ELEMENTOS DE
MÁQUINAS
AULA 05 - Parafusos
PARAFUSOS DE UNIÃO E MOVIMENTO
PARAFUSOS DE UNIÃO E MOVIMENTO
PARAFUSOS DE UNIÃO E MOVIMENTO
PARAFUSOS DE UNIÃO E MOVIMENTO
PARAFUSOS DE UNIÃO E
MOVIMENTO
Parafusos de união são elementos mecânicos
empregados na fixação e união de partes de
peças e máquinas de uso geral.
Parafusos de potência convertem seu
movimento rotativo em deslocamento linear
sendo amplamente empregados em macacos,
portões residenciais, prensas, fusos de
máquinas-ferramentas e máquinas com
reversão de movimento.
Definições
Rosca é um conjunto de filetes em torno de uma
superfície cilíndrica.
As roscas podem ser internas ou externas. As roscas
internas encontram-se no interior das porcas. As roscas
externas se localizam no corpo dos parafusos.
Terminologia da rosca
Terminologia da rosca
Pitch = passo p
Ângulo da rosca α
Crista (crest) e raiz da rosca
(root)
Diâmetro nominal é o diâmetro externo da parte roscada do parafuso
(apenas as roscas whitworth BSP para tubos têm, como diâmetro
nominal, o diâmetro interno da parte roscada do tubo).
Diâmetro externo
Diâmetro efetivo
Diâmetro interno
Passo
Chanfro
Raiz
Crista
Ângulo da rosca 2α
Identificação da rosca
de um parafuso de
potência
β
Porca
Diagrama de forças de um parafuso de potência:
elevação e abaixamento de cargas
l = avanço do parafuso
β = λ = ângulo da hélice
Tan β =
p
dm π
Terminologia da rosca
Roscas de múltiplas entradas: é a que tem dois ou mais filetes
cortados um ao lado do outro (como dois ou mais barbantes
enrolados). As roscas de várias entradas são utilizadas em
parafusos de movimento, quando se deseja um passo p ou um
rendimento η maiores.
Entrada simples: tem o avanço
(lead) igual ao passo
Entrada dupla: tem o avanço igual
a duas vezes o passo
Terminologia da rosca
Produtos padronizados, como roscas, parafusos, porcas, todos
têm roscas simples.
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.
Rosca direita: todas as roscas são fabricadas de acordo com a
regra da mão direita, a menos que seja indicado o contrário.
Rosca direita
Rosca esquerda
Aplicação dos parafusos
Parafuso de movimento em uma
morsa
Fixação de peças
(ACME)
Alto custo
+ Atrito, + desgaste, - vida
Parafusos de potência:
exemplos
Parafusos de potência:
exemplos
Máquinas de precisão
com rendimento superior
a 95% (atrito de
deslizamento x
rolamento)
Nomenclatura da rosca
p = passo (em mm)
i = β = ângulo da hélice
d = diâmetro externo (nominal)
c = crista
d1 = diâmetro interno (seção
considerada no cálculo da
resistência do parafusos)
D = diâmetro do fundo porca
d2 = dm = diâmetro do flanco
D1 = diâmetro do furo da porca
α = ângulo do filete (rosca)
h1 = altura do filete da porca
f = fundo do filete
h = altura do filete do parafuso
Roscas triangulares
As roscas triangulares classificam-se, segundo o
seu perfil, em três tipos:
rosca métrica (M12 x 1,75): diâmetro nominal x
passo
rosca whitworth, para tubos e acessórios: R ¾”
rosca americana (5/8” – 18 UNF-2): diâmetro
nominal x número de filetes por polegada x série
e qualidade.
Rosca métrica ISO normal e rosca métrica
ISO fina NBR 9527.
Ângulo do perfil da rosca: α = 60º
(ângulo dos flancos).
Diâmetro menor do parafuso (ø do
núcleo): d1 = d - 1,2268P.
Diâmetro efetivo do parafuso (ø
médio): d2 = D2 = d - 0,6495P.
Folga entre a raiz do filete da porca
e a crista do filete do parafuso:
f = 0,045P.
→ As cristas podem ser planas
ou arredondadas.
Rosca métrica ISO normal e rosca métrica
ISO fina NBR 9527.
A rosca métrica fina, num determinado
comprimento, possui maior número de filetes
do que a rosca normal.
Permite melhor fixação da rosca, sendo
menos suscetível ao afrouxamento do
parafuso, em caso de vibração de máquinas.
Diâmetro maior da porca:
D = d + 2f
Diâmetro menor da porca (furo):
D1 = d - 1,0825P
Diâmetro efetivo da porca ø
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 normal - BSW e rosca
Whitworth fina - BSF
Equações:
a = 55º
hi = = he = 0,6403 P
rri = rre = 0,1373 P
d=D
d1 = d - 2he
D2 = d2 = d - he
1"
P= o
n . de fios
A fórmula para confecção das roscas Whitworth normal e fina é a mesma.
Apenas variam os números de filetes por polegada (geralmente os valores
das dimensões são tabelados).
Rosca Americana Nacional, unificada UNC
(grossa)
Usada em produção em massa de parafusos, porcas e
outras formas de fixação por rosca.
Menor tendência de erro de atarraxamento (mal
alinhamento) durante a fixação, quando comparado a
roscas da série fina.
Usada para rápidas montagens e desmontagens, ou
ainda em ambientes sujeitos a corrosão ou deterioração
leve.
Developed by U.S., Britain, and
Canada for standardized thread
system
Combination of British Standard
Whitworth and American National
Standard Thread
Rosca Fina, Série UNF
Usada quando a rosca externa fica submetida a uma maior
tensão (comparando à rosca grossa de mesmo tamanho)
e/ou quando o comprimento da parte rosca é limitado (menor
área de distribuição de carga).
Resiste ao espanamento melhor que a rosca grossa em
áreas onde as roscas estão sujeitas a cargas iguais ou
maiores que a capacidade do parafuso.
Recomendada para uso geral em automóveis, aviões e
outras aplicações onde a espessura da parede exija rosca
fina.
Formas para a rosca americana
Rosca cônica para tubos Série
NPT (conexões para fluidos)
Usada quando houver necessidade de
vedação, mesmo em aplicações que operem
com pressão elevada (sistemas hidráulicos de
potência).
Vantagens das ligações
parafusadas
Maior versatilidade
Facilidade de montagem e desmontagem
Padronização
Peças a serem ligadas entre si podem ser
de qualquer natureza
Desvantagens das ligações
parafusadas
Distribuição de tensão não uniforme nas
peças ligadas
Concentração violenta de tensão nos
parafusos, principalmente nas roscas.
Parafusos
Parafusos são elementos de fixação, empregados na
união não permanente de peças.
Os parafusos se diferenciam pela forma da rosca, da
cabeça, da haste e do tipo de acionamento.
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 contra-porcas como
acessórios.
Os parafusos passantes apresentam-se com cabeça ou
sem cabeça.
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.
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.
O parafuso prisioneiro permanece no lugar quando as peças
são desmontadas.
Exemplos de tipos de parafusos
(a) Parafuso passante normal: usado sempre que possível
(b) Parafuso com cabeça não-passante: Não é recomendado
para peças que requeiram freqüente desmontagem
(c) Parafuso prisioneiro: recomendado para peças que
requeiram freqüente desmontagem
Cabeças de parafusos
(a) Cabeça
cilíndrica
(b) cabeça
escareada com
fenda
(c) Cabeça
cilíndrica com
sextavado
interno.
Tipos de cabeças usadas em parafusos
com fenda
(a) Cabeça arredondada
(b) Cabeça escareada
(c) Cabeça cilíndrica abaulada
(d) Cabeça escareada
abaulada
(e) Cabeça abaulada
(f) Cabeça cônica abaulada
(g) Cabeça sextavada
(h) Cabeça sextavada com
rebaixo interno e fenda.
Parafusos: fatores
Ao unir peças com parafusos, o profissional precisa levar
em consideração quatro fatores:
Profundidade do furo broqueado A (furo com broca);
Profundidade do furo roscado B;
Comprimento útil de penetração do parafuso C;
Diâmetro do furo passante d1.
Fatores para fixação com
parafusos
Parafusos de cabeça sextavada
Em geral, esse tipo de parafuso é utilizado em
uniões em que se necessita de um forte aperto
da chave de boca ou estria (estrela).
Parafusos com sextavado interno
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.
Qualidade
A qualidade de um parafuso é dada em função de suas
características de execução, aspecto superficial e
precisão de medidas (tolerância), e por sua resistência.
Conforme norma DIN, a precisão de execução é
classificada em média, meio grosseira e grosseira. As
qualidade usuais são 5, 6, 8 e 10 (ordem crescente).
Todos os parafusos de alta resistência devem ser
marcados na cabeça.
Exemplo de classificação: Classe 5.6
5 x 6 = σe = 30 kg/mm2
5 x 10 = σr = 50 kg/mm2
Classes SAE de parafusos
Classes de Resistência dos Parafusos
Ultimate
Crest
tensile
Yield
diameter, dc ,
strength, Sut,
strength, S y,
Metric grade
mm
MPa
MPa
4.6
M 5-M 36
400
240
4.8
M 1.6-M 16
420
340a
5.8
M 5-M 24
520
415a
660
8.8
M 17-M 36
830
9.8
M 1.6-M 16
900
720a
10.9
M 6-M 36
1040
940
12.9
M 1.6-M 36
1220
1100
aYield strength approximate and not included in standard.
Proof
strength, Sp ,
MPa
225
310
380
600
650
830
970
Tabela. Classe de resistência para parafusos de aço
para vários tamanhos de parafusos.
Usando-se parafusos de material de alta qualidade, SAE 3 ou
melhor, e sendo as cargas estáticas, o pré-carregamento Fi
mínimo deve ser de 90% da carga de prova (regime elástico)
Dimensões de Parafusos - Métricos
Determinação
do comprimento
roscado do
parafuso
(dimensões em
milímetros)
 2d c + 6 L ≤ 125

Lt  2d c + 12 125 ≤ L ≤ 200
2d + 25 L > 200
 c
Crest
diameter,
dc, mm
1
1.6
2
2.5
3
4
5
6
8
10
12
16
20
24
30
36
42
48
Coarse Threads (MC)
Tensile
Pitch, p,
stress area,
mm
At, mm2
0.25
0.460
0.35
1.27
0.4
2.07
0.45
3.39
0.5
5.03
0.7
8.78
0.8
14.2
1
20.1
1.25
36.6
1.5
58.0
1.75
84.3
2
157
2.5
245
3
353
3.5
561
4
817
4.5
1121
5
1473
Fine Threads (MF)
Tensile
Pitch, p,
stress area,
mm
At, mm2
0.20
1.57
.25
2.45
.35
3.70
.35
5.61
.5
9.79
.5
16.1
.75
22
1
39.2
1.25
61.2
1.25
92.1
1.5
167
1.5
272
2
384
2
621
3
865
-
Tabela. Dimensões e áreas resistentes
para parafusos métricos.
Dimensões de
Parafusos
Métricos
Typical Designation
1/2” - 13 UNC - 2A
external thread
(B means internal)
Terminology of screw threads
Sharp vee threads shown for
clarity; the crests and roots are
actually flattened or rounded
during the forming operation.
Class of fit
(1 is loosest tolerance, 3 is tightest)
Thread Series
UNC (Unified Coarse)
UNF (Unified Fine)
Pitch (threads/inch)
Nominal Diameter
(also shown as decimal or screw #)
Grau de qualidade
A resistência do parafuso
determinada pelo material e
tratamento térmico.
Tipos de cargas em parafusos
Esforços de
tração e
compressão;
cisalhamento
Ligações por múltiplos parafusos
Todos os parafusos devem ser de mesma bitola
(parafusos de diferentes diâmetros terão tensões
diferentes).
Todos os parafusos devem ser do mesmo
comprimento (os parafusos mais curtos estão sujeitos
a maiores tensões).
Todos os parafusos devem ser do mesmo material.
Devem estar dispostos simetricamente em relação ao
centro de gravidade.
Espaçamento adequado, tendo em vista a disposição
dos mesmos.
ξ = deformação percentual
V = esforço de protenção
V
E ∆L
σ = =Eξ =
A
L
Carregamento excêntrico
Etapas de cálculo (ver
exercício 6):
1. Divide-se igualmente a
carga de cisalhamento
(primário) entre os
parafusos (força cortante)
2. Estimar a carga momento
ou cisalhamento
secundário em cada
parafuso devido ao
momento fletor
3. Adicionar vetorialmente
as cargas diretas ás de
momento.
Processo de fabricação de roscas
com retirada de material
Tarraxas
Torno
fresa
Por retífica
Processo de fabricação de roscas sem retirada de
material por laminação
Laminação plana
Laminação por rolos
Vantagens:
Grande precisão
Uniformidade
Superfície lisa
Maior economia de material
Maior resistência devido à compactação do material
Maior produção
Processo de fabricação de roscas
Forjamento
Laminação
Laminação: Custo reduzido para grandes produções.
Processo de fabricação de roscas:
laminação
A desvantagem da laminação:
limita-se a roscas externas e as barras usadas devem
ser calibradas.
Seu uso é recomendado para produção em série.
A laminação da rosca após
tratamento térmico apresenta um
limite de fadiga de aproximadamente
9% superior, cuja melhora está
relacionada ao alinhamento dos grãos
nos contornos dos filetes da rosca e à
introdução de tensões residuais de
compressão na superfície da rosca
Dimensionamento: protenção e
momento de aperto da ligação
Protensão Fi é o esforço originado pelo aperto do parafuso
(pré-carregamento), por ocasião da montagem e P é a força
externa aplicada na união parafusada. A força total P0 será:
P0 = P + Fi
Devido ao aperto o parafuso se alongará um valor δp,
enquanto as peças se encurtarão um valor δm.
A carga de serviço pode ser estática ou dinâmica.
O efeito do pré-carregamento é o de dar as parte sob
compressão melhor resistência à carga de tração externa e
aumentar o atrito entre as peças para resistirem melhor à
carga de cisalhamento.
O pré-carregamento aumenta ainda a resistência a fadiga
(cargas dinâmicas) da união e o efeito de travamento.
Parafusos pré-carregados
A manutenção da pré-carga pode diminuir em decorrência do
escoamento do material comprimido, por remoção da pintura ou da
proteção da superfície de contato ou por compressão das partes
rugosas.
Deve-se providenciar uma área extra através de arruelas
endurecidas (baixa rigidez do material e/ou área insuficiente de
contato porca-parafuso-peça.
Efeito do
carregamento ×
deformação em
juntas
aparafusadas
Dimensionamento: Parafusos
carregados transversalmente
Modos de falhas
a. Flexão do elemento
b. Cisalhamento
c. Ruptura à tração das peças
sobre
d. Compressão do rebite
contra as peças
Segurança contra afrouxamento
Para parafusos de fixação que não devem desatarraxar
quando carregados somente longitudinalmente
(devemos ter β < ρ < 6º, sendo ρ = ângulo de atrito; β =
ângulo de inclinação da rosca).
• As arruelas têm a função de distribuir
igualmente a força de aperto entre a
porca, o parafuso e as partes
montadas, além de servir de elemento
de segurança contra o afrouxamento.
• Semelhantemente, o uso de rosca
fina reduz o ângulo de hélice β da
rosca proporcionando uma
característica auto-travante.
Arruela de pressão
A arruela de pressão é utilizada na montagem de
conjuntos mecânicos, submetidos a grandes esforços e
grandes vibrações.
A arruela de pressão funciona, também, como elemento
de trava, evitando o afrouxamento do parafuso e da
porca. É, ainda, muito empregada em equipamentos que
sofrem variação de temperatura (automóveis, prensas
etc.).
Arruela dentada
Muito empregada em equipamentos sujeitos a grandes
vibrações, mas com pequenos esforços, como,
eletrodomésticos, painéis automotivos, equipamentos de
refrigeração etc.
O travamento se dá entre o conjunto parafuso/porca. Os
dentes inclinados das arruelas formam uma mola
quando são pressionados e se encravam na cabeça do
parafuso.
Arruela de travamento
com orelha
Utiliza-se esta arruela dobrando-se a orelha sobre um
canto vivo da peça.
Em seguida, dobra-se uma aba da orelha envolvendo
um dos lados chanfrado (sextavado) do conjunto
porca/parafuso.
Porcas
Porcas são peças de forma prismática ou cilíndrica, providas
de um furo roscado onde são atarraxadas ao parafuso. São
hexagonais, sextavadas, quadradas ou redondas e servem
para dar aperto nas uniões de peças ou, em alguns casos,
para auxiliar na regulagem.
É desejável que o material dos parafusos seja de alta
resistência e dureza. Porém, as porcas devem ser macias e
dúcteis a fim de permitir o escoamento dos filetes e haver
uma distribuição mais uniforme da carga (escoamento
plástico).
Porca castelo
A porca castelo é uma porca hexagonal com seis
entalhes radiais, coincidentes dois a dois, que se
alinham com um furo no parafuso, de modo que um pino
possa ser atravessado para travar a porca.
Porca cega (ou remate)
Nesse tipo de porca, uma das extremidades do furo
rosqueado é encoberta, ocultando a ponta do parafuso.
A porca cega pode ser feita de aço ou latão, é
geralmente cromada e possibilita um acabamento de
boa aparência.
Porca borboleta
A porca borboleta tem saliências parecidas com asas
para proporcionar o aperto manual.
Geralmente fabricada em aço ou latão, esse tipo de
porca é empregado quando a montagem e a
desmontagem das peças são necessárias e freqüentes.
Contra-porca
As porcas sujeitas a cargas de impacto e vibração
apresentam tendência a afrouxar, o que pode causar
danos às máquinas.
Um dos meios de travar uma porca é através do aperto
de outra porca contra a primeira (alteração do
coeficiente de atrito). Por medida de economia utiliza-se
a porca mais fina com contra-porca, e para sua travação
são necessárias duas chaves de boca.
Porcas de segurança contra
afrouxamento
Porca cônica:
maior atrito na
superfície de
apoio
Porca Parlock (auto-travante):
possui um anel de fibra interno
(nylon) que é prensado contra os
flancos da rosca do parafuso,
evitando ser destarraxamento.
Porca com
flange:
aumenta a área
de contato
1 - Porca sextavada baixa
2 - Porca sextavada castelo com coroa alta ,
3 - Porca sextavada flange esférica
4 - Porca sextavada dupla
5 - Porca sextavada castelo com coroa baixa,
6 - Porca sextavada castelo sem coroa
7 - Porca sextavada classe 6
8 - Porca sextavada classe 8
9 - Porca sextavada classe 10 (temperada),
10 - Porca sextavada flange,
11- Porca sextavada latão
12 - Porca sextavada autotravante nylon (alta),
13 - Porca sextavada autotravante nylon (baixa)
14 - Porca sextavada torque flange,
15 - Porca sextavada torque,
16 - Porca sextavada 2H,
17 - Porca sextavada alumínio,
18 - Porca sextavada baixa,
19 - Porca sextavada bicicleta,
20 - Porca sextavada castelo sem coroa,
21 - Porca sextavada dupla,
22 - Porca sextavada flange
23 - Porca sextavada grau 2
24 - Porca sextavada pesada,
25 - Porca sextavada autotravante nylon
alta,
26 - Porca sextavada torque,
27 - Porca sextavada torque flange,
28 - Porca sextavada quadrada
29 - Porca sextavada com arruela móvel
30 - Porca sextavada cônica
31 - Porca sextavada esférica
Quadro síntese com
características da
cabeça, do corpo,
das pontas e com
indicação dos
dispositivos de
atarraxamento.
Tipos de
parafusos
Quadro com a
ilustração dos
tipos de
parafusos
Parafusos de cabeça com fenda
São fabricados em aço, aço inoxidável, inox, 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.
De cabeça redonda com fenda
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 ligas, como latão.
De cabeça cilíndrica boleada com
fenda
São utilizados na fixação de elementos nos quais existe
a possibilidade de se fazer um encaixe profundo para a
cabeça do parafuso, e a necessidade de um bom
acabamento na superfície dos componentes.
Trata-se de um parafuso cuja cabeça é mais resistente
do que as outras de sua classe. São fabricados em aço,
cobre e ligas, como latão.
De cabeça escareada boleada com
fenda
São geralmente utilizados na união de elementos cujas
espessuras sejam finas e quando é 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.
Parafusos com rosca soberba para
madeira
Esse tipo de parafuso também é utilizado com auxílio de
buchas plásticas. O conjunto, parafuso-bucha é aplicado
na fixação de elementos em bases de alvenaria.
Quanto à escolha do tipo de cabeça a ser utilizado, levase em consideração a natureza da união a ser feita.
São fabricados em aço e tratados superficialmente para
evitar efeitos oxidantes de agentes naturais.
Parafusos para madeira
Tipos de pontas