixo giratório O eixo aplica uma carga estática de 9 kN ao mancal como mostrando Selecione os parafusos métricos ISO apropriados para a fixação do pillow block e especifique um torque de aperto apropriado 71 Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Eng Exemplo 1 Exercício pata seleção de parafusos sujeitos a TRAÇÃO continuação DECISÕES HIPÓTESES 1 Um aço de classe 58 baixo custo é escolhido para o material do parafuso 2 A carga de 9 kN é compartilhada igualmente por cada parafuso 3 Não ocorre dobra dos parafusos da máquina ou seja a carga do parafuso é tensão axial 72 Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Eng 73 1 Definir a classe do material para o parafuso baixo custo Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Eng Exemplo 1 Exercício pata seleção de parafusos sujeitos a TRAÇÃO continuação 2 A carga nominal para cada um dos dois parafusos é de 45 kN Usar fator de segurança igual a 4 74 Profª Daniela Águida Bento Dallacosta Drª Eng