INSTITUTO FEDERAL MINAS GERAIS – CAMPUS BAMBUÍ
Curso Superior Engenharia de Produção
Disciplina: Elementos de Máquinas
Parafusos
Brunna Luyze Tristão de Melo Filipe Henrique Silva Ramos
João Paulo Pinto
Bambuí-MG-Brasil 2013
BRUNNA LUYZE TRISTÃO DE MELO FILIPE HENRIQUE SILVA RAMOS
JOÃO PAULO PINTO
Parafusos
Trabalho apresentado como parte dos requisitos da disciplina Elementos de Máquinas pelo professor Diogo Santos Campos.
Bambuí-MG-Brasil 2013
Sumário
1. Introdução ... 4
1.1 A padronização ... 5
1.2 Vantagens e desvantagens de se utilizar parafusos ... 6
2. Parafusos ... 6
2.1 Classificação dos parafusos ... 6
2.1.1 Passantes ... 6 2.1.2 Não-passantes ... 7 2.1.3 De pressão ... 7 2.1.4 Prisioneiros ... 8 2.2 Formatos de cabeça ... 9 2.2.1 Sextavada ... 9 2.2.2 Quadrada... 9 2.2.3 Redonda ... 9 2.2.4 Escareada ...10 2.2.5 Abaulada ...10 2.2.6 Escareada Abaulada ...11 2.2.7 Cilíndrica Fenda ...11 2.2.8 Cilíndrica Allen...11 2.3 Tipos de atarraxamento...12
2.4 Parafusos usados em madeira ...13
2.5 Materiais para Parafusos ...13
2.6 Roscas ...14
2.5.1 Perfis e Aplicações ...14
2.5.2 Sentido da hélice ...15
2.5.3 Tipos de roscas triangulares...16
3 Conclusão ...18
1 Introdução
Antes de se falar dos parafusos quanto a sua forma e classificação é preciso conhecer o seu desenvolvimento no decorrer dos séculos. O que hoje parece simples e comum foi motivo de pesquisas e avanços até se ter uma cabeça e um corpo rosqueado e padronizado no mundo.
Apesar do parafuso rosqueado datar do século XV, o parafuso não-rosqueado é bem mais antigo. Documentos mostram que parafusos não-rosqueados serviram na época romana como pivôs para portas e como cunha (uma barra com um furo no qual uma cunha era colocada para que o parafuso não fosse movido).
Os romanos parecem ter sido também os primeiros a desenvolver o prego para madeira, feitos de bronze e até prata. Sua rosca era afilada a mão ou consistia de um fio enrolado em volta de uma haste e soldado.
Aparentemente esta invenção desapareceu com o Império Romano, já que o primeiro documento impresso de parafusos consta num livro do começo do século XV. Mais tarde, no mesmo século, Johann Gutenberg incluiu parafusos entre os fixadores na sua impressora. A tempo os relojoeiros e as armadeiras também dependiam de parafusos. Os cadernos de Leonardo da Vinci, do século XV e começo do XVI, incluem vários desenhos de máquinas cortadoras de parafusos, mas a primeira máquina real para este propósito foi inventada em 1568 por Jacques Besson, um matemático Francês. Pelos fins do século XVII, parafusos já eram componentes comuns nas armas de fogo.
Com estes progressos, o parafuso sem rosca e o conceito de rosca estavam à mão, mas a porca viria mais tarde, assim como a idéia de colocar rosca e a porca no parafuso. A primeira referência impressa de porca rosqueada apareceu no fim do século XVI e começo do século XVII. Como os primeiros parafusos, as primeiras porcas eram feitas à mão, sendo extremamente grosseiras. Aparentemente no início do século XVII porcas eram colocadas nos parafusos da época, que tinham lados retos e uma ponta cega.
Mas para a rosca da porca combinar com a do parafuso era uma questão de sorte, quando dava certo a porca e o parafuso eram deixados juntos até serem instalados numa máquina ou numa construção.
Pode-se supor que foi só com a Revolução industrial que as porcas e parafusos tornaram-se comuns entre os fixadores. Se numa época tão abrangente pode ter havido "um início", este foi com a invenção da máquina a vapor em 1765 por James Watt.
Ficou claro aos fabricantes de máquinas na época que fixadores rosqueados eram cruciais para um eficiente desempenho mecânico, para fácil montagem e para assegurar operações de responsabilidade.
Um problema que persistia até o século XIX era a falta de uniformidade do rosqueamento de porcas e parafusos. Até o fim do século XVIII a técnica padrão para formas de roscas largas era a colocação de uma matriz ou de um instrumento de corte contra um parafuso quente sem rosca. Por volta de 1800 o torno mecânico foi aperfeiçoado com deslizadores e com conjunto de engrenagens de tal forma que a rosca do parafuso de chumbo podia ser reproduzida com boa acuridade, mas ainda não havia um sistema para adequar o número de fios de rosca com diâmetro do parafuso. Nesta época Nasmyth declarava: "Todos os parafusos e suas porcas correspondentes precisam ser marcadas como pertencentes em ao outro. Qualquer mistura traz grandes complicações e despesas, como também ineficiência e confusão - especialmente quando partes de uma máquina complexa precisam ser desmontadas para conserto”.
O homem que alterou esta situação foi o inventor inglês Henry Maudeslay. Em 1800, ele construiu o primeiro equipamento que possibilitava o operador fazer parafusos com qualquer passo* e diâmetro. * (passo é à distância da crista de um fio de rosca até a crista do próximo fio). O maior diâmetro é medido da crista de um fio de rosca até a correspondente crista do lado oposto do parafuso. O menor diâmetro é medido desde o vale entre duas roscas até o correspondente vale do lado oposto. Seu contemporâneo Charles Holtzapffel escreveu no seu trabalho de cinco volumes sobre Manipulação Mecânica entre 1980 e 1810 Maudslay "efetuou uma mudança quase total do antigo e imperfeito sistema de produzir parafusos para um modo moderno exato e científico, agora generalizado entre os engenheiros”.
1.1 A padronização
A capacidade de fazer roscas uniformes não foi suficiente para garantir a uniformidade, visto que cada fabricante preferia ter seu próprio padrão.
Era necessário definir padrões nacionais e internacionais. Na Inglaterra o próprio passo significativo neste sentido ocorreu em 1841, quando Joseph Whitworth apresentou ao Instituto dos engenheiros civis seu trabalho "Um sistema uniforme de roscas de parafusos”.
Whitworth propôs que para parafusos de certas dimensões as roscas deveriam ser iguais em passo, profundidade e forma. Ele recomendou um ângulo de 55 graus entre um lado do fio de rosca e outro. O número de fios por polegada deveria ser especificado para cada diâmetro de parafuso. A rosca devia ser arredondada na crista e no vale em 1/6 de profundidade. Em 1881, 40 anos após, o sistema de Whitworth já tinha sido adotado.
1.2 Vantagens e desvantagens de se utilizar parafusos
As principais vantagens das ligações parafusadas são: maior versatilidade;
facilidade desmontagem; padronização;
peças a serem ligadas entre si podem ser de qualquer natureza.
As principais desvantagens das ligações parafusadas são: distribuição de tensão não uniforme naspeças ligadas;
concentração violenta de tensão, principalmente nas roscas dos parafusos.
2 Parafusos
O parafuso é um elemento de máquina utilizado para fixação. Ele é formado por um corpo cilíndrico roscado e por uma cabeça que pode ser sextavada, quadrada, redonda, escareada, abaulada, escareada abaulada, cilíndrica fenda e cilíndrica Allen. Eles, também, são classificados em quatro tipos:
Passantes; Não-passantes; De pressão; Prisioneiros.
2.1 Classificação dos parafusos
2.1.1 Passantes
Esses parafusos atravessam, de lado a lado, as peças a serem unidas, passando livremente nos furos. Dependendo do serviço, esses parafusos, além das porcas, utilizam arruelas e contraporcas como acessórios.
FIGURA 01 – Demonstração de parafusos da classe passante.
2.1.2 Não-passantes
Nos casos onde não há espaço para acomodar uma porca, esta pode ser substituída por um furo com rosca em uma das peças. A união dar-se através da passagem do parafuso por um furo passante na primeira peça e rosqueamento no furo com rosca da segunda peça.
FIGURA 02 – Demonstração de parafusos da classe não-passante.
2.1.3 De pressão
FIGURA 03 – Demonstração de parafusos da classe de pressão.
2.1.4 Prisioneiros
O parafuso prisioneiro é empregado quando se necessita montar e desmontar parafuso sem porca a intervalos frequentes. Consiste numa barra de seção circular com roscas nas duas extremidades. Essas roscas podem ter sentido oposto.
Para usar o parafuso prisioneiro, introduz-se uma das pontas no furo roscado da peça e, com auxílio de uma ferramenta especial, aperta-se o prisioneiro na peça. Em seguida aperta-se a segunda peça com uma porca e arruelas presas à extremidade livre do prisioneiro. Este permanece no lugar quando as peças são desmontadas.
2.2 Formatos de cabeça
Os parafusos possuem oito tipos diferenciados de cabeças: sextavada, quadrada, redonda, escareada, abaulada, escareada abaulada, cilíndrica fenda e cilíndrica Allen.
2.2.1 Sextavada
Em geral, esse tipo de parafuso e utilizado em uniões que necessitam de um forte aperto, sendo este realizado com auxílio de chave de boca ou de estria. Este parafuso pode ser usado com ou sem porca. Quando usado sem porca, a rosca é feita na peça.
FIGURA 05 – Parafuso de cabeça sextavada.
2.2.2 Quadrada
Os parafusos de cabeça quadrada são normalmente empregados na união de peças que possuem maior resistência mecânica. O formado quadrado de sua cabeça possibilita a aplicação de um maior torque.
FIGURA 06 – Figura de um parafuso de cabeça quadrada.
Também muito empregado em montagens que não sofrem grandes esforços. Possibilita melhor acabamento na superfície. São fabricados em aço, cobre e ligas como latão.
FIGURA 07 – Foto ilustrativa de um parafuso de cabeça redonda.
2.2.4 Escareada
Muito empregado em montagens que não sofrem grandes esforços e onde a cabeça do parafuso não pode exceder a superfície da peca. São fabricados em aço, aço inoxidável, cobre, latão, etc.
FIGURA 08 – Parafuso de cabeça escareada.
2.2.5 Abaulada
Para uso na montagem de máquinas, equipamentos. Também usados na manutenção, ferramentaria.
2.2.6 Escareada Abaulada
São utilizadas na união de elementos cujas espessuras sejam finas e quando e necessário que a cabeça do parafuso fique embutida no elemento. Permitem um bom acabamento na superfície. São fabricados em aço, cobre e ligas como latão.
FIGURA 10 – Parafuso de cabeça escareada abaulada.
2.2.7 Cilíndrica Fenda
Usado na fixação de elementos nos quais existe a possibilidade de se fazer um encaixe profundo para a cabeça do parafuso e bom acabamento superficial.
FIGURA 11 – Foto representativa de um parafuso de cabeça cilíndrica fenda.
2.2.8 Cilíndrica Allen
Utilizado em uniões que exigem bom aperto, em locais onde o manuseio de ferramentas e difícil devido a falta de espaço. São normalmente fabricados em aço e tratados termicamente para aumentar sua resistência torção.
FIGURA 12 – Parafuso de cabeça cilíndrica Allen.
2.3 Tipos de atarraxamento
2.4 Parafusos usados em madeira
FIGURA 14 – Foto com os tipos de parafusos utilizados em madeira.
2.5 Materiais para Parafusos
Os parafusos são fabricados em aço, aço inoxidável ou ligas de cobre e, mais raramente, de outros metais. O material, além de satisfazer às condições de resistência, deve também apresentar propriedades compatíveis com o processo de fabricação, que pode ser a usinagem em tornos e roscadeiras ou por conformação como forjamento ou laminação (roscas roladas). A norma ABNT - EB - 168 estabelece as características mecânicas e as prescrições de ensaio de parafuso e peças roscadas similares, com rosca ISO de diâmetro até 39 mm, de qualquer forma geométrica e de aço-carbono ou aço liga. Agrupa os parafusos em classes de propriedades mecânicas, levando em consideração os valores de resistência à tração, da tensão de escoamento e do alongamento. Cada classe é designada por dois números separados por um ponto. O primeiro número corresponde a um décimo do valor em kgf/mm², do limite de resistência à tração mínima exigida na classe; o segundo número corresponde a um décimo da relação percentual entre a tensão de escoamento e a de resistência à tração, sendo estes os valores mínimos exigidos.
TABELA 01 – Características mecânicas dos parafusos.
FONTE - <http://www.mediafire.com/view/?7cn90cvv0p5xps2>
2.6 Roscas
Rosca e uma saliência de perfil constante, helicoidal, que se desenvolve de forma uniforme, externa ou internamente, ao redor de uma superfície cilíndrica ou cônica. Essa saliência e denominada filete.
2.6.1 Perfis e Aplicações
Existem cinco tipos de perfis (roscas) e suas aplicações são:
Triangular: Parafusos e porcas de fixação na união de peças (ex.: peças e máquinas em geral).
Trapezoidal: Fusos que transmitem movimento suave e uniforme (ex.: máquinas operatrizes).
Redondo: Parafusos de grandes diâmetros sujeitos a grandes esforços (ex.: equipamentos ferroviários).
Dente-de-serra: Fusos que exercem grandes esforços num só sentido (ex.: macacos de catraca).
FIGURA 15 – Foto representativa dos tipos de perfis.
2.6.2 Sentido da hélice
As roscas podem ter dois sentidos: à esquerda (quando o aperto se dá girando o parafuso à esquerda), ou à direita (quando o aperto se dá girando à direita). A grande maioria das roscas é à direita. Elas ainda podem ter de uma a quatro entradas (aplicado somente a fusos). Quando existem quatro entradas, o máximo de rotação do eixo para entrada da rosca é 90° (isto é, 360° dividido por 4).
FIGURA 16 - Representação do sentido da hélice existente nos parafusos.
2.6.3 Tipos de roscas triangulares
Os três tipos de rosca triangulares mais comuns são a métrica, whitworth e americana. As mais usadas no Brasil são a métrica e a whitworth.
Rosca métrica: É o padrão da norma ISO. Pode ser normal ou fina, sendo que a rosca métrica fina possui maior número de filetes e é usada em casos que é necessária melhor fixação devido a vibrações.
-P = passo da rosca
-d = diâmetro maior do parafuso (normal)
-d1 = diâmetro menor do parafuso (O do núcleo)
-d2 = diâmetro efetivo do parafuso (O médio)
-a = ângulo do perfil da rosca -f = folga entre a raiz do filete da porca e a crista do filete do parafuso -D = diâmetro maior da porca -D1 = diâmetro menor da porca -D2 = diâmetro efetivo da porca -he = altura do filete do parafuso -rre = raio de arredondamento da raiz do filete do parafuso
-rri = raio de arredondamento da raiz do filete da porca
Ângulo do perfil da rosca: a = 60 °.
Diâmetro menor do parafuso (O do núcleo): d1 = d - 1,2268P. Diâmetro efetivo do parafuso (O 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 (O 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 whitworth: É o padrão inglês utilizado também nos EUA. Também possui rosca normal (BSW) e fina (BSF), sendo esta maior número de filetes por polegada.
3
Conclusão
Parafusos são elementos de fixação que possuem corpo roscado e cabeças diferenciadas. São classificados em quatro grandes grupos e deve-se escolher o ideal de acordo com o material e a utilidade. Também são diferenciados pela rosca e são padronizados.
Portanto, deve-se utilizar em uniões não permanentes, ou seja, onde seja necessário montar e desmontar peças.
Referências Bibliográficas
CRUZ, Antonio José R. S.. Elementos de Máquinas. Escola técnica estadual república departamento de mecânica. Disponível em: <http://www.mediafire.com/view/?7cn90cvv0p5xps2> Acessado em: 16/03/2013.
