Slide - Porcas e Parafusos - 2019-2

EU 602 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2S2019 – Prof. Jaime Izuka PORCAS E PARAFUSOS Jaime Izuka EU 602 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2S2019 – Prof. Jaime Izuka Porcas e Parafusos • Manter peças unidas ou mover cargas; • Parafusos de fixação : resistir a cargas de tração e/ou cisalhamento; • Influências da pré-carga. EU 602 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2S2019 – Prof. Jaime Izuka Formas Padronizadas de Rosca • Padrão Iso (dimensões métricas); • Padrão UNS (dimensões no sistema inglês); EU 602 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2S2019 – Prof. Jaime Izuka Formas Padronizadas de Rosca • Série padrão de famílias de diâmetro primitivo : • Passo grosso : mais comum, utilização onde repetidas inserções são necessárias; • Passo fino : são mais resistentes ao afrouxamento por vibração; • Passo extrafino : utilizados onde espessura de parede é limitante. EU 602 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2S2019 – Prof. Jaime Izuka Formas Padronizadas de Rosca • Tolerâncias: • Classe 1 : tolerâncias maiores : uso residencial; • Classe 2 : tolerâncias mais estreitas : maquinas em geral; • Classe 3 : maior precisão : situação em que são requeridos ajustes mais precisos. EU 602 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2S2019 – Prof. Jaime Izuka Formas Padronizadas de Rosca • Exemplos: • ¼ - 20 UNC – 2A : rosca externa de diâmetro ¼ , 20 filetes por in, série grossa, classe 2 de ajuste; • M8 1,25 : rosca ISO comum de 8 mm de diâmetro, 1,25 de passo de hélice. • Todas as roscas são de mão direita (padrão). EU 602 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2S2019 – Prof. Jaime Izuka EU 602 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2S2019 – Prof. Jaime Izuka EU 602 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2S2019 – Prof. Jaime Izuka Parafusos de Potência • Usados para converter movimento rotacional em movimento linear; • Alguns padrões específicos (diferentes do ISO e UNS) para suportar grandes cargas; EU 602 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2S2019 – Prof. Jaime Izuka Parafusos de Potência EU 602 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2S2019 – Prof. Jaime Izuka Força e Torque em Parafusos de Potência • Roscas quadradas EU 602 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2S2019 – Prof. Jaime Izuka Força e Torque em Parafusos de Potência EU 602 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2S2019 – Prof. Jaime Izuka Parafusos de Potência • Coeficientes de atrito : • O coeficiente de atrito entre porca – parafuso lubrificado a óleo é na ordem de 0,15; • Um mancal axial simples tem coef. atrito próximo deste valor; • Um mancal de elemento rolante (axial) é cerca de 1/10 do atrito de mancais simples. EU 602 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2S2019 – Prof. Jaime Izuka Parafusos de Potência EU 602 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2S2019 – Prof. Jaime Izuka Parafusos de Potência • Eficiência em Parafusos • Para 1 volta de parafuso, o trabalho temos: • O trabalho produzido é: • Eficiência : função do atrito e geometria do parafuso EU 602 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2S2019 – Prof. Jaime Izuka Tensões em Roscas • Teoricamente, todos os filetes devem compartilhar a carga; • Pior situação : o primeiro par de filetes suporta toda a carga ; • Condição real : meio termo entre estas duas situações, provavelmente mais próxima da pior situação; EU 602 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2S2019 – Prof. Jaime Izuka Tensão Axial em Roscas • Área sob tração: • Rosca UNS • Rosca Iso • Tensão axial : EU 602 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2S2019 – Prof. Jaime Izuka Tensão de Cisalhamento em Roscas EU 602 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2S2019 – Prof. Jaime Izuka Tensão de Cisalhamento em Roscas EU 602 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2S2019 – Prof. Jaime Izuka Tensão de Cisalhamento em Roscas • A tensão de cisalhamento fica : • Obs: o grau de compartilhamento de carga define a quantidade de filetes que irão suportar a carga. EU 602 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2S2019 – Prof. Jaime Izuka Comprimento mínimo de porca EU 602 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2S2019 – Prof. Jaime Izuka Tensão Torcional EU 602 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2S2019 – Prof. Jaime Izuka Resistência de Parafusos EU 602 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2S2019 – Prof. Jaime Izuka Resistência de Parafusos EU 602 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2S2019 – Prof. Jaime Izuka Resistência de Parafusos EU 602 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2S2019 – Prof. Jaime Izuka Pré-Carga de Junções em Tração • Prática comum : pré-carregar a junta (torque nos parafusos) criando cargas de tração que se aproximam às respectivas resistências de prova. • Montagem estática : pré-carga de até 90% da resistência de prova; • Juntas carregadas dinamicamente (carga de fadiga) : pré-carga de 75% ou mais resistência de prova. EU 602 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2S2019 – Prof. Jaime Izuka Parafusos Pré-Carregados sob Carga Estática Aplicação com o parafuso sob tração EU 602 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2S2019 – Prof. Jaime Izuka Pré Carga de Junções em Tração EU 602 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2S2019 – Prof. Jaime Izuka Pré Carga de Junções em Tração EU 602 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2S2019 – Prof. Jaime Izuka Pré Carga de Junções em Tração EU 602 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2S2019 – Prof. Jaime Izuka Parafusos Pré-Carregados sob Carga Estática Carga P aplicada a um conjunto formado por dois cilindros de dimensões conhecidas e um parafuso pré-carregado. EU 602 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2S2019 – Prof. Jaime Izuka Parafusos Pré-Carregados sob Carga Estática Efeitos da pré-carga e carregamento. EU 602 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2S2019 – Prof. Jaime Izuka Parafusos Pré-Carregados sob Carga Estática EU 602 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2S2019 – Prof. Jaime Izuka Parafusos Pré-Carregados sob Carga Estática EU 602 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2S2019 – Prof. Jaime Izuka Parafusos Pré-Carregados sob Carga Estática EU 602 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2S2019 – Prof. Jaime Izuka Exemplo • Determine um tamanho adequado e um valor de pré-carga para a junta. Encontre seu coeficiente de segurança à falha por escoamento e separação. Determine o valor ótimo de pré-carga como uma porcentagem da resistência de prova de maneira a maximizar os fatores de segurança. • Dados As dimensões da junta são D = 1 in e l = 2 in. A carga aplicada é P = 2000 lb. • Hipóteses Ambas as partes sujeitadas são de aço. Os efeitos das flanges na rigidez da junta serão ignorados. Uma pré-carga de 90% da resistência de prova do parafuso será aplicada em uma primeira tentativa. EU 602 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2S2019 – Prof. Jaime Izuka Parafusos Pré-Carregados sob Carga Dinâmica Efeitos da pré-carga e carregamento dinâmico. EU 602 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2S2019 – Prof. Jaime Izuka Parafusos Pré-Carregados sob Carga Dinâmica EU 602 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2S2019 – Prof. Jaime Izuka Parafusos Pré-Carregados sob Carga Dinâmica EU 602 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2S2019 – Prof. Jaime Izuka Parafusos Pré-Carregados sob Carga Dinâmica EU 602 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2S2019 – Prof. Jaime Izuka EU 602 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2S2019 – Prof. Jaime Izuka Exemplo • Determine um tamanho adequado e um valor de pré-carga para a junta. Encontre seu coeficiente de segurança à falha por fadiga. Determine o valor ótimo de pré-carga como uma porcentagem da resistência de prova de maneira a maximizar os fatores de segurança. • Dados As dimensões da junta são D = 1 in e l = 2 in. A carga aplicada é P = 1000 lb. • Hipóteses Ambas as partes sujeitadas são de aço. Os efeitos das flanges na rigidez da junta serão ignorados. Uma pré-carga de 90% da resistência de prova do parafuso será aplicada em uma primeira tentativa. EU 602 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2S2019 – Prof. Jaime Izuka Determinação do Fator de Rigidez de Junta Que quantidade de material sujeitado deve ser incluída no calculo de rigidez do material? EU 602 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2S2019 – Prof. Jaime Izuka Determinação do Fator de Rigidez de Junta Cornwell : análises de FEA para estudar a rigidez de parafuso e junta. Rigidez do parafuso : Leva em conta os efeitos de deflexão da cabeça do parafuso. EU 602 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2S2019 – Prof. Jaime Izuka Determinação do Fator de Rigidez de Junta TL : espessura da chapa do módulo de Young mais baixo TH : espessura da chapa do módulo de Young mais alto d : diâmetro do parafuso l : comprimento sujeitado EU 602 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2S2019 – Prof. Jaime Izuka Determinação do Fator de Rigidez de Junta (chapas de mesmo mat) Constante de rigidez para juntas com 2 chapas EU 602 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2S2019 – Prof. Jaime Izuka Determinação do Fator de Rigidez de Junta (chapas material dif) Constante de rigidez para juntas com 2 chapas j=0,1 Demais j EU 602 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2S2019 – Prof. Jaime Izuka Determinação do Fator de Rigidez de Junta Fator de correção a : EU 602 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2S2019 – Prof. Jaime Izuka Determinação do Fator de Rigidez de Junta EU 602 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2S2019 – Prof. Jaime Izuka Determinação do Fator de Rigidez de Junta Juntas com retentores (confinadas e não confinadas) EU 602 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2S2019 – Prof. Jaime Izuka Exemplo Uma câmara de pressão é selada por uma gaxeta sujeitada por meio de oito parafusos pré-carregados. Determine a rigidez do material e a constante de junta para os dois projetos do conjunto, um com uma gaxeta confinada e outro com uma não confinada. Também determine as cargas sentidas pelos parafusos e material. Dados O diâmetro do cilindro Dp = 4 in. O diâmetro do cilindro de parafusos é Dbc = 5,5 in. Diâmetro externo da flange Df = 7,25 in. Os oito parafusos tipo 3/8-16 UNC são igualmente espaçados no círculo de parafusos. O comprimento sujeitado l da junta é 1,5 in. A espessura da gaxeta é 0,125 in. A pressão no cilindro é de 1500 psi. A flange é de aço e a tampa, aluminio. Hipóteses O material da gaxeta é borracha. EU 602 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2S2019 – Prof. Jaime Izuka Exemplo EU 602 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2S2019 – Prof. Jaime Izuka Controle de Pré Carga EU 602 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2S2019 – Prof. Jaime Izuka Controle de Pré Carga Parafusos de torque limitado EU 602 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2S2019 – Prof. Jaime Izuka Controle de Pré Carga Arruelas com indicação de carga EU 602 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2S2019 – Prof. Jaime Izuka Fixadores em Cisalhamento Aplicações estruturais (pórticos de edifícios de aço estrutural e pontes) : parafusos de alta resistência, pré-carregados, criando grandes forças de atrito entre elementos parafusados, que resistem à carga de cisalhamento. EU 602 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2S2019 – Prof. Jaime Izuka Fixadores em Cisalhamento • Em projetos de máquinas não é considerada boa prática utilizar parafusos em cisalhamento • Recomenda-se a combinação de parafusos e pinos passantes • Pinos passantes suportam cargas de cisalhamento, mas não cargas de tração, e parafusos de porca/ sem porca suportam cargas de tração, mas não cargas de cisalhamento diretas EU 602 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2S2019 – Prof. Jaime Izuka Fixadores em Cisalhamento • Problema em se utilizar somente parafusos : distribuição de carga entre os elementos de fixação EU 602 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2S2019 – Prof. Jaime Izuka Fixadores em Cisalhamento • furos de pinos passantes não são furados até que a montagem tenha sido parafusada e alinhada à configuração adequada • montagem que é relocalizável de maneira precisa quando desfeita e remontada • zero folga radial entre pinos endurecidos • resistir a cargas de cisalhamento de uma maneira compartida. EU 602 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2S2019 – Prof. Jaime Izuka Fixadores em Cisalhamento • junta parafusada com pinos passantes sob carregamento de cisalhamento. EU 602 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2S2019 – Prof. Jaime Izuka Fixadores em Cisalhamento • Centroide de grupos de fixadores n é o número de sujeitadores, i representa um fixador em particular, Ai as áreas de seção transversal dos fixadores e xi, yi as coordenadas dos fixadores no sistema de coordenadas selecionado. EU 602 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2S2019 – Prof. Jaime Izuka Fixadores em Cisalhamento • Determinação de cargas de cisalhamento em fixadores • Força cortante Momento EU 602 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2S2019 – Prof. Jaime Izuka Fixadores em Cisalhamento EU 602 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2S2019 – Prof. Jaime Izuka Exemplo • Determine o tamanho dos pinos passantes no suporte • Dados A força estática P = 1200 lbf é aplicada a l = 5 in. O raio de posição dos pinos passantes é r = 1,5 in. • Hipóteses Todos os pinos compartem a carga igualmente. Use aço-liga de dureza 40-48 HRC para o material dos pinos.