Elementos de Máquinas
E E L L E E M M E E N N T T O O S S D D E E M M Á Á Q Q U U I I N N A A S S
Prof. Gil Magno P. Chagas
Jaraguá do Sul, 2009
3ª edição
Elementos de Máquinas
SUMÁRIO
1 – Introdução ...03
2 - Parafusos ...04
3 - Pinos e Contrapinos ...19
4 - Anéis Elásticos ...23
5 - Chavetas ...28
6 - Cabos de Aço ...34
7- Molas ...40
8 – Mancais ...47
9 – Sistemas de Transmissão ...,,,...60
10 – Polias e Correias ...64
11 – Eixos e árvores ...71
12 - Acoplamentos...75
13 – Engrenagens ...80
14 - Anexo / Tabelas...88
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Elementos de Máquinas
1 – Introdução
Neste curso será visto os principais tipos de elementos de máquinas, incluindo os elementos de fixação e os elementos de transmissão.
Os elementos de fixação são os rebites, parafusos, porcas, arruelas, pinos, contrapinos, e chavetas. Também será visto aqui os cabos de aço e uma introdução aos elementos elásticos do tipo mola.
Os elementos de transmissão são as polias, engrenagens, eixos com mancais, e acoplamentos, destinados a transmitir rotação e torque.
Os elementos de fixação são destinados a unir peças, e junto com os elementos de transmissão formam um conjunto que vai compor uma máquina.
Tipos de União
União tipo móvel: Os elementos permitem a montagem e desmontagem da peça, sem danos. É o caso do parafuso e porca, pinos, contrapinos, anéis elásticos.
União tipo permanente: É um tipo de união feito para uma vez montada a peça, não ser possível mais a sua desmontagem sem causar danos. Incluem nesta união os rebites, e a solda.
A seguir serão estudados os elementos de máquinas, iniciando pelos elementos de fixação, os cabos de aço, as molas, e os elementos de transmissão, as aplicações, suas características e alguns métodos de dimensionamento.
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2 - Parafusos
ROSCAS
Rosca é um conjunto de filetes em torno de uma superfície cilíndrica interna ou externa.
As roscas permitem a união e desmontagem de peças.
Permitem, também, movimento de peças, transformando movimento rotativo em linear.
O parafuso que movimenta a mandíbula móvel da morsa também é um exemplo de movimento de peças.
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Os filetes das roscas apresentam vários perfis. Esses perfis, sempre uniformes, dão nome às roscas e condicionam sua aplicação.
Sentido de direção da rosca
Dependendo da inclinação dos filetes em relação ao eixo do parafuso, as roscas ainda podem ser direita e esquerda. Portanto, as roscas podem ter dois sentidos: à direita ou à esquerda.
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.
Nomenclatura da rosca
Independentemente da sua aplicação, as roscas têm os mesmos elementos, variando apenas os formatos e dimensões.
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P = passo (em mm) i = ângulo da hélice d = diâmetro externo c = crista
d1 = diâmetro interno D = diâmetro do fundo da porca d2 = diâmetro do flanco D1 = diâmetro do furo da porca a = ângulo do filete h1 = altura do filete da porca f = fundo do filete h = altura do filete do parafuso As roscas triangulares classificam-se, segundo o seu perfil, em três tipos:
Rosca Métrica
Rosca polegada Whitworth Rosca polegada Unificada
Rosca Métrica
A rosca métrica ISO normal e rosca métrica ISO fina são normalizadas pela norma NBR 9527 da ABNT, Associação Brasileira de Normas Técnicas.
As roscas normais, também chamadas de série grossa, são as mais utilizadas. As roscas de passo fino são utilizadas onde ocorrem problemas de afrouxamento do parafuso.
A rosca métrica fina possui um passo da rosca menor, e proporciona uma melhor fixação da rosca, evitando que o parafuso se afrouxe, por este motivo ela é utilizada onde ocorre vibração na máquina, por exemplo, em veículos.
As principais medidas da rosca do parafuso e porca podem ser calculadas pelo seguinte formulário:
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Ângulo do perfil da rosca: α = 60º.
Diâmetro menor do parafuso (núcleo):
d1 = d - 1,2268P.
Diâmetro efetivo do parafuso (médio):
d2 = D2 = d - 0,6495P.
Folga entre a raiz do filete da porca e a crista do filete do parafuso:
f = 0,045P.
Diâmetro maior da porca: D = d + 2f:
Diâmetro menor da porca (furo): D1 = d - 1,0825P;
Diâmetro efetivo da porca ( médio): D2 = d2.
Altura do filete do parafuso: he = 0,61343P.
Raio de arredondamento da raiz do filete do parafuso: rre = 0,14434P.
Raio de arredondamento da raiz do filete da porca: rri = 0,063P.
Rosca Polegada Whitworth No sistema whitworth, as medidas
são dadas em polegadas. Nesse sistema, o filete tem a forma triangular, ângulo de 55º, crista e raiz arredondadas.
O passo é determinado pelo número de filetes contidos em uma polegada.
Ex: Passo =12 fios/ polegada
No sistema whitworth, a rosca normal é caracterizada pela sigla BSW (British Standard Whitworth - padrão britânico para roscas normais). Nesse mesmo sistema, a rosca fina é caracterizada pela sigla BSF (British Standard Fine – padrão britânico para roscas finas).
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Rosca Polegada Padrão UNS (Unified National Standard) Este sistema padronizou e unificou as roscas na
Inglaterra, Estados Unidos e Canadá, as medidas são expressas em polegadas. O filete tem a forma triangular, ângulo de 60º, crista plana e raiz arredondada.
Nesse sistema, como no whitworth, o passo também é determinado pelo número de filetes por polegada.
A rosca normal é caracterizada pela sigla UNC, e a rosca fina pela sigla UNF.
Ex: Rosca 20 4
1x UNC ( significa rosca com diâmetro ¼”, com 20 fios por polegada, normal)
Exemplo de cálculo de rosca triangular métrica
Rosca métrica normal
Exemplo - Calcular o diâmetro menor de um parafuso (d1) para uma rosca M10, com diâmetro externo (d) de 10 mm e passo (p) de 1,5 mm.
Cálculo: d1 = d - 1,2268 · P
Substituindo os valores dessa fórmula:
d1 = 10 - 1,2268 · 1,5 d1 = 10 - 1,840 d1 = 8,16 mm
Portanto, o diâmetro menor da rosca é de 8,16 mm.
PARAFUSOS
Parafusos são elementos de fixação, empregados na união não permanente de peças, isto é, as peças podem ser montadas e desmontadas facilmente, bastando apertar e desapertar os parafusos que as mantêm unidas.
Os parafusos se diferenciam pela forma da rosca, da cabeça, da haste e do tipo de acionamento.
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Classificação dos parafusos quanto à função:
Os parafusos podem ser classificados quanto a sua função em quatro grandes grupos:
parafusos passantes, parafusos não-passantes, parafusos de pressão, parafusos prisioneiros.
Parafusos passantes
Estes parafusos atravessam a peça de lado a lado, e utilizam arruela e porca.
Parafusos não passantes
São parafusos que não utilizam porcas. O papel de porca é desempenhado pelo furo roscado, feito numa das peças a ser unida.
As dimensões dos furos broqueados e da rosca para parafusos não passantes podem ser realizadas conforme a tabela a seguir:
Para uma rosca de diâmetro igual a d
Material Profundidade
do furo A Profundidade
da rosca B Comprimento
parafusado Diâmetro do
furo passante sem rosca
Aço 2 x d 1,5 x d 1 x d 1,06 x d
Ferro fundido 2,5 x d 2 x d 1,5 x d 1,06 x d
Alumínio 3 x d 2,5 x d 2 x d 1,06 x d
Bronze, latão 3 x d 2 x d 1,5 x d 1,06 x d
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As distâncias mínimas entre parafusos podem ser feitas utilizando as recomendações de projeto de juntas, que são:
Exercícios
Parafusos de pressão
Esses parafusos são fixados por meio
de pressão. A pressão é exercida pelas pontas dos parafusos contra a peça a ser fixada.
Os parafusos de pressão podem apresentar cabeça ou não.
Parafusos prisioneiros
São parafusos sem cabeça com rosca em ambas as extremidades, sendo recomendados nas situações que exigem montagens
e desmontagens freqüentes.
Em tais situações, o uso de outros tipos de parafusos acaba danificando a rosca dos furos.
As roscas dos parafusos prisioneiros podem ter passos diferentes ou sentidos opostos, isto é, um horário e o outro anti-horário.
Para fixarmos o prisioneiro no furo da máquina, utilizamos uma ferramenta especial.
Caso não haja esta ferramenta, improvisa-se um apoio com duas porcas travadas numa das extremidades do prisioneiro.
Após a fixação do prisioneiro pela outra extremidade, retiram-se as porcas.
A segunda peça é apertada mediante uma porca e arruela, aplicadas à extremidade livre do prisioneiro.
2.d 3.d
2.d
d
2. d 3.d 2. d
