Apostila
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MORAES, Amilton Cravo
Elementos de Máquinas / Instituto Federal Sul Rio Grandense. Pelotas, 2009. p.:221 il.
IFET – Instituto Federal Sul Rio Grandense Praça XX de Setembro, 455
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Apresentação
O objetivo desta apostila é facilitar o estudo de Elementos de Máquina. Nele você vai encontrar também uma seqüência de conteúdos correspondente ao conteúdo programático da disciplina. Como o assunto é extenso, teremos uma divisão por unidades, onde você vai estudar: - elementos de fixação - elementos de apoio - elementos elásticos - elementos de transmissão; - elementos de vedação;
- ferramentas manuais e acessórios
Esses conhecimentos são indispensáveis à manutenção em geral. Se você já trabalha numa indústria, ou se deseja trabalhar como técnico em manutenção, precisa saber o que são elementos de máquina, quais suas características, funções e como são utilizados na prática. Com esse conhecimento, você estará preparado para operar máquinas e, possivelmente, corrigir defeitos que elas apresentem.
As aulas trazem informações teóricas e atividades práticas. É importante que você saiba os conceitos que estão por trás de cada atividade prática porque, assim, terá condições de compreender situações novas e resolver problemas que surgirem na sua casa, no seu trabalho, na sua vida.
Mesmo que você já tenha alguns conhecimentos de elementos de máquina, procure acompanhar todas as aulas, resolvendo as atividades propostas e, preparando-se para as avaliações, não só para atingir a sua aprovação mas, principalmente para sedimentar todas as informações referentes à Elementos de Máquinas, para a sua vida profissional. Assim, os conhecimentos que você já possui se tornarão mais sólidos. Evite faltar aulas porque, as informações estão relacionadas entre si. No final de cada unidade são apresentados exercícios. É importante que você os faça e confira suas respostas junto ao professor. Dessa forma, poderá ver o que errou ou acertou. Não se preocupe com erros. Descobrir um erro e corrigi-lo é um meio valioso de aprender.
No fim da disciplina, você terá adquirido uma série de conhecimentos de mecânica que o ajudarão a compreender melhor o universo da mecânica e a importância de ser um profissional nessa área.
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Índice
Unidade I – Elementos de Fixação 13
1.1 Introdução 13 1.2 Elementos de fixação 13 1.3 Tipos de elementos de fixação 15
1.3.1 Rebite 15 1.3.2 Pino 15 1.3.3 Cavilha 15 1.3.4 Contrapino ou cupilha 16 1.3.5 Parafuso 16 1.3.6 Porca 16 1.3.7 Arruela 16 1.3.8 Anel elástico 17 1.3.9 Chaveta 17 1.4 Rebites 17
1.4.1 Tipos de rebites e suas proporções 18 1.4.2 Especificação de rebites 21 1.4.3 Processos de rebitagem 22 1.4.3.1 Processo manual 22 1.4.3.2 Processo mecânico 24 1.4.4 Tipos de rebitagem 27 1.4.4.1 Rebitagem de recobrimento 27 1.4.5 Cálculos para rebitagem 29 1.4.5.1 Cálculo do diâmetro do rebite 29 1.4.5.2 Cálculo do diâmetro do furo 29 1.4.5.3 Cálculo do comprimento útil do rebite 30
1.4.6 Defeitos de rebitagem 31 1.4.7 Eliminação dos defeitos 33
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1.4.7.1 Eliminação com talhadeira 33 1.4.7.2 Eliminação com esmerilhadeira 33 1.4.7.3 Eliminação com lima 34 1.5 Pinos, cavilhas, cupilhas ou contrapinos 34
1.5.1 Pinos 35 1.5.2 Cavilhas 36
1.5.2.1 Classificação das cavilhas 36
1.5.3 Cupilhas ou contrapinos 37 1.6 Roscas 38 1.6.1 Introdução 38
1.6.2 Sentido de direção da rosca 39 1.6.3 Nomenclatura da rosca 40 1.6.4 Elementos de uma rosca 41
1.6.5 Classificação 42 1.6.6 Roscas triangulares 44
1.6.6.1 Rosca triangular métrica 44 1.6.6.2 Rosca whitworth normal – BSW e rosca fina - BSF 45 1.6.7 Ação do sistema parafuso – porca na união de peças 48 1.7 Parafusos 49 1.7.1 Generalidades 49
1.7.2 Tipos de parafusos 50
1.7.2.1 Parafusos passantes 50 1.7.2.2 Parafusos não passantes 50
1.7.2.3 Parafusos de pressão 51
1.7.2.4 Parafusos prisioneiros 51 1.7.2.5 Parafusos allen 51
1.7.2.6 Parafusos de cabeça sextavada 52 1.7.2.7 Parafusos com sextavado interno 53 1.7.2.8 Parafusos de cabaça com fenda 53
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1.7.2.9 Parafusos de cabeça redonda com fenda 54 1.7.3 Procedimentos para a montagem de parafusos 55 1.7.4 Dados necessários para a especificação de parafusos 59 1.8 Porcas 60 1.8.1 Generalidades 60 1.8.2 Tipos de porcas 61 1.9 Arruelas 63 1.9.1 Generalidades 63 1.9.2 Tipos de arruelas 64 1.9.2.1 Arruela lisa 64 1.9.2.2 Arruela de pressão 64
1.9.2.3 Arruela dentada ou estrelada 65
1.9.2.4 Arruela serrilhada 65 1.9.2.5 Arruela ondulada 66
1.9.2.6 Arruela de travamento com orelha 66 1.10 Anel elástico 67 1.10.1 Introdução 67
1.10.2 Material de fabricação e forma 68 1.10.3 Observações para a montagem de anéis 72 1.11 Chavetas 73 1.11.1 Introdução 73
1.11.2 Classificação das chavetas 74 1.11.2.1 Chavetas de cunha 74 1.11.2.2 Chavetas paralelas ou lingüetas 77 1.11.2.3 Chaveta de disco ou meia lua 78
1.11.3 Tolerâncias para chavetas 79 2.1 Introdução 80 2.2 Buchas 80 2.2.1 Classificação 80
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2.2.1.1 Buchas de fricção radial 81 2.2.1.2 Buchas de fricção axial 81
2.2.1.3 Bucha cônica 81 2.2.1.4 Bucha-guia para furação e alargamento 82
2.3 Guias 83 2.3.1 Tipos de guias 83 2.3.2 Classificação 83 2.3.3 Réguas de ajuste 84 2.4 Rolamentos e mancais 85 2.4.1 Mancais de deslizamento 85 2.4.1.1 Classificação de mancais 86
2.4.1.2 Formas construtivas dos mancais 87 2.4.1.3 Materiais para buchas 88
2.4.2 Mancais de rolamento 89 2.4.2.1 Classificação dos rolamentos 90
2.4.2.2 Tipos de rolamentos 90
2.4.2.3 Designação dos rolamentos 94 2.4.2.4 Cuidados com os rolamentos 95
2.4.2.5 Defeitos comuns dos rolamentos 96 2.4.2.6 O que verificar durante o funcionamento 98
Unidade IlI – Elementos elásticos - molas 100
3.1 Introdução 100 3.2 Aplicação das molas 100
3.2.1 Armazenamento de energia 100 3.2.2 Amortecimento de choques 101
3.2.3 Distribuição de cargas 101 3.2.4 Limitação de vazão 101
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3.3 Tipos de molas 102
3.3.1 Molas helicoidais 103 3.3.1.1 Generalidades 103
3.3.1.2 Classificação das molas helicoidais 103 3.3.1.3 Características das molas helicoidais 106
3.3.2 Molas planas 109 3.4 Materiais de fabricação 111
3.5 Aplicação 112
Unidade IV – Elementos de vedação 113
4.1 Introdução 113 4.2 Conceito de vedação 113 4.3 Elementos de vedação 113
4.3.1 Juntas não metálicas 114 4.3.2 Juntas metálicas 114
4.3.2.1 Juntas semimetálicas, em espiral 114 4.3.2.2 Juntas metálicas folheadas 114 4.3.2.3 Juntas metálicas maciças 115 4.3.2.4 Juntas metálicas de anel (JTA) 115 4.3.3 Anéis de borracha (ring) 116 4.3.4 Anéis de vedação mecânica 117
4.3.5 Retentores 120 4.3.5.1 Elementos de um retentor básico 121
4.3.5.2 Tipos de perfis de retentores 122 4.3.5.3 Recomendações para a aplicação de retentores 123 4.3.5.4 Condições de armazenamento dos retentores 124 4.3.5.5 Pré-lubrificação dos retentores 124 4.3.5.6 Cuidados na montagem do retentor no alojamento 124 4.3.5.7 Montagem do retentor no eixo 124
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4.3.5.8 Cuidados na substituição do retentor 124 4.3.5.9 Análise de falhas e prováveis causas de vazamento 125
4.3.6 Gaxetas 126 4.3.6.1 Seleção da gaxeta 127
4.3.6.2 Substituição da gaxeta 128 4.3.6.3 Falhas e defeitos na gaxetas 129
4.3.7 Selo mecânico 129 4.3.7.1 Vedação principal 129 4.3.7.2 Vedação secundária 130
4.3.7.3 Uso do selo mecânico 131 4.3.7.4 Vantagens do selo mecânico 131
Unidade V – Elementos de transmissão 132
5.1 Introdução 132 5.2 Descrição resumida de alguns elementos de transmissão 134
5.2.1 Correias 135 5.2.2 Correntes 135 5.2.3 Engrenagens 135 5.2.4 Rodas de atrito 136 5.2.5 Roscas 136 5.2.6 Cabos de aço 137 5.2.7 Acoplamento 137 5.3 Eixos de árvores 138 5.3.1 Introdução 138 5.3.2 Material de fabricação 138
5.3.3 Tipos e características de árvores 139
5.3.3.1 Eixos maciços 139 5.3.3.2 Eixos vazados 140 5.3.3.3 Eixos cônicos 140
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5.3.3.4 Eixos roscados 140 5.3.3.5 Eixos-árvore ranhurados 141 5.3.3.6 Eixos-árvore estriados 141 5.3.3.7 Eixos-árvore flexíveis 141 5.4 Transmissão de correias e polias 142
5.4.1 Introdução 142 5.4.2 Relação de transmissão (i) 143
5.4.3 Transmissão por correia plana 143 5.4.4 Formato da polia plana 145 5.4.5 Tensionador ou esticador 145 5.4.6 Materiais para correa plana 146 5.4.7 Transmissão por correia em “V” 147 5.4.8 Perfil e designação das correias em V 147 5.4.9 Perfil dos canais das polias 148 5.4.10 Relação de transmissão (i) para correias e polias em V 149 5.4.11 Transmissão por correia dentada 151 5.4.12 Procedimentos em manutenção com correias e polias 151 5.4.13 Danos típicos das correias 153 5.4.14 Vantagens da transmissão com (correias em “V”) 156 5.5 Correntes 157 5.5.1 Introdução 157
5.5.2 Tipos de correntes 157 5.5.2.1 Corrente de rolos 157 5.5.2.2 Corrente de dentes 158 5.5.2.3 Corrente de elos livres 159
5.5.2.4 Corrente comum 159 5.5.2.5 Corrente de blocos 159
5.5.3 Fabricação das correntes 160 5.5.4 Engrenagens para correntes 160
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5.6 Cabos 161 5.6.1 Introdução 161 5.6.2 Componentes 161 5.6.3 Construção de cabos 162
5.6.4 Tipos de distribuição dos fios nas pernas 162
5.6.4.1 Distribuição normal 163 5.6.4.2 Distribuição seale 163 5.6.4.3 Distribuição filler 163 5.6.4.4 Distribuição warrington 163
5.6.5 Tipos de alma de cabo de aço 164 5.6.5.1 Alma de fibra 164 5.6.5.2 Alma de algodão 164 5.6.5.3 Alma de asbesto 164 5.6.5.4 Alma de aço 165 5.6.6 Tipos de torção 165 5.6.6.1 Torção regular ou em cruz 165 5.6.6.2 Torção lang ou em paralelo 165 5.6.7 Preformação dos cabos de aço 166 5.6.8 Fixação do cabo de aço 166
5.6.9 Dimensionamento 167 5.7 Roscas de transmissão 167
5.7.1 Introdução 167 5.7.2 Perfil das roscas de transmissão 168
5.7.2.1 Rosca com perfil quadrado 169 5.7.2.2 Rosca com perfil trapezoidal 170 5.7.2.3 Rosca com perfil misto 171 5.7.3 Material de fabricação 172 5.8 Engrenagens 172 5.8.1 Introdução 172
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5.8.2 Tipos de engrenagens 174 5.8.2.1 Engrenagens cilíndricas 175 5.8.2.2 Engrenagens cônicas 176 5.8.2.3 Engrenagens helicoidais 176 5.8.2.4 Cremalheira 177 5.9 Came 178 5.9.1 Introdução 178 5.9.2 Tipos 179 5.9.2.1 Came de disco 179 5.9.2.2 Came de tambor 179 5.9.2.3 Came frontal 180 5.9.2.4 Quadro com came circular 1805.9.2.5 Quadro com came triangular 181 5.9.2.6 Came de palminha 181 5.9.3 Representação gráfica do movimento da came de disco 182 5.9.4 Aplicação das cames 183 5.10 Acoplamento 183 5.10.1 Introdução 183 5.10.2 Classificação 183 5.10.2.1 Acoplamentos fixos 183 5.10.2.2 Acoplamentos elásticos 185 5.10.2.3 Acoplamentos móveis 188 5.10.3 Montagem de acoplamentos 189 5.10.4 Lubrificação de acoplamentos 189
Unidade I - Elementos de fixação
1.1 Introdução
Elementos de fixação constituem a unidade inicial que faz parte da disciplina de Elementos de Máquinas. Nessa unidade, você vai estudar os principais elementos de fixação:
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rebites, pinos, cavilhas, cupilhas ou contrapinos, parafusos, porcas, arruelas, anéis elásticos e chavetas.
Você pode estar pensando por que deve estudar esses elementos, não é? A resposta é simples: como profissional ligado à manutenção, você precisa, necessariamente, conhecer tudo sobre máquinas, inclusive suas peças que são unidas ou fixadas entre si. Assim, você ficará capacitado para operar máquinas, identificar seus possíveis defeitos e até mesmo corrigi-los.
Nesta primeira aula, você terá uma visão geral de todos os elementos de fixação que serão estudados ao longo das aulas seguintes. Posteriormente apresentaremos informações sobre rebites, pinos, cavilhas, cupilhas ou contrapinos e parafusos, suas características, forma de uso, tipos e os cálculos necessários para seu emprego na prática. Nas últimas aulas, você vai estudar, com detalhes, porcas, arruelas, anéis elásticos e chavetas. De cada um desses elementos de fixação, você terá informações relativas a características, material de fabricação, função, forma de uso, desenho técnico e cálculos necessários para fixação de peças.
1.2 Elementos de fixação
Se você vai fazer uma caixa de papelão, possivelmente usará cola, fita adesiva ou grampos para unir as partes da caixa. Por outro lado, se você pretende fazer uma caixa ou engradado de madeira, usará pregos ou taxas para unir as partes.
Na mecânica é muito comum a necessidade de unir peças como chapas, perfis e barras. Qualquer construção, por mais simples que seja, exige união de peças entre si. Entretanto, em mecânica as peças a serem unidas, exigem elementos próprios de união que são denominados elementos de fixação.
Figura 01 – Exemplo de fixação
Numa classificação geral, os elementos de fixação mais usados em mecânica são: rebites, pinos, cavilhas, parafusos, porcas, arruelas, chavetas etc. Você vai estudar cada um desses elementos de fixação para conhecer suas características, o material de que é feito, suas aplicações, representação, simbologia e alguns cálculos necessários para seu emprego.
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A união de peças feita pelos elementos de fixação pode ser de dois tipos: móvel ou permanente.No tipo de união móvel, os elementos de fixação podem ser colocados ou retirados do conjunto sem causar qualquer dano às peças que foram unidas. É o caso, por exemplo, de uniões feitas com parafusos, porcas e arruelas.
Figura 02 – União com arruela, porca e parafuso
No tipo de união permanente, os elementos de fixação, uma vez instalados, não podem ser retirados sem que fiquem inutilizados. É o caso, por exemplo, de uniões feitas com rebites e soldas.
Figura 03 – União permanente
Tanto os elementos de fixação móvel como os elementos de fixação permanente devem ser usados com muita habilidade e cuidado porque são, geralmente, os componentes mais frágeis da máquina. Assim, para projetar um conjunto mecânico é preciso escolher o elemento de fixação adequado ao tipo de peças que irão ser unidas ou fixadas. Se, por exemplo, unirmos peças robustas com elementos de fixação fracos e mal planejados, o conjunto apresentar á falhas e poderá ficar inutilizado. Ocorrerá, portanto, desperdício de tempo, de materiais e de recursos financeiros.
Ainda é importante planejar e escolher corretamente os elementos de fixação a serem usados para evitar concentração de tensão nas peças fixadas. Essas tensões causam
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rupturas nas peças por fadiga do material. Fadiga de material significa queda de resistência
ou enfraquecimento do material devido a tensões e constantes esforços.
1.3 Tipos de elementos de fixação
Para você conhecer melhor alguns elementos de fixação, apresentamos a seguir uma descrição simples de cada um deles.
1.3.1 Rebite
O rebite é formado por um corpo cilíndrico e uma cabeça. É fabricado em aço, alumínio, cobre ou latão. É usado para fixação permanente de duas ou mais peças.
Figura 04 - Rebite
1.3.2 Pino
O pino une peças articuladas. Nesse tipo de união, uma das peças pode se movimentar por rotação.
Figura 05 – Pino
1.3.3 Cavilha
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Figura 06 - Cavilha
1.3.4 Contrapino ou cupilha
O contrapino ou cupilha é uma haste ou arame com forma semelhante a de um meio-cilindro, dobrado de modo a fazer uma cabeça circular e tem duas pernas desiguais. Introduz-se o contrapino ou cupilha num furo na extremidade de um pino ou parafuso com porca castelo. As pernas do contrapino são viradas para trás e, assim, impedem a saída do pino ou da porca durante vibrações das peças fixadas.
Figura 07 – Contrapino ou cupilha
1.3.5 Parafuso
O parafuso é uma peça formada por um corpo cilíndrico roscado e uma cabeça, que pode ter várias formas.
Figura 08 – Parafuso de cabeça cilíndrica com fenda
1.3.6 Porca
A porca tem forma de prisma, de cilindro etc. Apresenta um furo roscado. Através desse furo, a porca é atarraxada ao parafuso.
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1.3.7 Arruela
A arruela é um disco metálico com um furo no centro. O corpo do parafuso passa por esse furo.
Figura 10 – Arruela chanfrada
1.3.8 Anel elástico
O anel elástico é usado para impedir deslocamento de eixos. Serve, também, para posicionar ou limitar o movimento de uma peça que desliza sobre um eixo.
Figura 11 – Anel elástico tipo RS
1.3.9 Chaveta
A chaveta tem corpo em forma prismática ou cilíndrica que pode ter faces paralelas ou inclinadas, em função da grandeza do esforço e do tipo de movimento que deve transmitir. Alguns autores classificam a chaveta como elementos de fixação e outros autores, como elementos de transmissão. Na verdade, a chaveta desempenha as duas funções.
Figura 12 – Chaveta
1.4 Rebites
Os rebites são peças fabricadas em aço, alumínio, cobre ou latão. Unem rigidamente peças ou chapas, principalmente, em estruturas metálicas, de reservatórios, caldeiras, máquinas, navios, aviões, veículos de transporte e treliças.
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A fixação das pontas da lona de fricção do disco de embreagem de automóvel é feita por rebites.
Figura 13 – Disco de embreagem de um automóvel
Outro exemplo de aplicação, visto na mesma figura, é a fixação da lona de fricção da sapata de freio de automóvel. O rebite também é usado para fixação de terminais de cintas e lona.
Figura 14 – Fixação de terminais de cintas e lona
1.4.1 Tipos de rebites e suas proporções
O quadro a seguir mostra a classificação dos rebites em função do formato da cabeça e de seu emprego em geral.
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Tabela 01 – Tipos de rebites
A fabricação de rebites é padronizada, ou seja, segue normas técnicas que indicam medidas da cabeça, do corpo e do comprimento útil dos rebites.
No quadro a seguir apresentamos as proporções padronizadas para os rebites. Os valores que aparecem nas ilustrações são constantes, ou seja, nunca mudam.
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O que significa 2 x d para um rebite de cabeça redonda larga, por exemplo? Significa que o diâmetro da cabeça desse rebite é duas vezes o diâmetro do seu corpo.
Se o rebite tiver um corpo com diâmetro de 5 mm, o diâmetro de sua cabeça será igual a 10 mm, pois 2 x 5 mm = 10 mm.
Essa forma de cálculo é a mesma para os demais rebites.
O quadro apresenta alguns tipos de rebite, segundo a forma de suas cabeças. Mas é grande a variedade dos tipos de rebite. Um mecânico precisa conhecer o maior número possível para saber escolher o mais adequado a cada trabalho a ser feito. Vamos ver outros exemplos.
Em estruturas metálicas, você vai usar rebites de aço de cabeça redonda:
Figura 15 – Dimensões de um rebite
- Diâmetros padronizados: de 10 até 36 mm (d).
- Comprimentos úteis padronizados: de 10 até 150 mm (L).
Em serviços de funilaria você vai empregar, principalmente, rebites com cabeça redonda ou com cabeça escareada. Veja as figuras que representam esses dois tipos de rebites e suas dimensões:
d = 1,6 a 6 mm d = 3 até 5 mm
L = 3 até 40 mm L = 3 até 40 mm D = 1,6 x d D = 2,4 até 1,8 x d
K = 0,7 x d K = 0,3 x d
Figura 16 – Rebites de cabeça redonda e escareada
Existem também rebites com nomes especiais: de tubo, de alojamento explosivo etc. O rebite explosivo contém uma pequena cavidade cheia de carga explosiva. Ao se aplicar um dispositivo elétrico na cavidade, ocorre a explosão.
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Para que você conheça um pouco esses rebites com denominações especiais, apresentamos ilustrações de alguns deles.
Figura 17 – Rebite de tubo – rebite explosivo – rebite semi-tubo
Figura 18 – Rebites com alojamento
Figura 19 – Rebites distanciadores
Figura 20 – Rebites para rebitagem a frio com elevado esforço cortante
Além desses rebites, destaca-se, pela sua importância, o rebite de repuxo, conhecido por “rebite pop”. É um elemento especial de união, empregado para fixar peças com rapidez, economia e simplicidade.
Abaixo mostramos a nomenclatura de um rebite de repuxo.
D = aba abaulada K = aba escareada Φ = diâmetro do rebite H = diâmetro da aba h = altura da aba f = altura da aba escareada
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Figura 21 – Rebite pop
Os rebites de repuxo podem ser fabricados com os seguintes materiais metálicos: aço-carbono; aço inoxidável; alumínio; cobre; monel (liga de níquel e cobre).
1.4.2 Especificação de rebites
Vamos supor que você precise unir peças para fazer uma montagem com barras de metal ou outro tipo de peça. Se essa união for do tipo de fixação permanente, você vai usar rebites. Para adquirir os rebites adequados ao seu trabalho, é necessário que você conheça suas especificações, ou seja:
- de que material é feito; - o tipo de sua cabeça; - o diâmetro do seu corpo; - o seu comprimento útil.
O comprimento útil do rebite corresponde à parte do corpo que vai formar a união. A parte que vai ficar fora da união é chamada sobra necessária e vai ser usada para formar a outra cabeça do rebite. No caso de rebite com cabeça escareada, a altura da cabeça do rebite também faz parte do seu comprimento útil. O símbolo usado para indicar comprimento útil é L e o símbolo para indicar a sobra necessária é z.
Na especificação do rebite é importante você saber qual será o seu comprimento útil (L) e a sobra necessária (z). Nesse caso, é preciso levar em conta:
- o diâmetro do rebite;
- o tipo de cabeça a ser formado;
- o modo como vai ser fixado o rebite: a frio ou a quente.
As figuras mostram o excesso de material (z) necessário para se formar a segunda cabeça do rebite em função dos formatos da cabeça, do comprimento útil (L) e do diâmetro do rebite (d).
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Figura 22 – Dados para especificação de rebites
Para solicitar ou comprar rebites você deverá indicar todas as especificações. Por exemplo:
- material do rebite: rebite de aço ABNT 1006 a 1010; - tipo de cabeça: redondo;
- diâmetro do corpo: ¼” - comprimento útil: ¾”
Normalmente, o pedido de rebites é feito conforme o exemplo: Rebite de alumínio, cabeça chata, de ¼” – ½”
1.4.3. Processos de rebitagem
A segunda cabeça do rebite pode ser feita por meio de dois processos: manual e mecânico.
1.4.3.1.Processo manual
Esse tipo de processo é feito à mão, com pancadas de martelo. Antes de iniciar o processo, é preciso comprimir as duas superfícies metálicas a serem unidas, com o auxílio de duas ferramentas: o contra-estampo, que fica sob as chapas, e o repuxador, que é uma peça de aço com furo interno, no qual é introduzida a ponta saliente do rebite.
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Após as chapas serem prensadas, o rebite é martelado até encorpar, isto é, dilatar e preencher totalmente o furo. Depois, com o martelo de bola, o rebite é “boleado”, ou seja, é martelado até começar a se arredondar. A ilustração mostra o “boleamento”.
Figura 24 – “Boleamento”
Em seguida, o formato da segunda cabeça é feito por meio de outra ferramenta chamada estampo, em cuja ponta existe uma cavidade que será usada como matriz para a cabeça redonda.
Figura 25 – Confecção da segunda cabeça
A seguir iremos mostrar toda a seqüência de operações de uma rebitagem, usando-se rebites de cabeça escareada chata.
1. Prepare o material - Elimine as rebarbas dos furos a fim de assegurar uma boa aderência entre as chapas. Apóie as chapas sobre uma base sólida e repuxe os rebites. A base sólida deve estar sempre limpa, ou seja, livre de partículas sólidas.
2. Alinhe as chapas - Se necessário, prenda as chapas com grampos, alicates de pressão ou morsa manual. Se houver furos que não coincidam, passe o alargador.
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3. Prepare os rebites - Calcule o comprimento do rebite de acordo com o formato da cabeça. Se necessário, corte o rebite e rebarbe-o.
4. Rebite - Inicie a rebitagem pelos extremos da linha de rebitagem. As pancadas iniciais sobre os rebites devem ser aplicadas com a face de impacto do martelo e devem ser perpendiculares em relação aos rebites. Boleie os rebites com a bola do martelo a fim de preencher todo o escareado. Termine a rebitagem dando pancadas com a face do martelo. Evite dar pancadas desnecessárias sobre os rebites, pois isto torna-os duros e frágeis.
Figura 26 – Seqüência de execução de uma rebitagem manual
1.4.3.2 Processo mecânico
O processo mecânico é feito por meio de martelo pneumático ou de rebitadeiras pneumáticas e hidráulicas. O martelo pneumático é ligado a um compressor de ar por tubos flexíveis e trabalha sob uma pressão entre 5 Pa a 7 Pa, controlada pela alavanca do cabo.
O martelo funciona por meio de um pistão ou êmbolo que impulsiona a ferramenta existente na sua extremidade . Essa ferramenta é o estampo, que dá a forma à cabeça do rebite e pode ser trocado, dependendo da necessidade.
Abaixo ilustramos, em corte, um tipo de martelo pneumático para rebitagem.
Figura 27 – Martelo pneumático para rebitagem
A rebitadeira pneumática ou hidráulica funciona por meio de pressão contínua. Essa máquina tem a forma de um C e é constituída de duas garras, uma fixa e outra móvel com estampos nas extremidades.
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Figura 28 – Rebitadeira pneumática
Se compararmos o sistema manual com o mecânico, veremos que o sistema manual é utilizado para rebitar em locais de difícil acesso ou peças pequenas. A rebitagem por processo mecânico apresenta vantagens, principalmente quando é usada a rebitadeira pneumática ou hidráulica. Essa máquina é silenciosa, trabalha com rapidez e permite rebitamento mais resistente, pois o rebite preenche totalmente o furo, sem deixar espaço. Entretanto, as rebitadeiras são máquinas grandes e fixas e não trabalham em qualquer posição. Nos casos em que é necessário o deslocamento da pessoa e da máquina, é preferível o uso do martelo pneumático.
Tanto a rebitagem manual como a mecânica podem ser feitas a quente ou a frio. Na rebitagem a quente o rebite é aquecido por meio de fornos a gás , elétricos ou maçarico até atingir a cor vermelho-brilhante. Depois o rebite é martelado à mão ou à máquina até adquirir o formato.
Os fornos possibilitam um controle perfeito da temperatura necessária para aquecer o rebite. Já o maçarico apresenta a vantagem de permitir o deslocamento da fonte de calor para qualquer lugar.
A rebitagem a quente é indicada para rebites com diâmetro superior a 6,35 mm, sendo aplicada, especialmente, em rebites de aço. A rebitagem a frio é feita por martelamento simples, sem utilizar qualquer fonte de calor. É 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.
A seguir você vai ver um exemplo de como se faz rebitagem, usando rebite de cabeça escareada chata. Assim, você terá uma noção do processo de rebitagem. Antes, porém, é preciso que você conheça as principais ferramentas usadas na rebitagem: estampo, contra-estampo e repuxador.
- Estampo: É uma ferramenta usada para dar forma a uma peça. O estampo utilizado na rebitagem manual é feito de aço temperado e apresenta três partes: cabeça, corpo e
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ponta. Na ponta existe um rebaixo, utilizado para dar formato final à segunda cabeça do rebite.
Figura 29 – Estampo para rebites
- Contra-estampo: O contra-estampo é na verdade um estampo colocado em posição oposta à do estampo. Também é de aço temperado e apresenta um rebaixo semi-esférico no qual é introduzida a cabeça do rebite. O rebaixo semi-esférico pode apresentar vários diâmetros a fim de alojar cabeças de rebites de diversas dimensões. Abaixo mostramos um modelo de contra-estampo. No caso de peças pequenas, pode-se utilizar o contra-estampo fixo a uma morsa; no caso de peças grandes, o contra-estampo pode ser apoiado no piso, sobre uma chapa de proteção.
Figura 30 – Contra-estampo
- Repuxador: O repuxador comprime as chapas a serem rebitadas. É feito de aço temperado e apresenta três partes: cabeça, corpo e face. Na face existe um furo que aloja a extremidade livre do rebite.
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1.4.4 Tipos de rebitagem
Os tipos de rebitagem variam de acordo com a largura das chapas que serão rebitadas e o esforço a que serão submetidas. Assim, temos a rebitagem de recobrimento, de recobrimento simples e de recobrimento duplo.
1.4.4.1 Rebitagem de recobrimento
Na rebitagem de recobrimento, as chapas são apenas sobrepostas e rebitadas. Esse tipo destina-se somente a suportar esforços e é empregado na fabricação de vigas e de estruturas metálicas.
Figura 32 – Rebitagem por recobrimento
a) Rebitagem de recobrimento simples: É destinada a suportar esforços e permitir
fechamento ou vedação. É empregada na construção de caldeiras a vapor e recipientes de ar comprimido. Nessa rebitagem as chapas se justapõem e sobre elas estende-se uma outra chapa para cobri-las.
Figura 33 – Recobrimento simples
Rebitagem de recobrimento duplo: Usada unicamente para uma perfeita vedação.
É empregada na construção de chaminés e recipientes de gás para iluminação. As chapas são justapostas e envolvidas por duas outras chapas que as recobrem dos dois lados.
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Figura 34 – Recobrimento duplo
Quanto ao número de rebites que devem ser colocados, pode-se ver que, dependendo da largura das chapas ou do número de chapas que recobrem a junta, é necessário colocar uma, duas ou mais fileiras de rebites.
Figura 35 – Número de rebites por fileira
Quanto à distribuição dos rebites, existem vários fatores a considerar: o comprimento da chapa, a distância entre a borda e o rebite mais próximo, o diâmetro do rebite e o passo. O passo é a distância entre os eixos dos rebites de uma mesma fileira. O passo deve ser bem calculado para não ocasionar empenamento das chapas.
No caso de junções que exijam boa vedação, o passo deve ser equivalente a duas vezes e meia ou três vezes o diâmetro do corpo do rebite. A distância entre os rebites e a borda das chapas deve ser igual a pelo menos uma vez e meia o diâmetro do corpo dos rebites mais próximos a essa borda.
O cálculo de distribuição dos rebites é feito por projetistas que deverão levar em conta a finalidade da rebitagem, o esforço que as chapas sofrerão, o tipo de junta necessário e a dimensão das chapas, entre outros dados do projeto. Por essa razão, o profissional
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encarregado pela rebitagem receberá os cálculos já prontos junto com o projeto a ser executado.
1.4.5 Cálculos para rebitagem
Para rebitar, é preciso escolher o rebite adequado em função da espessura das chapas a serem fixadas, do diâmetro do furo e do comprimento excedente do rebite, que vai formar a segunda cabeça. Veja a seguir como fazer esses cálculos.
1.4.5.1 Cálculo do diâmetro do rebite: A escolha do rebite é feita de acordo com a
espessura das chapas que se quer rebitar. A prática recomenda que se considere a chapa de menor espessura e se multiplique esse valor por 1,5, segundo a fórmula:
d = 1,5 x (< S) onde:
d = diâmetro;
(< S) = menor espessura;
1,5 = constante ou valor predeterminado.
Exemplo - para rebitar duas chapas de aço, uma com espessura de 5 mm e outra com espessura de 4 mm, qual o diâmetro do rebite?
Solução:
d = 1,5 x (< S) d = 1,5 x 4 mm d = 6,0 mm
Geralmente, os rebites comerciais são fornecidos com as dimensões em polegadas; portanto é necessário escolher um rebite com um valor que mais se aproxime da dimensão obtida em milímetros pelo cálculo.
Assim, no exemplo acima, o rebite comercial que mais se aproxima da dimensão 6,0 mm é o rebite de diâmetro 1/4".
1.4.5.2 Cálculo do diâmetro do furo: O diâmetro do furo pode ser calculado
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Matematicamente, pode-se escrever:
dF = dR x 1,06 onde:
dF = diâmetro do furo; dR = diâmetro do rebite;
1,06 = constante ou valor predeterminado.
Exemplo – qual é o diâmetro do furo para um rebite com diâmetro de 6,35 mm? Solução:
dF = dR x 1,06 dF = 6,35 x 1,06
dF = 6,73 mm
1.4.5.3 Cálculo do comprimento útil do rebite: O cálculo desse comprimento é feito por
meio da seguinte fórmula:
L = y x d + S onde:
L = comprimento útil do rebite;
y = constante determinada pelo formato da cabeça do rebite; d = diâmetro do rebite;
S = soma das espessuras das chapas.
- Para rebites de cabeça redonda e cilíndrica, temos: L = 1,5 x d + S
Figura 36 – Rebite de cabeça redonda
- Para rebites de cabeça escareada, temos: L = 1 x d + S
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Figura 37 – Rebite de cabeça escareada
1. Calcular o comprimento útil de um rebite de cabeça redonda com diâmetro de 3,175 mm para rebitar duas chapas, uma com 2 mm de espessura e a outra com 3 mm.
Solução:
L = y x d + S L = 1,5 x 3,175 + 5
L = 4,762 + 5 L = 9,76 mm
2. Calcular o comprimento útil de um rebite de cabeça escareada com diâmetro de 4,76 mm para rebitar duas chapas, uma com 3 mm de espessura e a outra com 7 mm de espessura. Solução: L = y x d + S L = 1 x 4,76 + 10 L = 4,76 + 10 L = 14,76 mm 1.4.6 Defeitos de rebitagem
É preciso fazer bem- feita a rebitagem para assegurar a resistência e a vedação necessárias às peças unidas por rebites. Os defeitos, por menores que sejam, representam enfraquecimento e instabilidade da união. Alguns desses defeitos somente são percebidos com o passar do tempo por isso, é preciso estar bem atento e executar as operações de rebitagem com a maior precisão possível.
Os principais defeitos na rebitagem são devidos, geralmente, ao mau preparo das chapas a serem unidas e à má execução das operações nas fases de rebitagem.
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- Furos fora do eixo, formando degraus - Nesse caso, o corpo rebitado preenche o vão e assume uma forma de rebaixo, formando uma incisão ou corte, o que diminui a resistência do corpo.
Figura 38 – Furo fora do eixo
- Chapas mal encostadas - Nesse caso, o corpo do rebite preenche o vão existente entre as chapas, encunhando-se entre elas. Isso produz um engrossamento da secção do corpo do rebite, reduzindo sua resistência.
Figura 39 – Chapas mal encostadas
- Diâmetro do furo muito maior em relação ao diâmetro do rebite – O rebatimento não é suficiente para preencher a folga do furo. Isso faz o rebite assumir um eixo inclinado, que reduz muito a pressão do aperto.
Figura 40 – Diâmetro do furo maior que o diâmetro do rebite
Os defeitos causados pela má execução das diversas operações e fases de rebitagem são:
- Aquecimento excessivo do rebite - Quando isso ocorre, o material do rebite terá suas características físicas alteradas, pois após esfriar, o rebite contrai-se e então a folga aumenta. Se a folga aumentar, ocorrerá o deslizamento das chapas.
Figura 41 – Aquecimento excessivo do rebite
- Rebitagem descentralizada - Nesse caso, a segunda cabeça fica fora do eixo em relação ao corpo e à primeira cabeça do rebite e, com isso, perde sua capacidade de apertar as chapas.
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Figura 42 – Rebitagem descentralizada
- Mal uso das ferramentas para fazer a cabeça - A cabeça do rebite é rebatida erradamente e apresenta irregularidades como rebarbas ou rachaduras.
Figura 43 – Mal uso de ferramentas
- O comprimento do corpo do rebite é pequeno em relação à espessura da chapa - Nessa situação, o material disponível para rebitar a segunda cabeça não é suficiente e ela fica incompleta, com uma superfície plana.
Figura 44 – Comprimento pequeno do rebite
1.4.7 Eliminação dos defeitos
Para eliminar os defeitos é preciso remover a cabeça do rebite. Isso pode ser feito por três processos: com talhadeira, com lima e com esmerilhadeira.
1.4.7.1 Eliminação com talhadeira
A cabeça do rebite é aberta em duas partes e depois extraída. A cabeça do rebite pode ser extraída inteira, com uma talhadeira trabalhando de lado. Depois de eliminada uma das cabeças, o restante do rebite é extraído com um saca-pinos sobre o qual se aplicam alguns golpes com o martelo.
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1.4.7.2 Eliminação com esmerilhadeira
A esmerilhadeira é uma máquina-ferramenta que desgasta o material por meio da ação abrasiva exercida pelo rebolo. A cabeça do rebite pode ser esmerilhada e o corpo retirado com saca-pinos ou por meio de furação.
Abaixo, é ilustrado um rebolo esmerilhando a cabeça de um rebite e uma broca removendo-o em seguida.
Figura 46 – Eliminação com esmerilhadeira
1.4.7.3 Eliminação com lima
A lima é usada quando se trata de chapas finas que não podem sofrer deformações. O corpo do rebite pode ser retirado por meio de furação, com broca de diâmetro pouco menor que o diâmetro do rebite.
Para finalizar, algumas recomendações sobre procedimentos de segurança durante as operações de rebitagem:
- Use óculos de segurança.
- Use protetor auricular durante todo o trabalho.
- Escreva com giz a palavra “quente” na peça onde houver rebites aquecidos. - Verifique se todas as ferramentas estão em ordem antes de iniciar o trabalho.
-Tome cuidado quando executar rebitagem à máquina; é preciso saber operá-la corretamente.
1.5 Pinos, cavilhas e cupilhas ou contrapinos
Os pinos e cavilhas têm a finalidade de alinhar ou fixar os elementos de máquinas, permitindo uniões mecânicas, ou seja, uniões em que se juntam duas ou mais peças, estabelecendo, assim, conexão entre elas.
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Figura 47 – Exemplo de aplicação de pinos e cavilhas
As cavilhas, também, são chamados pinos estriados, pinos entalhados, pinos ranhurados ou, ainda, rebite entalhado. A diferenciação entre pinos e cavilhas leva em conta o formato dos elementos e suas aplicações. Por exemplo, pinos são usados para junções de peças que se articulam entre si e cavilhas são utilizadas em conjuntos sem articulações; indicando pinos com entalhes externos na sua superfície. Esses entalhes é que fazem com que o conjunto não se movimente. A forma e o comprimento dos entalhes determinam os tipos de cavilha.
Pinos e cavilhas se diferenciam pelos seguintes fatores: - utilização - forma - tolerâncias de medidas - acabamento superficial - material - tratamento térmico 1.5.1 Pinos
Os pinos são usados em junções resistentes a vibrações. Há vários tipos de pinos, segundo sua função.
Tipo Função
1. Pino cônico Ação de centragem
2. Pino cônico com haste roscada A ação de retirada do pino de furos cegos e facilitada por um simples aperto da porca
3. Pino cilíndrico
Requer um furo de tolerâncias rigorosas e é utilizado quando são aplicadas às forças cortantes.
4. Pino elástico ou pino tubular partido
Apresenta elevada resistência ao corte e pode ser assentado em furos, com variação de diâmetro considerável.
5. Pino de guia
Serve para alinhar elementos de máquinas. A distância entre os pinos deve ser calculada para evitar o risco de ruptura
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Figura 48 – Tipos de pinos
Para especificar pinos e cavilhas deve-se levar em conta seu diâmetro nominal, seu comprimento e função do pino, indicada pela respectiva norma.
Exemplo: Um pino de diâmetro nominal de 15mm, com comprimento de 20mm, a ser utilizado como pino cilíndrico, é designado: pino cônico: 10 x 60 DIN 1.
1.5.2 Cavilhas
A cavilha é uma peça cilíndrica, fabricada em aço, cuja superfície externa recebe três entalhes que formam ressaltos. A forma e o comprimento dos entalhes determinam os tipos de cavilha. Sua fixação é feita diretamente no furo aberto por broca, dispensando-se o acabamento e a precisão do furo alargado.
Figura 49 – Tipos de cavilhas
1.5.2.1 Classificação das cavilhas: As cavilhas podem ser classificadas como
mostram a figura e a tabela abaixo.
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Segue uma tabela de classificação de cavilhas segundo tipos, normas e utilização.
Tabela 04 – Tipos de cavilhas, normas e utilização.
1.5.3 Cupilhas ou contrapinos
Cupilha é um arame de secção semi-circular, dobrado de modo a formar um corpo cilíndrico e uma cabeça. Sua função principal é a de travar outros elementos de máquinas como porcas.
Figura 52 – Cupilhas ou contrapinos
No caso do pino cupilhado, a cupilha não entra no eixo, mas no próprio pino. O pino cupilhado é utilizado como eixo curto para uniões articuladas ou para suportar rodas, polias, cabos, etc.
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Figura 52 – Aplicação das cupilhas
1.6 Roscas
1.6.1 Introdução
Rosca é um conjunto de filetes em torno de uma superfície cilíndrica ou cônica.
Figura 53 – Representação do filete da rosca
Figura 54 – Parafuso e porca
As roscas podem ser internas ou externas. As roscas internas encontram-se no interior das porcas e as roscas externas no corpo dos parafusos.
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As roscas permitem a união e desmontagem de peças. Permitem, também, o movimento de peças, de acordo com a ilustração abaixo apresentada.
Figura 56 – Rosca para movimento
As roscas apresentam vários tipos de perfis de filetes. Esses perfis, sempre uniformes, dão nome às roscas e condicionam sua aplicação.
Tabela 05 – Tipos de roscas e aplicação
1.6.2 Sentido de direção da rosca
Dependendo da inclinação dos filetes em relação ao eixo do parafuso, as roscas podem ter dois sentidos de direção: à direita ou à esquerda.
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Na rosca direita, primeira figura, o filete sobe da direita para a esquerda. Na rosca esquerda, segunda figura, o filete sobe da esquerda para a direita.
1.6.3 Nomenclatura da rosca
Independente da sua aplicação, as roscas têm os mesmos elementos, variando apenas os perfis e dimensões.
Figura 58 – Nomenclatura da rosca
P = Passo (em mm) d = Diâmetro externo d1 = Diâmetro interno d2 = Diâmetro do flanco ∝ = ângulo do filete f = Fundo do filete i = ângulo 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
- Filete ou fio: É a saliência de perfil constante, em forma helicoidal, produzida por um ou mais sulcos na superfície externa ou interna de um cilindro ou cone.
- Perfil da rosca: É representado pelo corte do filete no plano que passa pelo eixo do cilindro ou cone.
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- Crista: É a superfície proeminente de um filete, seja na rosca interna ou externa. - Fundo: É a superfície interna do sulco
- Flanco: São, em cada filete, as duas superfícies que ligam a crista ao fundo. - Ângulo do filete: É o ângulo formado pelos flancos medido num papel diametral.
- Passo: É a distância medida de forma paralela ao eixo, entre os pontos correspondentes de dois filetes consecutivos.
- Número de filetes por polegada: É o número de fios existentes no comprimento de uma polegada, medida paralelamente ao eixo do parafuso.
1.6.4 Elementos de uma rosca
Figura 59 – Elementos de uma rosca
Filete: é a saliência helicoidal que caracteriza a existência da rosca; Crista: é o vértice do filete;
Flanco: é a parede lateral do filete, deve Ter um bom acabamento;
Vão: é o sulco helicoidal deixado pela passagem de uma ferramenta que pode ser macho, cossinete, ferramenta de corte de torno, rolos, etc...
Fundo do Vão: (raiz): é a região do vão junto ao núcleo do parafuso;
Altura do filete: (h) ou profundidade do vão: é a distância entre a crista e o fundo do vão, tomada perpendicularmente ao eixo do parafuso;
Diâmetro externo ou maior (D): com relação ao parafuso, é o diâmetro tomado pelas cristas e também corresponde ao diâmetro do cilindro que será roscado. É praticamente (um pouco menor) o diâmetro nominal do parafuso. Ex. M12; 1”.
Perfil: é o formato do filete, que é praticamente igual ao formato do vão. Os ângulos do filete e do vão normalmente são iguais;
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Diâmetro menor ou núcleo do parafuso (d): é o diâmetro tomado pelo fundo do vão. Deste depende a resistência à tração do parafuso. Com relação à porca, é um pouco menor que o furo inicial que deve ser feito na peça a ser roscada;
Passo: é a distância paralela ao eixo, entre cristas de um filete simples, com relação a rosca de uma entrada, corresponde ao quanto se desloca, no sentido axial, qualquer ponto da peça com rosca ao se dar uma volta completa.
O passo nas roscas métricas é dado diretamente como característica nominal.
Com relação às roscas do sistema inglês, o passo não é dado diretamente como características nominais é o número de fios por polegada. Para se chegar ao passo é suficiente dividir uma polegada pelo número de fios por polegada.
Ex.: Passo = 1” / no filetes
Ex.: O passo de um parafuso que possui 12 filetes por polegada é:
1.6.5 Classificação
As roscas podem ser classificadas segundo inúmeros aspectos a saber: - Quanto ao formato do filete (perfil)
a) Triangular: É o mais comum. Utilizado em parafusos e porcas de fixação, uniões e tubos.
Figura 60 – Rosca triangular
b) Trapezoidal: Empregado em órgãos de comando das máquinas operatrizes (para transmissão de movimento suave e uniforme), fusos e prensas de estampar (balancins mecânicos), utilizada para grandes esforços e choques.
Figura 61 – Rosca trapezoidal
c) Redonda: Emprego em parafusos de grandes diâmetros e que devem suportar grandes esforços, geralmente em componentes ferroviários. É empregado também em lâmpadas e fusíveis pela facilidade na estampagem.
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Figura 62 – Rosca redonda
d) Dente de serra: Usado quando a força de solicitação é muito grande em um só sentido (morsas, macacos, pinças para tornos e fresadoras).
Figura 63 – Rosca dente de serra
e) Quadrado: Quase em desuso, mas ainda utilizado em parafusos e peças sujeitas a choques e grandes esforços (morsas).
Figura 64 – Rosca quadrada
f) Edson – (ABNT) é uma rosca, direita, de uma entrada, cujo perfil é uma curva contínua, formada por uma sucessão de arcos de circunferência de raios iguais e concavidades alternativamente opostas, estando seus centros situados em duas retas paralelas ao eixo do cilindro. É usada em bases de lâmpadas e fusíveis roscáveis, bem como nas peças fêmeas roscadas dos correspondentes porta lâmpadas e porta fusíveis. (Designadas pela letra E)
- Quanto ao sentido da hélice:
a) Direita: Quando, ao avançar, gira no sentido dos ponteiros do relógio (sentido de aperto à direita).
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b) Esquerda: Quando, ao avançar, gira em sentido contrário ao dos ponteiros do relógio (sentido de aperto à esquerda).
Figura 66 – Rosca à esquerda
- Quanto a posição na peça: Externa (parafuso)
Interna (porca)
- Quanto ao número de entradas (número de hélices independentes e paralelas) Simples: uma entrada
Múltipla: duas ou mais entradas
1.6.6 Roscas Triangulares
As roscas triangulares classificam-se segundo seu perfil, em três tipos: - Rosca métrica
- Rosca whitworth - Rosca americana
1.6.6.1 Rosca triangular métrica
Figura 67– Rosca triangular métrica
Ângulo do perfil da rosca: a = 60°
Diâmetro menor do parafuso (do núcleo): d1 = d – 1,2268P.
Folga entre a raiz do filete da porca e a crista do filete da porca e a crista do filete do parafuso: f = 0,045P.
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Diâmetro menor da porca (Φ furo): D1 = d – 1,0825P. Diâmetro efetivo da porca (Φ médio): D2 = d2
Altura do filete do parafuso: he = 0,6134 P
Raio de arredondamento da raiz do filete do parafuso: r = 0,14434P Raio de arredondamento da raiz do filete da porca: r = 0,063P
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. Exemplo: Em veículos automotores.
1.6.6.2 Rosca whitworth normal – BSW e rosca fina – BSF
Figura 68 – Rosca whitworth
As características dimensionais da rosca whitworth, são as seguintes:
a = 55° P = 1”/ n° de fios h1=he = 0,6403P rri = rre 0,1373P d = D d1 = d – 2he D2 = d2 = d – he
As fórmulas utilizadas para calcular as roscas whitworth normal e fina são mesmas. Apenas variam os números de filetes.
Objetivando facilitar a obtenção desses valores, apresentaremos a seguir as tabelas das roscas métricas de perfil triangular normal e fina e withworth normal – BSW e withworth fina – BSF.
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Tabela 08 – Roscas no sistema inglês
1.6.7 Ação do sistema parafuso – porca na união de peças
Suponha-se o caso da figura a seguir. Por meio de uma chave própria, gira-se a porca sextavada, mantendo fixa a cabeça sextavada do parafuso pelo emprego de outra chave ou ferramenta adequada. Em virtude do giro, a porca vai-se deslocando também, lentamente, na direção do eixo geométrico do parafuso, até tomar contato com a arruela (ou com a peça se não houver arruela).
A partir do contato, a porca passa a produzir um aperto tanto mais enérgico quanto maior for o esforço resultante da ação da chave. O aperto que se consegue, com o sistema parafuso porca, para uma mesma chave, e a mesma força aplicada a esta, será tanto mais enérgico quanto menor for o passo da rosca.
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Figura 69 – Parafuso e porca sextavada
As mesmas considerações se aplicam ao caso da próxima figura, no qual se apresenta uma união de peças por meio de porca e um parafuso especial, sem cabeça, denominado parafuso prisioneiro ou, comumente, denominado de estojo.
Figura 70 – Parafuso prisioneiro e porca sextavada
1.7 Parafusos 1.7.1 Generalidades
Os parafusos se diferenciam pela forma da rosca, da cabeça, da haste e do tipo de acionamento.
Em geral, o parafuso é composto de duas partes: cabeça e corpo.
O corpo do parafuso pode ser cilíndrico ou cônico, totalmente roscado ou particularmente roscado. A cabeça pode apresentar vários formatos, porém, há parafusos sem cabeça.
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Há uma enorme variedade de parafusos que podem ser diferenciados pelo formato da cabeça, do corpo e da ponta. Essas diferenças, determinadas pela função dos parafusos passantes, parafusos não passantes, parafusos de pressão, parafusos prisioneiros.
Figura 71 – Representação de um parafuso sextavado
Em mecânica, ele é empregado para unir e manter juntas peças de máquinas, geralmente formando conjuntos com porcas e arruelas. Em geral, os parafusos são fabricados em aço de baixo e médio teor de carbono, por meio de forjamento ou usinagem. Os parafusos forjados são opacos e os usinados, brilhantes. As roscas podem ser cortadas ou laminadas.
Aço de alta resistência à tração, aço-liga, aço inoxidável, latão e outros metais ou ligas não-ferrosas podem também ser usados na fabricação de parafusos. Em alguns casos, os parafusos são protegidos contra a corrosão por meio de galvanização ou cromagem.
1.7.2 Tipos de parafusos
1.7.2.1 Parafusos 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 acessório. Os parafusos passantes apresentam-se com cabeça ou sem cabeça.
Figura 72 – Parafuso passante
1.7.2.2 Parafusos não passantes: São parafusos que não utilizam porcas. O papel de
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Figura 73 – Parafusos não passantes
1.7.2.3 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.
Figura 74 – Parafusos de pressão
1.7.2.4 Parafusos prisioneiros: São parafusos sem cabeça com rosca em ambas as
extremidades, sendo recomendados nas situações que existem montagens e desmontagens freqüentes. Em tais situações que exigem montagens e desmontagens freqüentes. Em tais situações, o uso de outros tipos de parafusos acaba danificando a rosca dos furos.
Os parafusos prisioneiros possuem as seguintes características:
a) As roscas dos parafusos prisioneiros podem ter passos diferentes ou sentidos opostos, isto é, um horário e outro anti-horário.
b) Para fixarmos o prisioneiro no furo da máquina, utilizamos uma ferramenta especial. c) Caso não haja esta ferramenta, improvisa-se um apoio com duas porcas travadas numa das extremidades do prisioneiro.
d) Após a fixação do prisioneiro pela outra extremidade, retiram-se as porcas.
e) A segunda peça é apertada mediante uma porca e arruela, aplicadas à extremidade livre do prisioneiro.
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Figura 75 – Parafuso prisioneiro
1.7.2.5 Parafusos Allen: O parafuso Allen é fabricado com aço de alta resistência à tração e submetido a um tratamento térmico após a conformação. Possui um furo hexagonal de aperto na cabeça, que é geralmente cilíndrica e recartilhada. Para o aperto, utiliza-se uma chave especial: a chave Allen. Os parafusos Allen são utilizados sem porcas e suas cabeças são encaixadas num rebaixo na peça fixada, para melhor acabamento. E também por necessidade de redução de espaço entre peças com movimento relativo.
Figura 76 – Parafuso Allen
1.7.2.6 Parafusos de cabeça sextavada: Em desenho técnico, esse parafuso é
representado da seguinte forma:
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d = diâmetro do parafuso k = altura da cabeça (0,7d)
s = medida entre as faces paralelas do sextavado (1,7d) e = distância entre os vértices do sextavado (2d)
L = comprimento útil (medidas padronizadas) b = comprimento da rosca (medidas padronizadas)
R = raio de arredondamento da extremidade do corpo do parafuso. Em geral, esse tipo de parafuso é utilizado em uniões em que se necessita de um forte aperto da chave de boca ou estria.
Figura 78 – União com parafuso sextavado
Esse parafuso pode ser usado com ou sem rosca. Quando usado sem rosca, o rosqueamento é feito na peça.
1.7.2.7 Parafusos com sextavado interno: De cabeça cilíndrica com sextavado interno
(allen). Em desenho técnico, este tipo de parafuso é representado na seguinte forma:
Figura 79 – Representação do parafuso com sextavado interno
A = d = altura da cabeça do parafuso; e = 1,5d = diâmetro da peça;
t = 0,6d = profundidade do encaixe da chave; s = 0,8d = medida do sextavado interno;
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d = diâmetro do parafuso
Este tipo de parafuso é utilizado em uniões que exigem um bom aperto, em locais onde o manuseio de ferramentas é difícil devido à falta de espaço.
Esses parafusos são fabricados em aço e tratados termicamente para aumentar sua resistência à torção.
1.7.2.8 Parafusos de cabeça com fenda: De cabeça escareada chata com fenda. Em
desenho técnico, a representação é a seguinte
Figura 80 – Representação do parafuso de cabeça com fenda
a) diâmetro do parafuso = 2d b) largura da fenda = 0,18d; c) profundidade da fenda = 0,29d; d) medida do ângulo escareado = 90°
São fabricados em aço inoxidável, cobre, latão, etc. Esse tipo de parafuso é muito empregado em montagens que não sofrem grandes esforços e onde a cabeça do parafuso não pode exceder a superfície da peça.
1.7.2.9 Parafusos de cabeça redonda com fenda: Em desenho técnico, a
representação é feita como mostra a figura.
Figura 81 – Representação do parafuso de cabeça redonda com fenda
a) diâmetro da cabeça da cabeça do parafuso = 1,9d b) raio da circunferência da cabeça = d
c) largura da fenda = 0,18d d) profundidade da fenda = 0,36d.
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Esse tipo de parafuso é também muito empregado em montagens que não sofrem grandes esforços. Possibilita melhor acabamento na superfície. São fabricados em aço, cobre e liga, como latão.
1.7.3 Procedimentos para montagem de parafusos
Para a montagem de parafusos alguns parâmetros devem ser observados, conforme mostramos a seguir.
Figura 82 – Fatores para montagem de parafusos
Esses fatores se relacionam conforme mostram as figuras e a tabela a seguir. Φ - diâmetro do furo broqueado
d – diâmetro da rosca
A – profundidade do furo broqueado B – profundidade da parte roscada
C – comprimento de penetração do parafuso d1 – diâmetro do furo passante
Material Profundidade do furo broqueado A Profundidade da parte roscada B Comprimento de penetração do parafuso C Diâmetro do furo passante d1 Aço 2d 1,5d 1d Ferro fundido 2,5d 2d 1,5d Bronze, latão 2,5d 2d 1,5d Alumínio 3d 2,5d 2d 1,06
Tabela 09 - Fatores a considerar ao unir peças com parafusos.
Exemplo duas peças de alumínio devem ser unidas com um parafuso de 6mm de diâmetro. Qual deve ser a profundidade do furo broqueado? Qual deve ser a profundidade do furo roscado? Quanto o parafuso deverá penetrar? Qual é o diâmetro do furo passante? Solução:
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b) A seguir, busca-se na coluna profundidade do furo broqueado a relação a ser usada para o alumínio. Encontra-se o valor 3d. Isso significa que a profundidade do furo broqueado deverá ser de três vezes o diâmetro do parafuso, ou seja: 3 x 6 mm = 18mm.
c) Prosseguindo busca-se na coluna profundidade do furo roscado a relação a relação a ser usada para o alumínio. Encontra-se o valor 2,5d. Logo, a profundidade da parte roscada deverá ser de: 2,5 x 6mm = 15mm.
d) Consultando a coluna comprimento de penetração do parafuso, encontra-se a relação 2d para o alumínio. Portanto: 2x 6mm = 12mm. O valor 12mm deverá ser o comprimento de penetração do parafuso.
e) Finalmente, determina-se o diâmetro do furo passante por meio da relação 1,06d. Portanto: 1,06 x 6mm = 6,36mm
Se a união por parafusos for feita entre materiais diferentes, os cálculos deverão ser efetuados em função do material que receberá a rosca.
O primeiro procedimento para calcular roscas consiste na medição do passo da rosca. Para obter esta medida, podemos usar pente de rosca, escala ou paquímetro.
Figura 83 – Medição de rosca
Esses instrumentos são chamados verificadores de roscas e fornecem a medida do passo em milímetros ou em filete por polegada e , também, a medida do ângulo dos filetes.
As roscas de perfil triangular são fabricadas segundo três sistemas normalizados: o sistema métrico ou internacional (ISO), o sistema inglês ou withworth e o sistema americano.
No sistema métrico, as medidas das roscas são determinadas em milimetros. Os filetes têm forma triangular, ângulo de 60°, crista plana e raiz arredondada.
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No sistema withworth, as medidas são dadas em polegadas. Nesse sistema, o filete tem a forma triangular, ângulo de 55°, crista e raiz arredondadas.
O passo é determinado dividindo-se uma polegada pelo número de filetes contidos em uma polegada.
No sistema americano, as medidas são expressas em polegadas. O filete tem a forma triangular, ângulo de 60°, crista plana e raiz arredondada.
Nesse sistema, como no withworth, o passo também é determinado dividindo-se uma polegada pelo número de filetes contidos em uma polegada.
Nos três sistemas, as roscas são fabricadas em dois padrões: normal e fina. A rosca normal tem menor número de filetes por polegada que a rosca fina.
No sistema withworth, a rosca normal é caracterizada pela sigla BSW (british standart whithworth – padrão para roscas normais). Nesse mesmo sistema, a rosca fina é caracterizada pela sigla BSF (british standard fine – padrão britânico para roscas finas).
No sistema americano, a rosca normal é caracterizada pela sigla NC (national coarse) e a rosa fina pela sigla NF (national fine)
Agora que você viu com detalhes os instrumentos de medir passo de rosca e os sistemas de roscas, vamos verificar quais são os procedimentos para determinar o passo da rosca ou o número de fios por polegada. Vamos usar o pente de rosca.
a) verificar qual das lâminas do pente da rosca se encaixa perfeitamente nos filetes da rosca. A lâmina que se encaixar vai indicar-lhe o passo da rosca ou o número de fios por polegada.
b) Vimos que, no lugar do pente de rosca, você pode usar uma escala e medir, por exemplo, 10 filetes da rosca. Você divide a medida encontrada por 10 para encontrar o passo da rosca. Isto, se a rosca for do sistema métrico. Se ela for sistema inglês, você deve verificar quanto filetes cabem em uma polegada da escala. O resultado, portanto, será o número de fios por polegada.
c) Medir o diâmetro externo da rosca com paquímetro. Tendo a medida do diâmetro e a medida do passo, ou o número de fios por polegada, você vai consultar a tabela para obter as demais medidas da rosca. Também, em vez de consultar a tabela, você pode fazer os cálculos das dimensões da rosca.
Exemplo – calcular o diâmetro menor de um parafuso (d), para uma rosca de diâmetro externo (d) de 10mm e passo (p) de 1,5mm.
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Substituindo os valores dessa fórmula: d1 = 10 – 1,2268.1,5
d1 = 10 – 1,840
d1 = 8,16mm
Portanto, o diâmetro menor da rosca é de 8,16mm.
Withworth (Normal) Métrica (Normal)
Parafuso e porca Arruela Parafuso e porca Arruela
d(ext.) E e a b D H f d(ext.) E e a b D h f 3/32” 5 5,8 2,2 2,5 6 0,3 2,5 2 4,5 5,2 1,5 2 8 0,3 3 1/8” 6 6,9 2,5 3 8 0,5 3,5 3 6 6,9 2,5 3 8 0,5 4 5/32” 8 9,2 2,8 3,2 10 0,5 4,5 4 8 9,2 3,5 4 10 0,5 5 3/16” 9 10,4 4 5 12 0,8 5 5 9 10,4 4 5 12 0,8 6 ¼” 11 12,7 5 6,5 14 1,5 7 6 11 12,7 5 6,5 14 1,5 7 5/16” 14 16,2 6 8 18 2 8,5 7 11 12,7 5 6,5 14 1,5 8 3/8” 17 19,6 7 10 22 2,5 10 8 14 16,2 6 8 18 2 9 7/16” 19 21,9 8 11 24 3 11,5 9 17 19,6 6 8 18 2 10 ½” 22 25,4 9 13 28 3 13 10 17 19,6 7 10 22 2,5 11 5/8” 27 31,2 12 16 34 3 17 11 19 21,9 7 10 24 2,5 12 ¾” 32 36,9 14 19 40 4 20 12 22 25,4 9 13 28 3 13 7/8” 36 41,6 16 23 45 4 23 14 22 25,4 10 13 28 3 15 1” 41 47,1 18 26 52 5 26 16 27 31,2 12 16 34 3 17 11/8” 46 53,1 21 29 58 5 30 18 32 36,9 14 19 40 4 19 11/4” 50 57,7 23 32 62 5 33 20 32 36,9 14 19 40 4 21 13/8” 55 63,5 25 35 68 6 36 22 36 41,6 16 23 45 4 23 11/2” 60 69,3 27 38 75 6 40 24 36 41,6 16 23 45 4 25 15/8” 65 75 30 42 80 7 43 27 41 47,3 18 26 52 5 28 13/4” 70 80,8 32 45 85 7 46 30 46 53,1 21 29 58 5 31 17/8” 75 86,5 34 48 92 8 49 33 50 57,7 23 32 62 5 34 2” 80 92,4 36 50 98 8 52 36 55 63,5 25 35 68 6 37 21/4” 85 98 40 54 105 9 58 39 60 69,3 27 38 75 6 40 21/2” 95 110 45 60 120 10 65 42 65 75 30 42 80 7 43 2 ¾” 105 121 48 65 135 11 72 45 70 80,8 32 45 85 7 46 3” 110 127 50 68 145 12 78 48 75 86,5 34 48 92 8 49 Tabela 10 – Dimensões de parafusos
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Sendo os parafusos um dos elementos de fixação utilizados com maior freqüência podem ser empregados de várias formas á saber:
Parafusos de fixação, para junções desmontáveis; Parafusos de protensão (tensores)
Parafusos obturadores para tampar orifícios;
Parafusos de ajustagem, para ajustes iniciais ou ajustes de eliminação de folgas ou compensação de desgastes (ex.: bainha do micrômetro);
Parafusos micrométricos para obter deslocamentos mínimos e precisos ( ex.: prensa de parafuso morsa);
Parafusos de transmissores de força, para se obter grandes forças axiais através da aplicação de pequenas forças tangenciais (ex.: prensa de parafuso e morsa)
Parafusos de movimento para a transformação de movimentos rotativos em movimento retilíneo (morsa, fuso) ou movimentos retilíneos em rotativos.
Parafusos diferenciais para a obtenção de pequenos deslocamentos por meio de roscas grossas;
Podemos citar ainda como desvantagens dos parafusos, a necessidade de usar elementos de travamento (arruelas) para a fixação de conjuntos sujeitos à grandes vibrações evitando assim o afrouxamento das porcas; o baixo rendimento dos parafusos de transmissão, uma vez que os flancos sofrem grandes desgastes dificultando a posterior centralização dos elementos através dessa rosca.
Podem ser fabricados pelos processos de conformação (sem cavaco) e por usinagem (com cavaco).
1.7.4 Dados necessários para especificação de parafusos
• Aplicação
• Material do parafuso: aço carbono com diversos teores, aço – inox, latão etc. (alguns tem um número em alto relevo na cabeça do parafuso que informam o tipo de aço e se foi feito tratamento térmico.
• O tipo e padrão da rosca; • O sentido da hélice;
• O diâmetro nominal: M10, M12, ¾”
• O passo da rosca: normal ou fina, o passo(para isso usa-se o pente de roscas e se a rosca for do sistema inglês a referência é em relação ao número de filetes por polegada);
