CPM MECÂNICA Elementos de Máquinas, SENAI CST

CPM MECÂNICA Elementos de Máquinas, SENAI CST

(Parte 1 de 3)

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Departamento Regional do Espírito Santo 3

CPM - Programa de Certificação de Pessoal de Manutenção Mecânica

Noções Básicas de Elementos de Máquinas

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4 Companhia Siderúrgica de Tubarão

Noções Básicas de Elementos de Máquinas - Mecânica

© SENAI - ES, 1996

Trabalho realizado em parceria SENAI / CST (Companhia Siderúrgica de Tubarão)

Coordenação Geral

Supervisão

Elaboração Aprovação

Editoração

Francisco Lordes (SENAI) Marcos Drews Morgado Horta (CST)

Alberto Farias Gavini Filho (SENAI) Rosalvo Marcos Trazzi (CST)

Evandro Armini de Pauli (SENAI) Fernando Saulo Uliana (SENAI)

José Geraldo de Carvalho (CST) José Ramon Martinez Pontes (CST) Tarcilio Deorce da Rocha (CST) Wenceslau de Oliveira (CST)

Ricardo José da Silva (SENAI)

SENAI - Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial DAE - Divisão de Assistência às Empresas Departamento Regional do Espírito Santo Av. Nossa Senhora da Penha, 2053 - Vitória - ES. CEP 29045-401 - Caixa Postal 683 Telefone: (027) 325-0255 Telefax: (027) 227-9017

CST - Companhia Siderúrgica de Tubarão AHD - Divisão de Desenvolvimento de Recursos Humanos AV. Brigadeiro Eduardo Gomes, s/n, Jardim Limoeiro - Serra - ES. CEP 29160-972 Telefone: (027) 348-1322 Telefax: (027) 348-1077

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Parafusos, porcas, arruelas e rosca03
• Parafusos03
• Porcas08
• Arruelas10
• Rosca12
Engrenagens, Correias, Polias e Correntes23
• Transmissão por engrenagens23
• Transmissão por polias e correias3
• Transmissão por correntes43
Mancais de Rolamento e Deslizamento49
• Mancais de Rolamento49
• Mancais de deslizamento5
Acoplamentos61
Elementos de Vedação75
Travas, Chaveta, Anel elástico, Pinos e Freios87
• Travas87
• Chaveta8
• Anel elástico94
• Pinos96
• Freios101

Sumário Noções de Elementos de Máquinas - Avaliação...................104

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Parafusos, porcas, arruelas e rosca

Parafusos, porcas e arruelas são peças metálicas de vital importância na união e fixação dos mais diversos elementos de máquina.

Por sua importância, a especificação completa de um parafuso e sua porca engloba os mesmos itens cobertos pelo projeto de um elemento de máquina, ou seja: material, tratamento térmico, dimensionamento, tolerâncias, afastamentos e acabamento.

Parafusos

O parafuso é formado por um corpo cilíndrico roscado e por uma cabeça que pode ser hexagonal, sextavada, quadrada ou redonda.

cabeça hexagonal ou sextavada cabeça quadrada

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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.

Dimensão dos parafusos As dimensões principais dos parafusos são:

• diâmetro externo ou maior da rosca;

• comprimento do corpo;

• comprimento da rosca;

• altura da cabeça;

• distância do hexágono entre planos e arestas. O comprimento do parafuso refere-se ao comprimento do corpo.

Carga dos parafusos

A carga total que um parafuso suporta é a soma da tensão inicial, isto é, do aperto e da carga imposta pelas peças que estão sendo unidas. A carga inicial de aperto é controlada, estabelecendo-se o torque-limite de aperto. Nesses casos, empregam-se medidores de torque especiais (torquímetros).

Tipos de parafusos Os parafusos podem ser:

• sem porca

• com porca

• prisioneiro

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• Allen • de fundação farpado ou dentado

• auto-atarraxante

• para pequenas montagens • Parafuso sem porca

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 dá-se através da passagem do parafuso por um furo passante na primeira peça e rosqueamento no furo com rosca da segunda peça.

• Parafuso com porca

Às vezes, a união entre as peças é feita com o auxílio de porcas e arruelas. Nesse caso, o parafuso com porca é chamado passante.

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• Parafuso prisioneiro

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 essa 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.

aplicação do prisioneiro

• Parafuso 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, utilizase 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

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Departamento Regional do Espírito Santo 1 acabamento. E também por necessidade de redução de espaço entre peças com movimento relativo.

• Parafuso de fundação farpado ou dentado

Os parafusos de fundação farpados ou dentados são feitos de aço ou ferro e são utilizados para prender máquinas ou equipamentos ao concreto ou à alvenaria. Têm a cabeça trapezoidal delgada e áspera que, envolvida pelo concreto, assegura uma excelente fixação. Seu corpo é arredondado e com dentes, os quais têm a função de melhorar a aderência do parafuso ao concreto.

Farpado

Dentado

• Parafuso auto-atarraxante

O parafuso auto-atarraxante tem rosca de passo largo em um corpo cônico e é fabricado em aço temperado. Pode ter ponta ou não e, às vezes, possui entalhes longitudinais com a função de cortar a rosca à maneira de uma tarraxa. As cabeças têm formato redondo, em latão ou chanfradas e apresentam fendas simples ou em cruz (tipo Phillips).

Esse tipo de parafuso elimina a necessidade de um furo roscado ou de uma porca, pois corta a rosca no material a que é preso. Sua utilização principal é na montagem de peças feitas de folhas de metal de pequena espessura, peças fundidas macias e plásticas.

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cabeça redonda cabeça fenda Phillips
chanfrada

• Parafuso para pequenas montagens

Parafusos para pequenas montagens apresentam vários tipos de roscas e cabeças e são utilizados para metal, madeira e plásticos.

cabeçacabeça cabeça cabeça cabeça
cilíndricaredonda chanfrada redondo- redondo-
plana-cilíndrica -chanfrada

Dentre esses parafusos, os utilizados para madeira apresentam roscas especiais.

com cabeça oval com cabeça redonda com cabeça chata

Porcas

Porcas são peças de forma prismática ou cilíndrica, providas de um furo roscado onde são atarraxadas ao parafuso. São

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Departamento Regional do Espírito Santo 13 hexagonais, sextavadas, quadradas ou redondas e servem para dar aperto nas uniões de peças ou, em alguns casos, para auxiliar na regulagem.

Tipos de porcas São os seguintes os tipos de porcas:

• castelo • cega (ou remate)

• borboleta

• contraporcas - 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 uma cupilha possa ser passada para travar a porca.

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 frequentes.

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- Contraporcas

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. Por medida de economia utiliza-se uma porca mais fina, e para sua travação são necessárias duas chaves de boca. Veja figura a seguir.

Arruelas

São peças cilíndricas, de pouca espessura, com um furo no centro, pelo qual passa o corpo do parafuso.

As arruelas servem basicamente para:

• proteger a superfície das peças;

• evitar deformações nas superfícies de contato;

• evitar que a porca afrouxe;

• suprimir folgas axiais (isto é, no sentido do eixo) na montagem das peças;

• evitar desgaste da cabeça do parafuso ou da porca.

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A maioria das arruelas é fabricada em aço, mas o latão também é empregado; neste caso, são utilizadas com porcas e parafusos de latão.

As arruelas de cobre, alumínio, fibra e couro são extensivamente usadas na vedação de fluidos.

Tipos de arruelas Os três tipos de arruela mais usados são:

• arruela lisa • arruela de pressão

• arruela estrelada

- Arruela lisa

A arruela lisa (ou plana) geralmente é feita de aço e é usada sob uma porca para evitar danos à superfície e distribuir a força do aperto.

As arruelas de qualidade inferior, mais baratas, são furadas a partir de chapas brutas, mas as de melhor qualidade são usinadas e têm a borda chanfrada como acabamento.

- Arruela de pressão

A arruela de pressão consiste em uma ou mais espiras de mola helicoidal, feita de aço de mola de seção retangular. Quando a porca é apertada, a arruela se comprime, gerando uma grande força de atrito entre a porca e a superfície. Essa força é auxiliada por pontas aguçadas na arruela que penetram nas superfícies, proporcionando uma travação positiva.

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- Arruela estrelada

A arruela estrelada (ou arruela de pressão serrilhada) é de dentes de aço de molas e consiste em um disco anular provido de dentes ao longo do diâmetro interno ou diâmetro externo. Os dentes são torcidos e formam pontas aguçadas. Quando a porca é apertada, os dentes se aplainam penetrando nas superfícies da porca e da peça em contato.

A arruela estrelada com dentes externos é empregada em conjunto com parafusos de cabeça chanfrada.

Roscas

Rosca é 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 é denominada filete.

Passo e hélice de rosca

Quando há um cilindro que gira uniformemente e um ponto que se move também uniformemente no sentido longitudinal, em cada volta completa do cilindro, o avanço (distância percorrida pelo ponto) chama-se passo e o percurso descrito no cilindro por esse ponto denomina-se hélice.

O desenvolvimento da hélice forma um triângulo, onde se têm:

α = ângulo da hélice P (passo) = cateto oposto hélice = hipotenusa

D2 (diâmetro médio) = cateto adjacente

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Podem-se aplicar, então, as relações trigonométricas em qualquer rosca, quando se deseja conhecer o passo, diâmetro médio ou ângulo da hélice:

ângulo da hélice = tg α = P D2 . π

P (passo) = tg αD2 . π

Quanto maior for o ângulo da hélice, menor será a força de atrito atuando entre a porca e o parafuso, e isto é comprovado através do paralelogramo de forças. Portanto, deve-se ter critério na aplicação do passo da rosca.

Para um aperto adequado em parafusos de fixação, deve-se manter α < 15º.

FA = força de atrito FN = força normal FR = força resultante

Rosca fina (rosca de pequeno passo)

Frequentemente é usada na construção de automóveis e aeronaves, principalmente porque nesses veículos ocorrem choques e vibrações que tendem a afrouxar a porca.

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É utilizada também quando há necessidade de uma ajustagem fina ou uma maior tensão inicial de aperto e, ainda, em chapas de pouca espessura e em tubos, por não diminuir sua secção.

Parafusos com tais roscas são comumente feitos de aços-liga e tratados termicamente.

Observação: Devem-se evitar roscas finas em materiais quebradiços.

Rosca média (normal)

Utilizada normalmente em construções mecânicas e em parafusos de modo geral, proporciona também uma boa tensão inicial de aperto, mas deve-se precaver quando do seu emprego em montagens sujeitas a vibrações, usando, por exemplo, arruelas de pressão.

Rosca de transporte ou movimento

Possui passo longo e por isso transforma o movimento giratório num deslocamento longitudinal bem maior que as anteriormente citadas. É empregada normalmente em máquinas (tornos, prensas, morsa, etc.) ou quando as montagens e desmontagens são frequentes.

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O material do furo roscado deve ser diferente do aço para evitar a solda a frio (emgripamento). Também é desaconselhável sua montagem onde as vibrações e os choques são frequentes.

Quando se deseja um grande deslocamento com filetes de pouca espessura, emprega-se a rosca múltipla, isto é, com dois filetes ou mais.

Em alguns casos, quando o ângulo da hélice for maior que 45º o movimento longitudinal pode ser transformado em movimento giratório, como por exemplo o berbequim.

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Perfil da rosca (secção do filete) Triangular

É o mais comum. Utilizado em parafusos e porcas de fixação, uniões e tubos.

Trapezoidal

Empregado em órgãos de comando das máquinas operatrizes (para transmissão de movimento suave e uniforme), fusos e prensas de estampar (balancins mecânicos).

Redondo

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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Dente de serra

Usado quando a força de solicitação é muito grande em um só sentido (morsas, macacos, pinças para tornos e fresadoras).

Quadrado

Quase em desuso, mas ainda utilizado em parafusos e peças sujeitas a choques e grandes esforços (morsas).

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Sentido de direção do filete

À esquerda Quando, ao avançar, gira em sentido contrário ao dos ponteiros do relógio (sentido de aperto à esquerda).

À direita

Quando, ao avançar, gira no sentido dos ponteiros do relógio (sentido de aperto à direita).

Simbologia dos principais elementos de uma rosca

D = diâmetro maior da rosca interna (nominal) d = diâmetro maior da rosca externa (nominal)

D1 = diâmetro menor da rosca interna d1 = diâmetro menor da rosca externa D2 = diâmetro efetivo da rosca interna d2 = diâmetro efetivo da rosca externa P = passo

A = avanço N = número de voltas por polegada n = número de filetes (fios por polegada) H = altura do triângulo fundamental he = altura do filete da rosca externa hi = altura do filete da rosca interna i = ângulo da hélice (α) rre = arredondamento do fundo da rosca do parafuso rr1 = arredondamento do fundo da rosca da porca

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Principais sistemas de roscas

Rosca métrica de perfil triangular ISO - ABNT - NB97 d = nominal

d1 = d - 1,2268P
he = 0,61343P
rre = 0,14434P

D = d ÷ 2a

D1 = d - 1,0825P
h1 = 0,5413P
rri = 0,063P
d2 e D2 = d - 0,64953P
A = 0,045P
H = 0,86603P

i = tg ∝ = P dπ . 1

Designação . M10 (normal) . M20 x 1,5 (passo fino)

Rosca americana normal NC ISO - ABNT - NB97

P = 1” ÷ número de filetes por polegada H = 0,866p he = 0,6495p h = 0,6134p h1 = 0,54125p d1 = d - 2he d2 = d - he D = d + 0,2222he D1 = d - 1,7647 e1 = p/8 e2 = p/24

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