O documento aborda os elementos de fixação e união em máquinas, com foco nas uniões parafusadas, suas classificações, vantagens e desvantagens. Apresenta métodos de cálculo para o projeto e avaliação dessas uniões, bem como análise das falhas comuns. O conteúdo é fundamental para entender a aplicação e a resistência dos parafusos em diferentes contextos de engenharia mecânica.

1. 1
Disciplina: Elementos de Máquinas
Aula 2
Universidade do Estado do Amazonas
Escola Superior de Tecnologia
Elementos de fixação e união.

2. Tema II. Elementos de fixação e união.
2.1. Uniões parafusadas. Generalidades.
2.2. Principais falhas das uniões parafusadas.
2.3. Cálculo das uniões parafusadas.
2.4. Projeto e avaliação de uniões parafusadas.

3. Introdução.
Dentro os elementos da maquinas, o parafuso é o que se utiliza
com maior frequência:
Os parafusos são empregados sob várias formas:
• Como parafusos de fixaçao, para junções desmontaveis
• Como parafusos de pretensão, para se aplicar pretensões (tensores)
• Como parafusos obturadores para tampar orificios
• Como parafusos de ajustagem, para iniciais ou ajustes de eliminaçao
de folgas ou compensaçao de desgastes
• Como parafusos transmisores de força, para obter grandes forças
axiais através da aplicaçao de pequenas forças tangenciais (prensa
de parafuso, morsa)
• Como parafusos de movimento, para a transformaçao de
movimentos rotativos em retílineos ou (morsa, fuso) retílineos em
rotativos (pua)

4. Junções por meio de parafusos
Parafuso
Porca
Elementos para unir (partes)
União desmontável

5. Prafuso métrico de Cabeça sextavada
K = (0,6 … 0,7) d
S = ( 1,7 … 1,5) d
Chave 8 10 13 17 19 24
d (mm) 5 6 8 10 12 16

6. Porca métrica sextavada
S = ( 1,7 … 1,5) d
H = 0,8 d (tamanho normal)
H = 1,2 d (tamanho alto)
H = 1,6 d (tamanho extra alto)

7. Tipos de Junções parafusadas.
Parafusos e Porca.
As espessuras dos elementos a unir
não são muito grandes e permitem
fazer furos pasantes

8. Parafuso.
A espessura de um dos elementos a
unir permite fazer um furo pasante e
no outro se pode fazer uma rosca (ou
enroscar o parafuso).
Tipos de Junções parafusadas.

9. Parafuso pino
empregam-se quando não existe
espaço para a cabeça ou não é
possível o brocado da rosca ou o
furo pasante para o parafuso
Tipos de Junções parafusadas.

10. Roscas de sujeição.
Os parafusos, como suporte da rosca, têm uma superfície em forma
de helicoide que permite um movimento de rotação e translação
vinculado ao aperte dos elementos a unir.

11. 2.1. Uniões parafusadas. Generalidades.
As uniões parafusadas se classificam como uniões desmontáveis.
Consistem em rosquear exteriormente uma peça e interiormente a outra de
maneira que ficam unidas mediante o fio de rosca. Têm um amplo
emprego, perto do 60 % das uniões das maquinas são parafusadas.

12. Principais Vantagens:
 São muito confiáveis, sobre tudo a carga estática.
 Fácil montagem e desmonte.
 Podem-se unir diferentes tipos de materiais.
 Não modifica as propriedades mecânicas das peças
a unir.
 Ampla padronização.
 Baixo custo devido a sua ampla padronização e
processos de produção muito produtivos.

13. Principais desvantagens:
 Os furos reduzem a resistência das peças.
 Não se obtém o hermetismo das uniões por solda
 Podem-se afrouxar ou debilitar ante variações da
carga ou a temperatura.
 Revistam requerer elementos adicionais para a
fixação
 Baixa resistência a cargas variáveis.

14. Tipos de elementos de união:

15. Alguns tipos de parafusos e porcas

16. Classificação das roscas.

17. Sentido de direção da rosca:
Na rosca direita, o filete sobe da direita
para a esquerda, conforme a figura.
Na rosca esquerda, o filete sobe da
esquerda para a direita, conforme a
figura.
Rosca é um conjunto de filetes em torno de uma
superfície cilíndrica.

18. De acordo ao número de filetes:
De uma entrada De duas entradas De três entradas

19. Na atualidade, coexistem várias nomenclaturas para roscas de
sujeição, mas a rosca ISO de fixação é uma das de maior difusão
• Na Rosca ISO se identificam:
• Passo p (normalizado em milímetros)
• Angulo entre flanco de 60°
Geometría Básica da Rosca
p : Passo da rosca (mm).
d: Diâmetro exterior (mm).
d1: Diâmetro interior [mm]
d2: Diâmetro médio [mm]
d3: Diâmetro de fundo do parafuso
[mm]
h: Altura do perfil prático [mm]
: Ângulo de perfil: = 60º
n: Número de entradas (É usual n =
1)
: Ângulo de elevação da hélice.
Algumas relações:
d1 = d – 0,0825 p
d2 = d – 0,06495 p
h = 0,54126 p
Porca
Parafuso

20. Diâmetros (mm) Passo
(mm)
exterior fundo médio
d d3 d2 p
8 6.65 7.19 1.25
6.92 7.35 1
7.19 7.51 0.75
10 8.38 9.03 1.5
8.65 9.19 1.25
Exemplos:
M8 (rosca d = 8mm e passo de 1.25)
M8x0.75 (rosca d = 8mm e passo de 0.75 mm)
Designação:
M d x p
Rosca

21. Nomenclatura da rosca
Independentemente da sua aplicação, as roscas têm os mesmos
elementos, variando apenas os formatos e dimensões.
P = passo (em mm)
d = diâmetro externo
d1 = diâmetro interno
d2 = diâmetro do flanco
a = angulo do filete
f = fundo do filete
i = angulo da hélice
c = crista
D = diâmetro do fundo da porca
D1 = diâmetro do furo da porca
h1 = altura do filete da porca
h = altura do filete do parafuso.

22. Métodos de fabricação da rosca: Maquinadas (o 98%), Laminadas e
Forjadas.
2.2. Principais falhas das uniões parafusadas.
- A carga estática (Pouco freqüente):
 Ruptura da rosca (“Ir-se de rosca”)  A cortante, a esmagamento e a
flexão.
 Ruptura do corpo.
- A carga variável (90% do total de erros), produto da concentração de
tensões.
A ruptura se produz nos parafusos
 65% 1ro e 2do filete de trabalho.
 20% Mudança de seção da rosca ao corpo.
 15% Mudança de seção do corpo à cabeça.

23. 2.3. Cálculo das uniões parafusadas.
Roscas triangulares
As roscas triangulares classificam-se, segundo o seu perfil, em três tipos:
 rosca métrica
 rosca whitworth
 rosca americana
Em nosso estudo vamos centrar nos só na rosca métrica, mas os
procedimentos de cálculo que conhecerão também são aplicáveis aos outros
tipos.
Rosca métrica ISO normal e rosca métrica ISO fina NBR 9527.

24. Ângulo do perfil da rosca: a = 60º.
Diâmetro menor do parafuso ( do núcleo): d1 = d - 1,2268P.
Diâmetro efetivo do parafuso ( médio): d2 = D2 = d - 0,6495P.
Altura do filete do parafuso he = (d – d1)/2
Folga entre a raiz do filete da porca e a crista do filete do parafuso: f = 0,045P.
Raio de arredondamiento de raiz do filete do parafuso rre=0,14434P
Diâmetro maior da porca: D = d + 2f
Diâmetro menor da porca (furo): D1 = d - 1,0825P
Altura do filete do porca hi = (D – D1)/2
Raio de arredondamiento de raiz do filete do porca rri=0,14434P
A rosca métrica fina, num determinado comprimento, possui maior número de filetes do que a rosca
normal. Permite melhor fixação da rosca, evitando afrouxamento do parafuso, em caso de vibração de
máquinas. Exemplo: em veículos.
Uniões parafusadas. Elementos principais

25. Exemplo: Determine o diâmetro exterior e o passo do parafuso usando o
paquímetro e o gabarito de roscas.
a) Calcule todos os parâmetros do mesmo e da porca correspondente.
Passo: 1.25 mm d = 6 mm
Parafuso
Porca

26. 2.4. Projeto e avaliação de uniões parafusadas.
Principais expressões e considerações para o cálculo das uniões pré-
cargadas.
1- Cálculo de resistência.
 


 2
1
πd
5.2P
σ
ou 


π[σ
5.2P
d1
Recomenda-se:
[σt] = (0.25 a 0.5) σy
 
n
lim

  onde o coeficiente de segurança
n estará entre 2 e 4.
Os menores valores de [σt] quando d  30mm e não se controla a
pré-carga ou pretensão.

27. Momento de aperto
  


















2
c
2
2
a
d
2
d
S
f
tan
2
d
V
M 

V Valor da força da Précarga
Ψ Angulo de elevação da rosca
ρ Angulo de fricção
d2 diâmetro efetivo do parafuso (  médio)
f Folga entre a raiz do filete da porca e a crista do filete do parafuso
S2 Distancia entre faces
Dc Diâmetro do furo

28. Exemplo
Na figura se mostra a união da tampa circular de um recipiente que se
empregará para armazenar um fluido pouco viscoso e tóxico. Desejam-se
utilizar parafusos M10.
Determine:
a) Quantidade de parafusos necessários.
b) Classe dos parafusos.
Outros Dados:
MPa
p 5
.
1
0 

Dados
D= 210mm
D1=150mm
d=10mm

29. Solução:
a) Quantidade de parafusos necessários.
mm
D 210
 mm
d 10

 Z = 10 -- 19
Múltiplos de 4 ou 6  Z = 12, 16 e 18
Seleciona-se Z =16 (Fluido tóxico)
Sustituindo em (1) temos:
(1)
 d
D
Z
7
5
.
3 



a
 
 
8
.
18
42
.
9
10
7
5
.
3
210
Z 




a
a

30. b) Cálculo de resistência
    Y
Y
t
d
P




 25
.
0
5
.
0
25
.
0
2
.
5
2
1
0





 (Fluido Tóxico)
P
V
P 
 /
0
= γ P
/
V
  Coeficiente de aderência.
 = 1.2 a 1.5  Se a carga for constante.
 = 1.5 a 1.8  Se a carga for variável.
P
V 5
.
1
/

P
P 5
.
2
0 
P0 = Força máxima no parafuso
V´ = Precarga residual
Substituindo temos:

31. Z
R
Pz máx

r
i
A
p
R 
 max
max
4
2
1
D
Air



Substituindo se obtém:
    N
Z
p
D
Pz 1657
16
4
5
.
1
150
4
2
max
2
1










Mas P
P 5
.
2
0  Então
  N
P 4142
1657
5
.
2
0 

D1=150mm
Z= 16
MPa
p 2
,
1
max 

32.  
t
t
d
P


 

 2
1
0
2
.
5
mm
d 918
.
8
1 
MPa
Y 8
,
344
25
,
0
2
,
86



 
 



 Y
t MPa 

 25
.
0
2
.
86
918
.
8
4142
2
.
5
2
Selecciona-se a classe 5,8 onde: MPa
Y 420

