Elementos de fixação - união permanentes e não permanentes. Tipos de materiais, revestimentos e tratamentos térmicos. Classe de resistência

Elementos de fixação - união permanentes e não permanentes. Tipos de materiais, revestimentos e tratamentos térmicos. Classe de resistência

1. Elementos de Fixação Apresentar ao aluno os tipos de elementos de fixação presentes em máquinas e equipamentos, o seu dimensionamento e suas aplicações.

2. Para que servem os Elementos de Fixação? Os elementos de fixação são elementos de máquinas utilizados para realizar a fixação dos diversos componentes de uma máquina ou equipamento. Parafusos Elementos com rosca que permitem a fixação de componentes, podendo ser removidos quando necessário. Porcas Elementos com rosca interna que se acoplam aos parafusos para realizar a fixação. Arruelas Elementos que aumentam a área de contato entre a cabeça do parafuso ou porca e a superfície. Rebites Elementos para fixação permanente, que precisam ser destruídos para desmontagem. Rosca: é uma saliência de forma helicoidal que se desenvolve ao longo de uma superfície cilíndrica ou cônica.

3. Parafusos e Porcas Os parafusos e as porcas são elementos de fixação que possuem roscas. Essa característica permite que um componente de uma máquina seja montado e, caso necessário, posteriormente, seja desmontado, bastando, para isso, que seja desatarraxado o parafuso ou a porca de fixação. As porcas e os parafusos podem ser utilizados em conjunto, quando o componente a ser fixado não possuir rosca. Nesse caso, a fixação ocorrerá através da montagem da porca no parafuso. Entre a cabeça do parafuso e a porca estarão os elementos a serem fixados. Figura 1 – Exemplos de Elementos de Fixação: porca e parafuso

4. Por que utilizar arruelas? As arruelas podem ser utilizadas quando o componente da máquina a ser fixado apresentar uma espessura muito pequena, como uma chapa, por exemplo. Nesse caso, pode se utilizar uma arruela associada ao parafuso ou à porca, para evitar que ocorram deformações na chapa. O objetivo da colocação dessa arruela é aumentar a área de contato entre a cabeça do parafuso ou a porca e a chapa, reduzindo-se assim a tensão sobre a chapa. Figura 2 – Exemplos de Elementos de Fixação: Porca, parafuso e arruelas

5. Rebites: Fixação Permanente Quando se desejar uma fixação definitiva de componentes de uma máquina, é possível utilizar os rebites. Nesse caso, se, no futuro, desejar-se eliminar a fixação desse componente, será necessário destruir esse rebite. Nesta unidade, trataremos dos elementos de fixação que utilizam roscas. Figura 3 – Exemplos de Elementos de Fixação: Rebites

6. Elementos de Fixação com Rosca Os parafusos são os principais elementos de fixação que possuem rosca. Esses podem ser utilizados para a fixação de componentes de máquinas, podendo ser passantes ou não passantes: Parafusos passantes São utilizados para unir componentes de máquinas que não possuem roscas. Nesse caso, é necessária atarraxar-se uma porca na extremidade oposta à cabeça do parafuso. Parafusos não passantes São utilizados para unir componentes de máquinas em que, pelo menos um deles, possui rosca. Nesse caso, o parafuso é atarraxado diretamente nesse componente. Figura 4 – Exemplos de parafusos de cabeça sextavada passante e não passante

7. Tipos de Parafusos Além dos parafusos de cabeça sextavada, existem outros diversos tipos de parafusos. A principal diferença entre eles é o tipo de cabeça utilizado em sua construção. Figura 5 – Diversos tipos de parafusos

8. Parafusos com Formatos de Cabeça Diferentes Nos itens (a), (c) e (d) da Figura 6, o furo para acondicionamento do parafuso no componente a ser fixado possui um rebaixo para que a cabeça do parafuso fique embutida dentro desse componente. Na Figura 7, é possível visualizar exemplos de parafusos para chapas. Além dos formatos de cabeça, é possível ver também que há diferenças no formato do rasgo na cabeça dos parafusos. Nos itens (a), (b) e (c) da Figura 7, têm-se parafusos do tipo "fenda"; e no item (d), têm-se um parafuso do tipo "Phillips". Figura 6 – Exemplos de Parafusos com formatos de cabeça diferentes e parafusos para embutimento Figura 7 – Exemplos de parafusos para chapas tipo "fenda" e tipo "Phillips"

9. Materiais de Parafusos Aço O principal material utilizado para a fabricação de parafusos é o aço. Ele é bastante utilizado devido às suas propriedades mecânicas, como a boa resistência à tração, boa ductilidade e boa usinabilidade. Alumínio Utilizado em situações em que se deseja uma razoável resistência mecânica, resistência à corrosão, onde é necessário utilizar-se componentes mais leves, pois sabe-se que a densidade do alumínio é muito menor do que a do aço. Cobre, Latão e Bronze Quando existe a necessidade de resistência à corrosão, o cobre, o latão e o bronze também são boas alternativas, inclusive em aplicações marítimas. Voltando ao aço, essa resistência à corrosão pode ser obtida utilizando-se os aços inoxidáveis. Quando se utiliza parafusos de aço, no Sistema Métrico de Roscas, os parafusos são divididos em classes, conforme ilustrado na Tabela 1.

10. Classes de Parafusos com Roscas no Sistema Métrico Classe Tamanho do Parafuso Resistência à Tração (MPa) Tensão de Escoamento (MPa) Resistência de Prova (MPa) 4,6 M5-M36 400 240 225 4,8 M1,6-M16 420 340 310 5,8 M5-M24 520 415 380 8,8 M17-M36 830 660 600 9,8 M1,6-M16 900 720 650 10,9 M6-M36 1040 940 830 12,9 M1,6-M36 1220 1100 970 Na primeira coluna à esquerda da Tabela 1, estão as classes dos parafusos cujos valores variam de 4.6 a 12.9. O número à esquerda da vírgula representa 1 (um) centésimo do valor da resistência à tração do parafuso em MPa. O número à direita da vírgula representa o valor aproximado da razão (divisão) entre a tensão de escoamento do material a ser utilizado para se fabricar o parafuso e a resistência à tração do parafuso.

11. Exemplo de Classificação de Parafusos Por exemplo, consideremos o parafuso classe 10,9. Consultando a Tabela 1 para esse aço, verifica-se que a Resistência à tração do parafuso deve ser de 1040 Mpa; a tensão de escoamento do material deve ser de 940 MPa. Dividindo o valor da resistência à tração por 100, ou seja, 1 (um) centésimo do valor da resistência à tração do parafuso, obtém-se o valor do número à esquerda da vírgula. Dividindo-se o valor da tensão de escoamento do material pela resistência à tração do parafuso, têm-se o valor do lado esquerdo da vírgula. A resistência de prova disponível na Tabela 1 é um valor de referência médio obtido em ensaios de tração realizados no parafuso em condições normalizadas. Esse deve ser o valor da tensão utilizado para o dimensionamento de parafusos.

12. Denominações de Roscas A denominação de uma rosca no sistema métrico segue o padrão ilustrado na Figura 9. Sempre começa com a letra M maiúscula, que significa Sistema Métrico, e o valor do diâmetro nominal também conhecido como diâmetro principal (D) da rosca em milímetros. Depois da letra "x" é possível visualizar o Passo (p) da rosca. Passo é a distância entre dois filetes consecutivos de uma rosca. Na Figura 10, é possível visualizar as principais características geométricas de uma rosca métrica triangular, ou seja, que possui o perfil do filete com formato triangular. Figura 9 – Denominação de rosca no sistema métrico Figura 10 – Características geométricas de uma rosca – sistema métrico

13. Dimensionamento de Parafusos Um parafuso pode estar sujeito a dois tipos de esforços, que podem agir separadamente ou em conjunto: Esforço de Tração Uma força atua no sentido longitudinal do parafuso Esforço de Cisalhamento Uma força atua no sentido transversal do parafuso Parafusos Sujeitos a Esforços de Tração Para dimensionarmos um parafuso sujeito a esforços de tração, deve-se levar em consideração que a tensão atuante no parafuso, nesse caso, é a Tensão Normal (σ). O valor da Tensão Normal Admissível (σ̅) será obtida através da Equação 1: Onde: σ̅ → Tensão Normal Admissível; σep → Tensão Normal de Escoamento de Prova do parafuso (resistência de prova); Cs → Coeficiente de Segurança.

14. Exemplos de Aplicação Exemplo 1 Um parafuso está sujeito à força de aperto de tração de 5000 N. Deseja-se utilizar um parafuso classe 5,8 para esse projeto (resistência de prova = 380 MPa). O coeficiente de segurança a ser adotado no projeto é igual a 4. Solução: A tensão normal admissível será 95 MPa. A área mínima de tensão de tração será 52,63 mm². Consultando a tabela, deve-se utilizar um parafuso M10x1.5. Exemplo 2 Um parafuso está sujeito à força de cisalhamento de 5000 N. Deseja-se utilizar um parafuso classe 5,8 para esse projeto (resistência de prova = 380 MPa). O coeficiente de segurança a ser adotado no projeto é igual a 4. Solução: A tensão de cisalhamento admissível será 57 MPa. A área mínima de diâmetro menor será 87,719 mm². Consultando a tabela, deve-se utilizar um parafuso M14x2. Exemplo 3 Um parafuso está sujeito a uma força de cisalhamento de 5000 N e também a uma força de aperto (tração de 5000 N). Deseja-se utilizar um parafuso classe 5,8 para esse projeto (resistência de prova = 380 MPa). O coeficiente de segurança a ser adotado no projeto é igual a 4. Solução: Como ocorrem os dois esforços de forma simultânea, então deve-se adotar o maior diâmetro nominal, ou seja, deve-se adotar a rosca M14x2.