UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS - madeira.ufpr.br · A união por rebites é um dos primeiros sistemas de união mecânica de materiais metálicos utilizado pela ... rebites como elementos
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ELEMENTOS ORGÂNICOS DE MÁQUINAS I
AT-096
Universidade Federal do Paraná
Curso de Engenharia Industrial Madeireira
Dr. Alan Sulato de Andrade
alansulato@ufpr.br
UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
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UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
Uniões moveis são aquelas que se caracterizam pela
possibilidade de separar as peças previamente
unidas sem danificar o conjunto.
B
A
União de dois elementos Tentativa de separação
B
A
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UNIÕES MÓVEIS:
Junção de peças por rebite
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UNIÕES MÓVEIS:
Junção de peças por parafusos, porca e arruela.
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UNIÕES MÓVEIS:
Os elementos que são mais utilizados e que
merecem destaque são:
Rebite,
Parafusos, porcas, arruelas,
cavilhas, contrapinos, anéis e chavetas.
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UNIÕES MÓVEIS:
REBITES
A união por rebites é um dos primeiros sistemas de união mecânica de materiais metálicos utilizado pela industria de manufatura.
Processo de execução simples, barato e que resulta em peças extremamente resistentes são características desse tipo de procedimento.
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UNIÕES MÓVEIS:
REBITES
A escolha adequada do rebite se dará pela análise
dos seguintes fatores:
Material do qual é feito;
Tipo construtivo:
Maciço ou oco;
o tipo de sua cabeça;
Suas dimensões:
o diâmetro do seu corpo;
o seu comprimento útil.
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UNIÕES MÓVEIS:
REBITES
Os rebites podem ser maciços ou ocos:
Rebites maciços e ocos – Cortesia N.P.N - PARAFUSOS .
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UNIÕES MÓVEIS:
REBITES
Maciços:
Rebite maciço
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UNIÕES MÓVEIS:
REBITES
Rebites ocos:
Rebite oco
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UNIÕES MÓVEIS:
REBITES
Principais tipos:
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UNIÕES MÓVEIS:
REBITES
Principais tipos:
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UNIÕES MÓVEIS:
REBITES
Tipos de processo de Rebitagem:
Processo Manual,
Processo Mecânico.
Martelo Pneumático,
Rebitadeiras Hidráulicas,
Rebitadeiras Pneumáticas.
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UNIÕES MÓVEIS:
REBITES
Tipos de processo de Rebitagem:
Processo Manual
Utilizado para rebitar em locais de difícil acesso ou
peças pequenas.
Processo Mecânico
Permite rebitamento mais resistente e contínuo.
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UNIÕES MÓVEIS:
REBITES
Instalação:
Golpeamento manual ou automático
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UNIÕES MÓVEIS:
REBITES
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UNIÕES MÓVEIS:
REBITES
Tipos de processo de Rebitagem – Processo a Quente:
Na rebitagem a quente o rebite é aquecido por fornos
a gás, elétricos ou maçarico. O rebite é martelado à
mão ou à máquina até adquirir o formato. Os fornos
possibilitam um controle da temperatura necessária
para aquecer o rebite. Já o maçarico apresenta a
vantagem de permitir o deslocamento da fonte de
calor. A rebitagem a quente é indicada para rebites
com diâmetro superior a 6,35 mm. Aplicada,
especialmente, em rebites de aço.
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UNIÕES MÓVEIS:
REBITES
Tipos de processo de Rebitagem – Processo a Frio:
A rebitagem a frio é feita por martelamento, sem
utilizar qualquer fonte de calor. Indicada para rebites
com diâmetro de até 6,3 mm, se o trabalho for à mão,
e de 10 mm, se for à máquina. Usa-se na rebitagem a
frio rebites de aço, alumínio etc.
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UNIÕES MÓVEIS:
REBITES
Instalação:
Processo a quente e a frio
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UNIÕES MÓVEIS:
REBITES
Tipos de ligação:
Podemos classificar as ligações por rebites de três formas distintas:
Ligações Resistentes,
Ligações Estanques,
Ligações Resistentes e Estanques.
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UNIÕES MÓVEIS:
REBITES
Ligações Resistentes:
O objetivo é conseguir que as duas peças ligadas
transmitam os esforços e lhes resistam como se
fossem uma única, ex: nas estruturas metálicas de
edifícios, pontes etc.
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UNIÕES MÓVEIS:
REBITES
Pontes mais antigas utilizam
rebites como elementos de união
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UNIÕES MÓVEIS:
REBITES
Ligações Estanques:
Quando se pretende que as juntas da ligação
impeçam a passagem de gases ou líquidos, ex:
depósitos de gases.
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UNIÕES MÓVEIS:
REBITES
Depósitos de gás e combustíveis
mais antigas utilizam
rebites como elementos de união
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UNIÕES MÓVEIS:
REBITES
Ligações Resistentes e Estanques:
Quando se pretende que tenham simultaneamente as
características dos dois tipos anteriores. ex:
construção naval, caldeiras, etc.
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UNIÕES MÓVEIS:
REBITES
Caldeiras
mais antigas utilizam
rebites como elementos de união
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UNIÕES MÓVEIS:
REBITES
Materiais empregados para construção de Rebites:
Os rebites devem ser construídos com material
resistente e dúctil. Os materiais mais utilizados nos
rebites são o aço, cobre, alumínio e latão.
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UNIÕES MÓVEIS:
REBITES
Tipos de ligação:
A B C
A - superposição, B - cobertura simples e C - cobertura dupla
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UNIÕES MÓVEIS:
REBITES
Os rebites podem ser empregados em uniões com elevada resistência para estruturas de aço; junções estanques de elevada resistência para caldeiraria; junções estanques em recipientes de pequena altura como: chaminés, tubos de descarga e tubulações sujeitas à baixas pressões; junções de responsabilidade de chapas de revestimento: aviões, navios ou equipamentos.
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UNIÕES MÓVEIS:
REBITES
Vantagens e desvantagens:
As junções rebitadas são mais simples e baratas que as soldadas;
Possibilitam um controle de qualidade mais simples que as soldadas;
As junções rebitadas são mais pesadas e seu campo de aplicação não é tão vasto quanto o das junções por solda;
Acarretam uma redução da resistência do material da ordem de 13 a 42%, devido à redução de área pela furacão para os rebites, contra uma redução de 10 a 40% para as junções soldadas;
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UNIÕES MÓVEIS:
REBITES
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; o furo que aloja o rebite por compressão. Esses esforços pode levar a união a apresentar diversos tipos de falhas.
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UNIÕES MÓVEIS:
REBITES
Solicitações e dimensionamento de junções rebitadas:
Solicitação
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UNIÕES MÓVEIS:
REBITES
Falhas em uniões rebitadas:
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UNIÕES MÓVEIS:
REBITES
Cisalhamento dos rebites:
O fator cisalhamento nos rebites previne o corte das seções dos rebites entre duas chapas. Estas seriam as seções chamadas de seções de corte ou seções resistentes.
Considerando:
n - número de rebites que resiste à carga P
m - número de seções resistentes por rebite.
d - diâmetro dos rebites
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UNIÕES MÓVEIS:
REBITES
Cisalhamento dos rebites:
A força P é resistida por "n" rebites com "m" seções resistentes cada um. Então a área resistente total nos casos de uma ligação rebitada é:
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UNIÕES MÓVEIS:
REBITES
Cisalhamento dos rebites:
Sendo reb a tensão admissível ao cisalhamento do material do rebite, a tensão tangencial desenvolvida não pode ultrapassar a admitida. A condição de segurança para o cisalhamento nos rebites expressa de uma forma analítica seria:
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UNIÕES MÓVEIS:
REBITES
Compressão nas paredes dos furos:
A força exercida nas chapas, e estando a ligação em equilíbrio estático, cria uma zona comprimida entre as paredes dos furos dos rebites e o próprio rebite. Esta compressão pode ser tão grande a ponto de esmagar as paredes dos furos e colocar em risco toda a ligação rebitada. Deve-se portanto descartar esta possibilidade.
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UNIÕES MÓVEIS:
REBITES
Compressão nas paredes dos furos:
Sejam duas chapas ligadas entre si por um rebite de diâmetro "d",conforme figura:
UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
REBITES
Compressão nas paredes dos furos:
Observam-se zonas comprimidas nas duas chapas devido à ação do rebite sobre elas, sendo na vista de cima, representada a ação do rebite na chapa superior. À fim de facilitar-se o cálculo destas compressões substitui-se a área semi cilíndrica, da parede do furo, por sua projeção, que seria uma área equivalente ou simplificada ficando:
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UNIÕES MÓVEIS:
REBITES
Compressão nas paredes dos furos:
UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
REBITES
Compressão nas paredes dos furos:
Como nos casos de ligações rebitadas existem n rebites, podemos generalizar a expressão:
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UNIÕES MÓVEIS:
REBITES
Compressão nas paredes dos furos:
Sendo chapa a tensão de compressão admissível para o material da chapa ou dos cobre juntas, então para que o projeto funcione com segurança, a condição expressa analiticamente ficaria:
As tensões de compressão não se distribuem de maneira exatamente uniforme, entretanto assim se admite.
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UNIÕES MÓVEIS:
REBITES
Tração nas chapas enfraquecidas:
Quando se perfura as chapas 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.
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UNIÕES MÓVEIS:
REBITES
Tração nas chapas enfraquecidas:
Antes da furação a seção transversal da chapa que resistia à tração era:
UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
REBITES
Tração nas chapas enfraquecidas:
Supondo que se façam dois furos em uma mesma seção transversal de chapa para a colocação de rebites. A nova área resistente será:
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UNIÕES MÓVEIS:
REBITES
Tração nas chapas enfraquecidas:
A nova tensão de tração desenvolvida será:
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UNIÕES MÓVEIS:
REBITES
Tração nas chapas enfraquecidas:
Para generalizar criamos uma grandeza, n1 que reapresenta o número de rebites colocados em uma mesma seção transversal.
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UNIÕES MÓVEIS:
REBITES
Tração nas chapas enfraquecidas:
A condição de segurança expressa analiticamente será:
Onde T representa a tensão de tração admissível para o material das chapas ou coberturas
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UNIÕES MÓVEIS:
REBITES
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, utilizam-se de aço mais tenaz;
Os componentes básicos dos materiais dos rebites e da chapas devem ser idênticos a fim de evitar dilatações térmicas diferentes e o surgimento de pilhas galvânicas, que provoca respectivamente afrouxamento das uniões e corrosão;
Desta forma, no processo de rebitagem de chapas de alumínio usa-se rebites de alumínio, de chapas de aço rebites de aço;
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UNIÕES MÓVEIS:
REBITES
Considerações práticas: 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;
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 de resistência permanente da chapa;
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UNIÕES MÓVEIS:
REBITES
Considerações práticas: 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.
Experiência mostra que chapas de aço pintadas com zarcão apresentaram uma resistência ao deslocamento 50% inferior àquelas que foram limpas com gasolina;
Nas junções rebitadas de chapas sobrepostas:
Essas junções são solicitadas também por flexão pois sofrem efeitos do 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;
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UNIÕES MÓVEIS:
REBITES
Considerações práticas: Nas junções rebitadas:
Quando se utiliza um par de laias de junção, a resistência ao deslizamento é menor pois, se as espessuras das duas chapas não forem exatamente iguais, se aplicará menor pressão à chapa de menor espessura;
Havendo várias fileiras sucessivas de rebites:
O limite de deslizamento é atingido nas fileiras externas antes de o ser na internas, de modo que, para três fileiras de rebites, tensão dever ser reduzido;
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UNIÕES MÓVEIS:
REBITES
Considerações práticas: Comprimento do rebite:
Quanto maior a soma das espessuras das chapas rebitadas uma a outra, tanto maior o comprimento das hastes dos rebites utilizados e, portanto, tanto maiores as respectivas contrações de resfriamento, o que resulta em maior resistência ao deslizamento;
Execução:
A rebitagem feita à máquina apresenta um limite de deslizamento maior e mais uniforme entre as chapas rebitadas que o obtido na rebitagem feita à mão;
Entre as propriedades dos dois tipos de rebitagem acima citados se situam as propriedades da rebitagem feita com martelo de ar comprimido.
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UNIÕES MÓVEIS:
REBITES
Considerações práticas: Montagem:
Deve-se iniciar a instalação dos rebites internos e partir para a direções periféricas.
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UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS
União por parafusos consiste num tipo de união móvel
mais prática que a união por rebites, sendo sua
montagem e desmontagem extremamente simples.
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UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS
Utilizado nos mais diversos campos:
Campos de aplicação
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UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS
Na antiguidade, o matemático grego Archytas de
Tarentum (428 - 350 AC.) foi responsável pela
invenção do parafuso. No 1 século AC., os
parafusos de madeira foram usados em todo o
mundo Mediterrâneo em dispositivos como prensas
de óleo e de vinho. Os parafusos de metal só
apareceram na Europa a partir do ano de 1400.
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UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS
O britânico Henry Maudslay patenteou o parafuso de
fenda em 1797; um dispositivo similar foi patenteado
por David Wilkinson nos Estados Unidos no ano
seguinte. Na atualidade o parafuso está presente em
praticamente todos os aparelhos e estruturas
construídos pelo homem.
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UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS
Porém os parafusos são utilizados tanto para manter
elementos unidos, como no caso de parafusos de
fixação, quanto para mover cargas, como no caso
dos chamados parafusos de potência, ou parafusos
de avanço.
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UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS
Parafusos usados para fixação podem ser arranjados
para resistir a cargas de tração, de cisalhamento, ou
ambas.
Desta forma, uma questão importante é levantada, e
se referente ao fato que estes elementos precisam se
manter juntos e apertados.
UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS
Há diversas características que devem ser
analisadas antes de responder essa questão como:
Quais as características de um bom material para
parafusos e porcas e porque?
Materiais resistentes (aço, ferro fundido, outros
metais). Materiais inoxidáveis entre outros.
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UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS
Os parafusos são feitos em uma larga gama de
materiais, com muitas variedades de aço que são
talvez os mais comuns. Onde é necessário
resistência ao tempo e a corrosão , o aço inoxidável,
o titânio , o bronze são os materiais mais utilizados.
Alguns tipos de plástico, tais como o nylon ou Teflon,
podem ser aplicados para uma sustentação que
requer uma força moderada e grande resistência à
corrosão ou isolação elétrica. Mesmo a porcelana e o
vidro podem ser moldados.
UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS
Há diversas características que devem ser
analisadas antes de responder essa questão como:
Aperta-se indefinidamente um parafuso é
adequado?
(Nunca apertar indefinidamente, a tensão gerada
pode ser superior a tensão admissível do material
que é construído o elemento)
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UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS
Devemos lembrar que um parafuso é construído tendo
como base um material, e este apresenta uma tensão
admissível para cada tipo de solicitação. Cabe aos
engenheiros ter informações suficientes sobre os
materiais e respeitar os limites de segurança para um
correto dimensionamento da união.
UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS
Os fabricantes de parafusos apresentam diversas
informações como a tensão mínima de escoamento, o
limite de resistência entre outros informações
relevantes.
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UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS
Há diversas características que devem ser
analisadas antes de responder essa questão como:
Qual o aperto máximo de um parafuso?
Deve ser o suficiente para fixar os elementos,
normalmente se utiliza uma chave de torque
reguladora)
UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS
Em função de se conhecer as dimensões do elemento e sua tensão admissível, pode-se estimar qual a força a ser aplicada para não comprometer a integridade deste. Outro ponto que deve ser observado seria os elementos que serão unidos, pois em uma situação hipotética, a carga gerada no ato de aperto poderia danificar os elementos.
Zonas de deformação
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UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS
Um torque de 1 kgf.m é o resultado de uma força de 1
kgf (quilograma-força) aplicado na extremidade de
uma alavanca de 1 metro. Se a alavanca ou chave fixa
tiver apenas 10 cm, para obter o mesmo torque você
necessita aplicar uma força de 10 kgf. Quanto maior o
torque de aperto, maior a força axial ou força de aperto
do parafuso. Essa proporcionalidade varia, no entanto,
em função da força de atrito existente entre os filetes
das roscas.
T=F.d
UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS
Para aplicações críticas de elevada tensã/força, onde os parafusos de baixa qualidade podem falhar, tendo por resultado danos ou ferimento. Os parafusos SAE, um teste padrão distintivo do funcionamento é imprimido nas cabeças para permitir a inspeção e o validação da força do parafuso. Tais parafusos inferiores são um perigo à vida e à propriedade quando usados em aviões, automóveis, caminhões pesados, e aplicações críticas similares.
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UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS
Padrões de rosca e definições:
O elemento comum entre os vários fixadores é a
rosca. Em termos gerais, a rosca é uma hélice que
faz com que o parafuso avance sobre o material ou
porca quando rotacionado.
UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
As roscas podem ser externas (parafusos
atarrachantes) ou internas (porcas ou furos
rosqueados)
B
A
B
A
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UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS
UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS
Padrões de rosca e definições:
As formas de roscas originalmente eram diferentes para
cada um dos países fabricantes, porém, após a Segunda
Guerra Mundial, foram padronizadas na Inglaterra,
Canadá e nos Estados Unidos no que é conhecido hoje
como Unified National Standard (UNS). Na Europa, o
padrão é definido pela ISO. Ambas possuem
essencialmente a mesma forma, porem não são
intercambiáveis.
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UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS
Padrões de rosca e definições:
Sendo os parafusos normalizados, estes apresentam
uma nomenclatura própria:
passo (pitch): representa a distância entre pontos
correspondentes de filetes adjacentes, medidos
paralelamente ao eixo da rosca
o diâmetro maior ou nominal (major), médio
(mean) e menor ou da raiz (minor), representam o
maior diâmetro, a média entre o diâmetro maior e
o da raiz, e o menor diâmetro, respectivamente;
UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS
Padrões de rosca e definições:
Sendo os parafusos normalizados, estes apresentam uma nomenclatura própria:
o diâmetro médio também é conhecido como diâmetro primitivo.
a raiz (root) e a crista (crest) correspondem ao ponto mais baixo e o mais alto do filete da rosca, respectivamente;
o ângulo da rosca (thread angle) é o angulo formado entre duas faces da rosca. (60º ISO e UNS)
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UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS
Padrões de rosca e definições: d
dp
dr
UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS
Padrões de rosca e definições:
o avanço (l), é a distância que a porca avança
paralelamente ao eixo da rosca quando é girada
uma volta,
rosca simples (ou de uma entrada): o avanço é
igual ao passo;
roscas de múltiplas entradas: possuem mais de
um filete cortado um ao lado do outro; têm avanço
proporcionais ao passo e ao número de entradas.
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UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS
Padrões de rosca e definições:
UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS
Padrões de rosca e definições:
As geometrias das roscas apresentam três padrões
principais, sendo elas:
Padrão unificado: apresenta um ângulo da rosca
de 60º e apresenta suas dimensões em
polegadas (EUA e Inglaterra) e milímetros para o
resto do mundo; possuí padronização própria.
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UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS
Padrões de rosca e definições:
rosca quadrada e rosca Acme: são utilizados em
roscas de potência; cada aplicação é um caso
especial; não há uma necessidade de
padronização.
UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS
Padrões de rosca e definições:
ISO e UNS
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UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS
Padrões de rosca e definições:
Rosca quadrada
UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS
Padrões de rosca e definições:
Rosca ACME
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UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS
Padrões de rosca e definições:
São padronizadas em função dos diâmetros
nominais e do passo ou número de filetes de cada
rosca;
Na literatura especializada há tabelas que
apresentam o diâmetro padronizado e o passo para
as roscas;
Quando se especifica parafusos para um sistema,
deve-se ficar restrito a estas roscas.
UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS
Padrões de rosca e definições:
A especificação das roscas unificadas (EUA e a
Inglaterra) é feita pelo diâmetro nominal, o número
de filetes por polegada a série e a classe:
UNC (passo grosso), UNF (passo fino) e UNEF
(passo ultrafino)
Classe 1 (tolerância mais larga – comercial) , 2
(tolerância estreita) e 3 (precisão).
1/4-20 UNF-1
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UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS
Padrões de rosca e definições:
Para o sistema métrico, especifica-se as roscas pelo
diâmetro nominal e o passo em milímetros:
M12x1,75
UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS
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UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS
Outros padrões
O padrão unificado não é o único, mas é o mais
utilizado. Outros padrões que merecem ser citados
são:
Whitworth: esse era o padrão utilizado nos EUA e
na Inglaterra antes da adoção do padrão
unificado; o que difere este padrão do unificado é
o fato do ângulo da rosca ser de 55° ao invés dos
60°.
UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS
Outros padrões
NPT: a rosca NPT possui a mesma inclinação do
sistema unificado, diferindo por possuir uma
inclinação de 1º47'27" na direção axial da rosca; a
rosca NPT é considerada uma rosca cônica o que a
torna recomendável para: tubulações de ar
comprimido, gás. vapor, água e similares. A sua
especificação é feita de forma similar a do padrão
unificado utilizado nos EUA e Inglaterra.
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UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS
Tensão de tração
Se um parafuso ou uma barra rosqueada é submetida
a uma carga de tração pura, é de se esperar que a sua
resistência seja limitada pela área do seu diâmetro
menor (dr).
F F
F F
UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS
Tensão de tração
A tensão devida a uma carga de tração F é definida
como:
At
Ft
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UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS
Tensão de Cisalhamento
B
A F
UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS
Tensão de Cisalhamento
A tensão devida a uma carga cisalhante F é definida
como:
At
Fc
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UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS
Área sob tração
Assim área sob tração At é definida como:
4
. 2drAt
UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS
Principais falhas:
Cortesia - Curso de Engenharia Civil da FEAR - UPF
49
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UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS
Seqüência de aperto:
Deve-se respeitar uma seqüência lógica para o aperto
da união sendo esta realizada em uma chapa ou em
uma determinada tampa.
3 4
1 2
5 6
5 1 8
3 4
7 2 6
UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS DE POTÊNCIA
O parafuso de potência é um dispositivo utilizado em
máquinas para transformar o movimento angular e
movimento linear e, usualmente, para transmitir
potência.
Estes parafusos são usualmente utilizados em
tornos, prensas, macacos entre outras aplicações.
Aplicando-se um torque à extremidade do parafuso,
movimentando-se a outra extremidade que realiza
trabalho;
50
UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS DE POTÊNCIA
UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS DE POTÊNCIA
Análise de força e torque em parafusos de potência
Uma rosca de parafuso é essencialmente um plano
inclinado enrolado ao redor de um cilindro de forma a
criar uma hélice. Se desenrolássemos uma volta da
hélice, esta pareceria como um plano inclinado.
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UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS DE POTÊNCIA
Análise de força e torque em parafusos de potência
A próxima figura apresenta uma parafuso de
potência com:
rosca quadrada;
uma entrada;
características geométricas: - diâmetro médio dm,
passo p e ângulo de hélice ;
carregado por uma força axial de compressão F.
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UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS DE POTÊNCIA
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UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS DE POTÊNCIA
Análise de força e torque em parafusos de potência
Para o caso de levantamento do peso, as forças nas
direções x e y:
Fx=0 e Fy=0
UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS DE POTÊNCIA
Análise de força e torque em parafusos de potência
A força atrito é claro sempre se opõe ao movimento
( - coef. de atrito)
Assim:
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UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS DE POTÊNCIA
Análise de força e torque em parafusos de potência
Torque em função de :
Torque em função de l
s
s
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UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS DE POTÊNCIA
Análise de força e torque em parafusos de potência
Torque requerido para girar o colar:
Onde: dc é o diâmetro médio do colar, c é o
coeficiente de atrito no rolamento
c
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UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS DE POTÊNCIA
Análise de força e torque em parafusos de potência
A mesma análise pode ser feita para o caso de abaixar
a carga. Os sinais das forças aplicada e do atrito
mudam.
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UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS DE POTÊNCIA
Análise de força e torque em parafusos de potência
O torque para a baixar a carga é:
d
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UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS DE POTÊNCIA
Análise de força e torque em parafusos de potência
Deseja-se encontrar o torque necessário para levantar
e abaixar a carga.
Deve-se então analisar as forças atuantes na porca,
podendo estas ser mostradas como um diagrama de
corpo livre.
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UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS DE POTÊNCIA
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UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS DE POTÊNCIA
Análise de força e torque em parafusos de potência
Desta forma o torque total para levantar a carga:
Tts= + s c
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UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS DE POTÊNCIA
Análise de força e torque em parafusos de potência
Desta forma o torque total para abaixar a carga:
Ttd= + d c
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UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS DE POTÊNCIA
Parafusos auto-retentor
Quando o avanço é suficientemente grande ou o atrito
suficientemente pequeno, a carga abaixa sem o
emprego de qualquer força externa. Em tais casos, o
torque T é negativo ou nulo.
Quando se obtém um torque positivo dessa equação,
diz-se que o parafuso é auto-retentor.
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UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS DE POTÊNCIA
Parafusos auto-retentor
A condição de auto-retenção definida como:
Quando a rosca for do tipo quadrada=0º, cos =1
tan
costan
cos
dp
l
dp
l
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UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS DE POTÊNCIA
Eficiência dos parafusos
Pode-se determinar a relação entre o torque
necessário para movimentar a carga caso não
houvesse atrito (To) e o torque necessário quando há
atrito; Desta forma, a eficiência para se levantar a
carga pode ser escrita como:
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UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS DE POTÊNCIA
Observações finais
Todas as equações precedentes foram obtidas para o caso de se
considerar roscas quadradas: as cargas normais aos flancos são
paralelas ao eixo do parafuso;
No caso da rosca Acme ou da unificada, isso não é verdade devido ao
ângulo da rosca 2;
Se o ângulo de hélice for muito pequeno, sua inclinação poderá ser
desprezado e somente o efeito do ângulo da rosca deverá ser
considerado;
O efeito do ângulo a é aumentar a força de atrito por ação da cunha dos
filetes;
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UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS
Tipos de parafusos
Há diversas formas de se classificar os parafusos.
Aqui se ficará restrito a classificação segundo a forma
do corpo e tipo de cabeça.
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UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS
Tipos de parafusos
Em relação à forma corpo, um parafuso pode ser:
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UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS
Tipos de parafusos
Em relação as cabeças, os parafusos podem ser
classificados das mais diversas formas:
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UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS
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UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS
UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS
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UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS
UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS
Normalização do parafusos sextavado
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UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS
Normalização do parafusos sextavado internos
UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS
Roscas soberbas
Este tipo de rosca é uma rosca cônica de auto fixação
e é muito utilizado para fixação de madeiras e, com
auxílio de buchas plásticas, para a fixação de
elementos em bases de alvenaria.
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UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS
Roscas soberbas
UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS
Tensões nos filetes
Uma vez determinada à força transmitida pelo
parafuso de rosca quadrada, pode-se determinar a
tensão que atua no filete da rosca. Há principalmente
dois tipos de solicitações agindo nos filetes das
roscas; cisalhamento e compressão.
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UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS
Tensões nos filetes
Cada carga aluará numa área específica do parafuso;
A área para o cisalhamento será a área do perímetro
da rosca;
A área para a compressão será a área transversal da
rosca;
UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS
Tensões nos filetes
Tensão de Cisalhamento
Supondo que a carga seja uniformemente distribuída
sobre a altura h da porca e que os filetes da rosca do
parafuso falharão no diâmetro menor, a tensão média
de cisalhamento nos filetes da rosca será:
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UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS
Tensões nos filetes
Tensão de Cisalhamento
Se os filetes falharem no diâmetro maior, a tensão
será:
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UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS
Tensões nos filetes
Tensão de Cisalhamento
Para a determinação das tensões médias considerou-
se que os filetes distribuem a carga igualmente. Em
muitos casos essa suposição pode acarretar erros
grosseiros e fatores de segurança fortes (maiores que
2) devem ser usados durante o projeto.
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UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS
Tensões nos filetes
Tensão de compressão
A tensão de compressão na rosca será:
UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
PARAFUSOS
Tensões nos filetes
Tensão de compressão
Este também é uma tensão média, pelo fato da força
ter sido considerada uniformemente distribuída sobre a
face dos filetes. Realmente, pode haver alguma flexão
na rosca, o que faz com que, também neste caso, se
empregue um fator de segurança elevado.
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UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
PORCAS
Tipos de porcas
O perfil da rosca varia de acordo com o tipo de
aplicação que se deseja;
As porcas usadas para fixação geralmente têm roscas
com perfil triangular;
As porcas para transmissão de movimentos têm
roscas com perfis quadrados, trapezoidais, redondos e
dentes de serra.
UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
PORCAS
Tipos de porcas
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UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
PORCAS
Tipos de porcas
As cabeças das porcas podem se apresentar nos mais
variados tipos, tanto para aperto manual quanto para
apertos com ferramentas. Usualmente as porcas
manuais possuem um dispositivo para aplicar o Iorque
de aperto necessário com as mãos (borboletas,
recartilhados, ets). As para aperto com ferramenta, o
formato da cabeça é o requerido para fazer o encaixe
com a ferramenta (sextavados, fendas, etc).
UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
PORCAS
Tipos de porcas
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UNIÕES MÓVEIS:
PORCAS
Tipos de porcas
UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
PORCAS
Tipos de porcas
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UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
ARRUELAS
As arruelas têm a finalidade de promover uma pré-
tensão nos parafusos mais uniforme, evitando assim
que os parafusos se afrouxem;
Usualmente um sistema de fixação por parafuso
possuem três componentes principais, o parafuso
propriamente dito, uma porca e uma arruela
UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
ARRUELAS
Arruela lisa
Além de distribuir igualmente o aperto, a arruela lisa
tem, também, tem a função de melhorar os aspectos
do conjunto;
A arruela lisa por não ter elemento de trava, é utilizada
em uniões de máquinas que sofrem pequenas
vibrações.
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UNIÕES MÓVEIS:
ARRUELAS
Arruela lisa
UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
ARRUELAS
Arruela de pressão
A arruela de pressão é utilizada na montagem de
conjuntos mecânicos, submetidos a grandes esforços
e grandes vibrações. A arruela de pressão funciona,
também, como elemento de trava, evitando o
afrouxamento do parafuso e da porca. É, ainda, muito
empregada em equipamentos que sofrem variações
de temperatura (automóveis, prensas etc.)
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UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
ARRUELAS
Arruela de pressão
UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
ARRUELAS
Arruela dentada
Muito empregada em equipamentos sujeitos a grandes
vibrações, mas com pequenos esforços, como,
eletrodomésticos, painéis automotivos, equipamentos
de refrigeração etc. O travamento se dá entre o
conjunto parafuso/porca. Os dentes inclinados das
arruelas formam uma mola quando são pressionados
e se encravam na cabeça do parafuso.
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UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
ARRUELAS
Arruela dentada
UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
ARRUELAS
Arruela serrilhada
A arruela serrilhada tem as mesmas funções da
arruela dentada, mas suportam esforços maiores;
É usada nos mesmos tipos de trabalho que a arruela
dentada.
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UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
ARRUELAS
Arruela serrilhada
UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
ARRUELAS
Arruela ondulada
A arruela ondulada não tem cantos vivos. É indicada
para superfícies pintadas, evitando danificação do
acabamento;
É adequada para equipamentos que possuem
acabamento externo constituído de chapas finas.
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UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
ARRUELAS
Arruela ondulada
UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
ARRUELAS
Outros tipos
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UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
ARRUELAS
Outros tipos
UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
CAVILHAS
Uma cavilha pode ter dupla finalidade, a de transferir
torque e a de prevenir o movimento axial relativo entre
as peças que se encaixam. Esse movimento também
pode ser impedido usando-se pressão ou montagem
forçada, parafusos ou anéis de retenção.
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UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
CAVILHAS
UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
CONTRAPINO
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UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
CHAVETAS
Normalmente chavetas, anéis de retenção e cavilhas
são utilizadas para fixar elementos como engrenagens
ou polias, de modo que se possa transferir Iorque
entre eles;
UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
CHAVETAS
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UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
CHAVETAS
UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
ANÉIS DE RETENÇÃO, CHAVETAS E CAVILHAS
Chavetas
O tamanho da chaveta é de um quarto do diâmetro da
árvore. O comprimento da chaveta é ajustado em
função do comprimento do cubo e a resistência
requerida;
Algumas vezes, é necessário usar duas chavetas para
se obter a resistência exigida.
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UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
ANÉIS DE RETENÇÃO, CHAVETAS E CAVILHAS
Chavetas
Na determinação da resistência da chaveta, considera-
se que as forças se distribuem uniformemente ao
longo do comprimento;
Esta suposição, provavelmente, não é verdadeira uma
vez que a rigidez da árvore, usualmente, é menor que
a do cubo, causando grandes forças em uma das
extremidades da chaveta e pequena na outra.
UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
ANÉIS DE RETENÇÃO, CHAVETAS E CAVILHAS
Chavetas
As chavetas são classificadas de acordo com a sua
forma: chavetas de cunha; chavetas paralelas;
chavetas de disco.
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UNIÕES MÓVEIS:
CHAVETAS
Chavetas
UNIÕES MÓVEIS PARA ELEMENTOS
UNIÕES MÓVEIS:
CHAVETAS
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