elementos fixação - parafusos

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ELEMENTOS DE FIXAÇÃO ROSCADOS

Os parafusos são utilizados tanto para manter coisas unidas, como no caso de parafusos de fixação, quanto para mover cargas, como nos casos dos chamados parafusos de potência, ou parafusos de avanço. Estudaremos estes dois tipos de aplicações.

Parafusos de fixação podem ser arranjados para resistir a cargas de tração, de cisalhamento ou ambas. Exploraremos também a aplicação de pré-cargas em parafusos de fixação, as quais podem aumentar sensivelmente a sua capacidade de sustentar cargas.

FORMAS PADRONIZADAS DE ROSCAS:

O elemento comum entre os vários fixadores é a rosca. Em termos gerais, a rosca é um filete que faz com que o parafuso avance sobre o material ou porca quando rotacionado. As roscas podem ser externas (parafusos atarrachante) ou internas (porcas de furos roscados).

Após a Segunda Guerra Mundial, foram padronizados na Inglaterra, no Canadá e nos EUA no que hoje se conhece como série Unified National Standard (UNS). O padrão europeu é definido pela ISO e tem essencialmente a mesma forma da seção transversal da rosca, usamos, porém, dimensões métricas e, portanto, não é intercambiável com as roscas UNS.

UNS (americana) -> ângulo 60° -> fios por polegada

ISO (métrica) -> ângulo 60° -> passo em mm

Withworth -> ângulo 55° -> fios por polegada

O comprimento L da rosca é a distância que uma rosca avançará axialmente com a revolução da porca. Se for uma rosca simples (com uma entrada) o avanço irá igualar o passo. Parafusos podem ser feitos com roscas múltiplas, também chamadas de rosca de múltiplas entradas.

Avanço = Passo x Nº de entradas

As roscas múltiplas têm a vantagem de avançar mais rapidamente sobre a porca com capacidade de transmitir maior potência. As rosca simples resistem mais à vibrações, resistindo mais ao afrouxamento.

Três séries padrão de famílias de diâmetro primitivo são definidas para as roscas de padrão UNS, passo grosso (UNC), passo fino (UNF) e o passo extrafino (UNEF).

  • Série grossa -> aplicações comuns que requerem repetidas inserções e remoções do parafuso ou onde o parafuso é rosqueado em material mole.

  • Série fina -> mais resistentes ao afrouxamento decorrente de vibrações que as roscas grossas por causa de seu menor ângulo de hélice.

  • Série ultrafina -> utilizadas onde a espessura do passo é limitada e suas roscas pequenas são uma vantagem.

Os padrões Unified National e ISO definem intervalos de tolerância para roscas internas e externas de maneira a controlar seu ajuste. A UNS define 3 tipos de classes chamadas 1, 2 e 3. A classe 1 possui as tolerâncias mais largas e utiliza fixadores de “qualidade comercial” (pouco custosos) para o uso casual em residências, etc. a classe 2 define tolerâncias mais estreitas para uma melhor qualidade de encaixe entre as partes e é adequado para uso geral em projeto de máquinas. A classe 3 é de maior precisão e pode ser especificada quando ajustes mais precisos são requeridos. O custo aumenta com classes de ajustes mais altas. Outra designação diferencia roscas A (externas) e B (internas). Exemplo de especificação:

ROSCA UNS: ¼ – 20 UNC – 2A

Rosca externa de diâmetro 0,25 inch (polegada) com 20 fios por polegada, série grossa, classe 2 de ajuste.

ROSCA MÉTRICA: M8 x 1,25

Rosca ISO comum de 8 m de diâmetro por 1,25 mm de passo de hélice.

Todas as roscas padrão são de mão direita (RH – right hand) por padrão, a menos que haja especificação em contrário por adição das letras LH (left hand) à especificação.

Uma rosca direita afastará a porca (ou parafuso) de você quando um ou outro componente for girado na direção dos ponteiros do relógio.

DIMENSIONAMENTO DE FIXADORES ROSCADOS:

ÁREA SOB TRAÇÃO

Se uma barra rosqueada é submetida a uma carga de tração pura, é de se esperar que sua resistência seja limitada pela área de seu diâmetro menor (da raiz) dr. Contudo, testes das barras rosqueadas sob tração mostram que a sua resistência à tração é melhor definida para média dos diâmetros menor e primitivo.

A área sob tração AT, é definida como:

Onde para roscas UNS:

E para roscas ISO:

Com:

d = diâmetro externo

N = número de filetes por polegada

p = passo em milímetros

A tensão em uma barra rosqueada devido a uma carga axial de tração F, é então:

EXERCÍCIOS:

  1. Verificar se um parafuso de aço SAE1030 com tensão admissível à tração de τT = 1200 kgf/cm² suporta uma carga de 150 kgf, onde:

diâmetro externo do parafuso = 5,00 mm

parafuso com rosca ISO de passo = 1,25 mm

resolução:

dp = d – 0,649519 . p dp = 5 - 0,649519 . 1,25

dp = 4,19 mm

dR = d – 1,226869 . p dR = 5 – 1,226869 . 1,25

dR = 3,47 mm

AT = 11,52 mm² => 0,1152 cm²

não suporta !

2) Verificar se um parafuso de aço SAE8640 com tensão admissível à tração de τT = 1200 kgf/cm² suporta uma carga de 350 kgf, onde:

diâmetro externo do parafuso = ½”

parafuso com rosca UNC (UNS grossa) de 13 fios por polegada

resolução:

AT = 0,9152 cm²

OK suporta !

3) Dimensionar um parafuso de aço SAE1045 com tensão admissível à tração de τT = 1200 kgf/cm² sujeito a uma carga de 300 kgf, onde:

parafuso com rosca ISO de passo = 1,25 mm

resolução:

dR = d – 1,226869 . p → d = dR + 1,226869 . p

d = 5,641 + 1,226869 . 1,25

d = 7,17 mm → NORMALIZANDO = M8 x 1,25

Verificando:

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