Tipos de Uniões Mecânicas em Projetos de Sistemas Mecânicos

Prof Me Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES MECÂNICAS UNIÕES MECÂNICAS 1 Prof Me Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES MECÂNICAS ELEMENTOS DE FIXAÇÃO A união de uma peça a outra tem como função limitar o movimento relativo das duas peças adjacentes Várias são as soluções disponíveis para executar esta união A escolha depende de uma série de fatores tais como a necessidade ou não de desfazer a união periodicamente o grau de imobilização a resistência mecânica espaço disponível etc 2 Prof Me Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES MECÂNICAS Tipos de uniões Classificação das uniões Quanto ao movimento relativo entre as partes unidas Uniões fixas Uma união é fixa ou rígida quando impede totalmente o deslocamento relativo das peças assegurando uma determinada posição entre elas independente da intensidade das solicitações externas Exemplo união por meio de solda das partes da carroçaria do automóvel Uniões móveis Uma união é móvel quando somente alguns deslocamentos são evitados Exemplo o uso de dobradiças permite que a porta se movimente rotacione sem que deixe de estar unida a estrutura do automóvel Podem ser reguláveis quando permitem que as peças unidas possam assumir posições variáveis dentro de certo limite não reguláveis quando isto não for possível 3 Prof Me Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES MECÂNICAS Uniões elásticas Uma união é dita elástica quando existe entre as peças unidas um elemento elástico borracha elastômero ou mola que permite um deslocamento limitado entre as peças unidas A amplitude deste deslocamento depende da solicitação externa Exemplo a união da suspensão do automóvel a carroçaria Quanto a facilidade de separação das partes Uniões provisórias ou desmontáveis Quando permitem a desmontagem e montagem com facilidade sem danificar as peças componentes Exemplo a união das rodas do automóvel por meio de parafusos Uniões permanentes Quando a separação das peças é impossível ou para ser feita for necessário a danificação de alguma delas 4 Prof Me Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES MECÂNICAS LIGAÇÕES REBITADAS 5 Prof Me Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES MECÂNICAS REBITES A rebitagem consiste na união de peças previamente perfuradas por meio de elementos metálicos os rebites Os rebites são peças fabricadas em aço alumínio cobre ou latão Unem rigidamente peças ou chapas principalmente em estruturas metálicas reservatórios caldeiras máquinas navios aviões veículos de transporte e treliças Muitas vezes a escolha do rebite como elemento de união é melhor do que o uso de elementos roscados O uso de rebites pode reduzir custos se comparado a uniões roscadas ou outros tipos de uniões porque eles exigem menos mão de obra de instalação e seu custo é relativamente baixo 6 Prof Me Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES MECÂNICAS Além disso por serem forjados possuem boa resistência a compressão e ao cisalhamento No entanto os rebites tem desvantagens A resistência a tração e a fadiga é menor do que a dos parafusos e por ser uma união permanente é necessário danificálo para que seja removido Os rebites são cilíndricos tendo em uma das suas extremidades uma cabeça que pode possuir vários formatos Na rebitagem os rebites transpassam as peças a serem unidas e são golpeados em sua extremidade formando uma nova cabeça de tal forma a comprimir fortemente uma contra a outra as peças unidas 7 Prof Me Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES MECÂNICAS 8 Prof Me Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES MECÂNICAS Tipos de rebites Alguns tipos de rebites também são indicados quando não existe a possibilidade de acesso a um dos lados da união Rebite de expansão Parcialmente furado Tubular Rebite de repuxo pop Rebite com rosca 9 Prof Me Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES MECÂNICAS Tipos de juntas rebitadas As juntas rebitadas se dividem em duas grandes categorias juntas sobrepostas e juntas de topo Na primeira as peças a unir estão sobrepostas enquanto na segunda são colocadas de topo Neste caso A união é feita por intermédio de uma ou duas chapas suplementares denominadas cobrejuntas Para a união de peças os rebites são colocados em fileiras constituindo a costura Existe costura simples e costura múltipla dupla tripla etc Segundo o fim a que se destinam podese distinguir a costura resistente a costura estanque e a costura mista Na primeira o que se deseja e obter resistência e rigidez estruturas metálicas na segunda e uma vedação perfeitadepósito em geral na terceira são os dois fatores depósitos sob pressão interna 10 Prof Me Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES MECÂNICAS a Juntas sobrepostas junta sobreposta com 1 fileira junta sobreposta com 2 fileiras 11 Prof Me Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES MECÂNICAS b Junta de topo junta de topo com cobrejunta simples junta de topo com cobrejunta duplo A espessura da chapa cobre junta simples deve ser 125t A espessura das chapas cobre junta duplas deve ser 075t 12 Prof Me Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES MECÂNICAS 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 Esses esforços podem levar a união a apresentar diversos tipos de falhas Carregamento de Cisalhamento de uma junta rebitada ou parafusada Uma regra prática estabelece o diâmetro máximo d do furo numa chapa de espessura t para aplicações estruturais e construções metálicas conforme IS 19291982 d 6 t 13 Prof Me Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES MECÂNICAS Falhas em uniões rebitadas Flexão do rebite ou da chapa Cisalhamento do Rebite Falha por tração da chapa na linha dos furos 01 02 03 14 Prof Me Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES MECÂNICAS Falhas em uniões rebitadas Esmagamento do rebite ou da chapa Rasgamento por cisalhamento Rasgamento por tração 04 05 06 15 Prof Me Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES MECÂNICAS Cisalhamento dos rebites O efeito de cisalhamento de rebites costuma ser a primeira investigação feita numa análise deste tipo de união A tensão de cisalhamento atuante é dada pela equação 01 01 01 A P Atenção especial deve ser dedicada na análise da área dos rebites que são responsáveis pela resistência ao cisalhamento conforme abaixo Uma área resistente por rebite Duas áreas resistentes por rebite Khurmi e Gupta 2005 sugerem que nestes casos para fins de segurança a área resistente seja considerada igual a 175Arebite Rebites de aço em aplicações estruturais costumam ter Ssadm 105 MPa 16 Prof Me Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES MECÂNICAS Falha por flexão A figura abaixo ilustra uma falha por flexão dos rebites ou das peças rebitadas A tensão de flexão é uma suposição e desprezando efeitos de concentração de tensão é calculada conforme segue b é a largura da peça onde são instalados n rebites 02a 3 32 d n Ft 2t F F F F c I t F I c M d Considerando que a falha ocorre nos rebites 02b Lt F 6 Considerando que a falha ocorre na região da peça com menor seção transversal Cálculo para uma fileira de rebites 02 Rebites de aço em aplicações estruturais costumam ter Sadm 140 MPa 17 L Prof Me Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES MECÂNICAS Tração das chapas na linha dos furos Quando as chapas são perfuradas 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 t L A t L ndfuro 03 L ndfuro t P L t tL A Seção sem furação Seção enfraquecida por furos Supondo que se façam n furos em uma mesma seção transversal de chapa para a colocação de rebites a tensão nominal atuante será obtida pela equação 04 03 Rebites de aço em aplicações estruturais costumam ter Sadm 140 MPa 18 Prof Me Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES MECÂNICAS Compressão nas paredes dos furos A força P cria uma zona comprimida nas paredes dos furos dos rebites e no próprio rebite chamada de tensão de esmagamento O cálculo dessa tensão é complicado pela distribuição da carga na superfície cilíndrica do rebite A fim de facilitar o cálculo destas tensões a área semicilíndrica da parede do furo é substituída por sua projeção 04 t d n P rebite esm 04 Área Cilíndrica Projetada Rebites de aço em aplicações estruturais costumam ter Sadm 224 MPa cisalhamento simples Sadm 280 MPa cisalhamento duplo 19 Prof Me Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES MECÂNICAS Rasgamento por cisalhamento ou por tração Estes tipos de falha podem ser evitados simplesmente com a adoção de distâncias mínimas dos furos até a borda das chapas Se esta orientação for seguida então este modo de falha pode ser desprezado dispensando os cálculos de tensão d 15d 15d 05 06 20 Prof Me Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES MECÂNICAS 06 Torção de juntas rebitadas Este tipo de carregamento é bastante comum e resulta na combinação de duas cargas de cisalhamento conforme ilustra a figura abaixo n n A A F r F r M 1 n n B B A A r F r F r F 2 2 1 n A n n r r M r F 21 Prof Me Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES MECÂNICAS 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 utilizamse de aço mais tenaz Os componentes básicos dos materiais dos rebites e da chapa devem ser idênticos a fim de evitar dilatações térmicas diferentes e o surgimento de pilhas galvânicas que provoca respectivamente afrouxamento das uniões e corrosão 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 22 Prof Me Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES MECÂNICAS 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 limite de fadiga da chapa 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 Nas junções rebitadas de chapas sobrepostas Essas junções são solicitadas também por flexão pois sofrem efeitos de 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 23 Prof Me Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES MECÂNICAS Referência Bibliográfica KHURMI R S GUPTA J K Machine Design Eurasia Publishing House 2005 NIEMANN Gustav Elementos de Máquina Volume I Editora Edgard Blücher Ltda 7a reimpressão 1995 SHIGLEY Joseph E etall Projeto de Engenharia Mecânica Editora Bookman 7ª edição 2005 24