Você já pensou sobre a força oculta por trás dos parafusos que mantêm nosso mundo unido? Este artigo explora o fascinante mundo dos pesos e graus de resistência dos parafusos, revelando como esses pequenos componentes desempenham um papel crucial na engenharia. Prepare-se para descobrir os segredos das especificações dos parafusos e seu impacto na integridade estrutural!
O peso teórico dos parafusos, incluindo aqueles com e sem porcas, pode ser calculado usando uma abordagem segmentada.
Especificação (Diâmetro × Comprimento) | Peso por mil parafusos (kg) | Especificação (diâmetro × comprimento) | Peso por mil parafusos (quilogramas) | ||
Sem porca | Com porca | Sem porca | Com porca | ||
M10×30 | 29 | 40 | M14×80 | 117 | 142 |
M10×40 | 35 | 46 | M14×90 | 129 | 154 |
M10×50 | 41 | 52 | M16×40 | 92 | 126 |
M10×60 | 47 | 58 | M16×50 | 106 | 140 |
M12×30 | 41 | 57 | M16×60 | 122 | 156 |
M12×40 | 49 | 65 | M16×70 | 138 | 172 |
M12×50 | 58 | 74 | M16×80 | 154 | 188 |
M12×60 | 67 | 83 | M16×90 | 170 | 204 |
M12×70 | 76 | 92 | M16×100 | 185 | 219 |
M12×80 | 85 | 101 | M20×50 | 183 | 245 |
M14×40 | 69 | 94 | M20×60 | 205 | 267 |
M14×50 | 81 | 106 | M20×70 | 230 | 292 |
M14×60 | 93 | 118 | M20×80 | 255 | 317 |
M14×70 | 105 | 130 | M20×90 | 279 | 341 |
M20×100 | 304 | 366 | M22×160 | 548 | 624 |
M20×110 | 329 | 391 | M24×80 | 388 | 500 |
M20×120 | 354 | 416 | M24×90 | 424 | 536 |
M20×130 | 378 | 440 | M24×100 | 459 | 571 |
M22×60 | 250 | 326 | M24×110 | 495 | 607 |
M22×70 | 280 | 356 | M24×120 | 531 | 643 |
M22×80 | 310 | 386 | M24×130 | 566 | 678 |
M22×90 | 339 | 415 | M24×140 | 602 | 714 |
M22×100 | 369 | 445 | M24×150 | 637 | 749 |
M22×110 | 399 | 475 | M24×160 | 673 | 785 |
M22×120 | 429 | 505 | M27×80 | 519 | 687 |
M22×130 | 459 | 535 | M27×90 | 564 | 732 |
M22×140 | 489 | 565 | M27×100 | 609 | 777 |
M22×150 | 519 | 595 | M27×110 | 654 | 822 |
M27×120 | 699 | 867 | M30×170 | 1154 | 1388 |
M27×130 | 744 | 912 | M30×180 | 1210 | 1444 |
M27×140 | 789 | 957 | M30×190 | 1266 | 1500 |
M27×150 | 834 | 1002 | M30×200 | 1322 | 1556 |
M27×160 | 879 | 1047 | M30×210 | 1378 | 1612 |
M27×170 | 924 | 1092 | M30×220 | 1434 | 1868 |
M27×180 | 969 | 1137 | M36×110 | 1246 | 1617 |
M30×100 | 765 | 999 | M36×120 | 1326 | 1697 |
M30×110 | 820 | 1054 | M36×130 | 1406 | 1777 |
M30×120 | 875 | 1109 | M36×140 | 1486 | 1857 |
M30×130 | 931 | 1165 | M36×150 | 1566 | 1937 |
M30×140 | 986 | 1220 | M36×160 | 1646 | 2017 |
M30×150 | 1042 | 1276 | M36×170 | 1726 | 2097 |
M30×160 | 1098 | 1332 | M36×180 | 1806 | 2177 |
M36×190 | 1886 | 2257 | M42×230 | 3095 | 3694 |
M36×200 | 1966 | 2337 | M42×240 | 3204 | 3803 |
M36×210 | 2046 | 2417 | M42×250 | 3313 | 3912 |
M36×220 | 2126 | 2497 | M48×150 | 3005 | 3962 |
M36×230 | 2206 | 2577 | M48×160 | 3147 | 4104 |
M36×240 | 2286 | 2657 | M48×170 | 3289 | 4246 |
M42×150 | 2223 | 2822 | M48×180 | 3431 | 4388 |
M42×160 | 2332 | 2931 | M48×190 | 3573 | 4530 |
M42×170 | 2441 | 3040 | M48×200 | 3715 | 4672 |
M42×180 | 2550 | 3149 | M48×210 | 3857 | 4814 |
M42×190 | 2659 | 3258 | M48×220 | 3999 | 4956 |
M42×200 | 2768 | 3367 | M48×230 | 4141 | 5098 |
M42×210 | 2877 | 3476 | M48×240 | 4283 | 5240 |
M42×220 | 2986 | 3585 | M48×250 | 4432 | 5389 |
M48×260 | 4574 | 5531 | M48×280 | 4858 | 5815 |
M48×300 | 5142 | 6099 |
Os parafusos comuns são divididos em Grau A, Grau B (parafusos refinados) e Grau C (parafusos brutos).
Os parafusos de grau A e B usam aço de grau 5,6 e 8,8, enquanto os parafusos de grau C usam aço de grau 4,6 e 4,8. Os parafusos de alta resistência são feitos de aço de grau 8.8 e 10.9. No Grau 10.9, por exemplo, 10 indica o limite de resistência à tração do aço. material de aço é fu=1000N/mm², e 0,9 indica que a resistência ao escoamento do material de aço é fy=0,9fu. Outros modelos seguem essa convenção. Os parafusos de ancoragem usam Q235 ou aço Q345.
Os parafusos de grau A e B (parafusos refinados) são fabricados a partir de tarugos laminados. A superfície da haste do parafuso é lisa, as dimensões são precisas e os furos do parafuso são feitos com uma matriz ou primeiro perfurados em peças individuais com um furo menor e, em seguida, perfurados novamente com o diâmetro projetado em componentes montados (conhecidos como furos Classe I). A folga entre o diâmetro do parafuso e o furo é muito pequena, permitindo apenas cerca de 0,3 mm, exigindo um martelamento suave durante a instalação para obter resistência ao cisalhamento e à tração.
No entanto, a fabricação e a instalação de parafusos de grau A e B (parafusos refinados) são trabalhosas e caras. Em estruturas de aço, eles são usados somente em nós de instalação importantes ou em conexões de parafusos que suportam cargas de cisalhamento e tração de forças dinâmicas.
Os parafusos de grau C (parafusos brutos) são feitos com aço redondo prensado. Sua superfície é mais áspera e as dimensões são menos precisas. Os furos dos parafusos são perfurados de uma só vez ou feitos sem uma matriz (furos Classe II), e o diâmetro do furo é 1-2 mm maior do que o diâmetro do parafuso. Isso resulta em deformação de cisalhamento significativa sob forças de cisalhamento, e os parafusos individuais podem entrar em contato com a parede do furo e sofrer forças internas excessivas, levando à falha precoce.
Devido à simplicidade e ao baixo custo de fabricação dos parafusos de grau C (parafusos brutos), eles são comumente usados em vários projetos de estruturas de aço, especialmente adequados para conexões que suportam forças de tração ao longo do eixo do parafuso, conexões destacáveis e componentes de fixação temporários.
Em conexões com forças de cisalhamento significativas, são usados suportes ou outras medidas estruturais para suportar as forças de cisalhamento, permitindo que o parafuso utilize suas vantagens de resistência à tração.
Os parafusos de grau C também podem ser usados em conexões secundárias sujeitas a cargas estáticas ou dinâmicas indiretas como conexões de cisalhamento.
Os parafusos de aço inoxidável de alta resistência possuem alta resistência e resistência à corrosão por ar, vapor, água e outros meios corrosivos fracos, bem como ácidos, álcalis e sais. Eles não sofrem corrosão, corrosão por pite, ferrugem ou desgaste.
O aço inoxidável também está entre os materiais mais resistentes usados na construção. Devido à sua excelente resistência à corrosão, ele garante a integridade permanente dos componentes estruturais em projetos de engenharia.
Estrutura de aço parafuso de conexão As notas de desempenho são divididas em mais de dez notas, incluindo 3,6, 4,6, 4,8, 5,6, 6,8, 8,8, 9,8, 10,9 e 12,9.
Os parafusos de grau 8.8 e superiores são feitos de baixo carbono liga de aço ou aço de médio carbono e submetidos a tratamento térmico (têmpera, revenimento), comumente conhecidos como parafusos de alta resistência, enquanto os demais são conhecidos como parafusos comuns.
As marcações de grau de desempenho do parafuso consistem em dois números, indicando a resistência nominal à tração e a taxa de resistência ao escoamento do parafuso. material do parafuso.
Os parafusos de alta resistência são feitos de aço de alta resistência ou parafusos que exigem uma força de pré-tensionamento significativa. São amplamente utilizados em pontes, ferrovias, conexões de equipamentos de alta pressão e ultra-alta pressão. Esses parafusos geralmente falham devido à fratura frágil.
Os parafusos de alta resistência usados em equipamentos de pressão ultra-alta precisam aplicar uma pré-tensão significativa para garantir a vedação do contêiner.
Alguns conceitos sobre parafusos de alta resistência: 1. Os parafusos com graus de desempenho acima de 8,8 são conhecidos como parafusos de alta resistência. O padrão nacional atual lista apenas até M39, e para tamanhos maiores, especialmente comprimentos superiores a 10~15% vezes o diâmetro, a produção nacional ainda é limitada.
Os parafusos de alta resistência diferem dos parafusos comuns pelo fato de poderem suportar cargas maiores do que os parafusos padrão da mesma especificação. Os parafusos comuns são feitos de aço Q235 (A3). Os parafusos de alta resistência são feitos de aço 35# ou de outros materiais de alta qualidade e passam por tratamento térmico para aumentar sua resistência. A principal diferença está na resistência do material.
Do ponto de vista da matéria-prima, os parafusos de alta resistência são feitos de materiais de alta resistência. O parafuso, a porca e a arruela de um parafuso de alta resistência são todos feitos de aço de alta resistência, geralmente usando aço 45#, aço com 40 boro, 20 manganês titânio aço boro, 35CrMoA, etc. Os parafusos comuns geralmente são feitos de aço Q235 (equivalente ao antigo A3).
Em termos de grau de resistência, os parafusos de alta resistência, cada vez mais usados, normalmente são fornecidos nos graus 8.8s e 10.9s, sendo o 10.9 o mais comum. Os parafusos comuns têm graus de resistência mais baixos, geralmente 4,4, 4,8, 5,6 e 8,8.
Com relação às características de suporte de força, os parafusos de alta resistência aplicam pré-tensão e transmitem forças externas por meio de atrito. As conexões de parafusos comuns dependem da resistência ao cisalhamento da haste do parafuso e da pressão da parede do furo para transmitir forças de cisalhamento. A pré-tensão gerada ao apertar a porca é mínima e pode ser considerada desprezível.
Por outro lado, os parafusos de alta resistência, além de sua alta resistência do material, são aplicados com uma pré-tensão significativa, criando uma força de compressão entre os componentes conectados. Isso produz um atrito substancial perpendicular ao eixo do parafuso. A pré-tensão, o coeficiente de resistência ao deslizamento e tipo de aço afetam diretamente a capacidade de suporte de carga dos parafusos de alta resistência.
Com base nas características de suporte de força, eles são divididos em tipo de rolamento e tipo de fricção. Ambos os tipos têm métodos de cálculo diferentes. O menor padrão para parafusos de alta resistência é o M12, os tamanhos comumente usados variam de M16 a M30, e o desempenho dos parafusos supergrandes é instável, exigindo cuidadosa consideração no projeto.
A diferença entre conexões do tipo fricção e do tipo rolamento em parafusos de alta resistência:
As conexões com parafusos de alta resistência prendem firmemente as placas conectadas por meio de uma força de pré-tensionamento significativa dentro do eixo do parafuso, gerando um atrito substancial, o que aumenta a integridade e a rigidez gerais da conexão. Quando submetidas a forças de cisalhamento, elas podem ser divididas em conexões de parafusos de alta resistência do tipo fricção e do tipo rolamento, diferindo fundamentalmente em seus estados limites.
Embora sejam do mesmo tipo de parafuso, seus métodos de cálculo, requisitos e escopos de aplicação variam significativamente. No projeto resistente ao cisalhamento, o estado limite para conexões de parafusos de alta resistência do tipo fricção é a força de fricção máxima possível fornecida pela força de aperto dos parafusos entre as superfícies de contato das placas, garantindo que a força de cisalhamento externa não exceda essa força de fricção máxima durante todo o período de serviço.
As placas não sofrem deformação deslizante relativa (mantendo a folga original entre o eixo do parafuso e o furo), e as placas conectadas estão sujeitas a forças elásticas como um todo. Nas conexões de parafuso de alta resistência do tipo rolamento, a força de cisalhamento externa pode exceder a força de atrito máxima, causando uma deformação deslizante relativa entre as placas conectadas até que o eixo do parafuso entre em contato com a parede do furo.
Posteriormente, a conexão transfere forças por meio do cisalhamento do eixo do parafuso, da pressão na parede do furo e do atrito entre as superfícies da placa, sendo que a falha de cisalhamento final da conexão é o cisalhamento do eixo do parafuso ou a pressão na parede do furo.
Em resumo, os parafusos de alta resistência do tipo fricção e do tipo rolamento são essencialmente os mesmos parafusos, diferindo apenas no fato de o deslizamento ser considerado no projeto. Os parafusos de alta resistência do tipo fricção não podem deslizar; eles não suportam forças de cisalhamento, e qualquer deslizamento é considerado uma falha no projeto, uma abordagem tecnicamente madura. Os parafusos de alta resistência do tipo rolamento podem deslizar e também suportar forças de cisalhamento, com falha final semelhante à dos parafusos comuns (cisalhamento do parafuso ou compressão do parafuso). chapa de aço).
Em termos de uso: Para as conexões aparafusadas dos principais componentes estruturais em edifícios, geralmente são usados parafusos de alta resistência. Os parafusos comuns podem ser reutilizados, enquanto os parafusos de alta resistência não podem e são normalmente usados para conexões permanentes.
Os parafusos de alta resistência são parafusos pré-tensionados. Em aplicações do tipo fricção, uma pré-tensão específica é aplicada usando uma chave de torque, enquanto em aplicações do tipo rolamento, a ranhura é cortada. Os parafusos comuns, com menor resistência ao cisalhamento, podem ser usados em áreas estruturais menos críticas e só precisam ser apertados. Os parafusos comuns são geralmente das classes 4.4, 4.8, 5.6 e 8.8. Os parafusos de alta resistência são comumente das classes 8.8 e 10.9, sendo a classe 10.9 a mais prevalente.
Os graus 8.8 e 8.8S são equivalentes. O desempenho de suporte de força e os métodos de cálculo dos parafusos comuns diferem daqueles dos parafusos de alta resistência. Os parafusos de alta resistência suportam a força principalmente por meio da força de pré-tensionamento interna P, criando resistência de atrito nas superfícies de contato dos componentes conectados para suportar cargas externas, enquanto os parafusos comuns suportam diretamente as cargas externas.
Mais especificamente: As conexões com parafusos de alta resistência oferecem vantagens como construção simples, bom desempenho de suporte de força, capacidade de substituição, resistência à fadiga e resistência ao afrouxamento sob cargas dinâmicas, o que as torna um método de conexão promissor.
Os parafusos de alta resistência são apertados com uma chave especial, gerando uma pré-tensão grande e controlada. Essa pré-tensão, transmitida por meio da porca e da arruela, cria uma força pré-compressiva equivalente nos componentes conectados. Sob essa força pré-compressiva, é gerado um atrito significativo ao longo das superfícies dos componentes conectados.
Desde que a força axial seja menor que essa força de atrito, os componentes não deslizarão e a conexão permanecerá intacta. Esse é o princípio por trás das conexões de parafuso de alta resistência.
As conexões de parafusos de alta resistência dependem do atrito entre as superfícies de contato dos componentes conectados para evitar o deslizamento. Para garantir atrito suficiente, é necessário aumentar a fixação força entre os componentes e aumenta o coeficiente de atrito das superfícies de contato.
A força de fixação entre os componentes é obtida pela aplicação de pré-tensão aos parafusos, o que exige o uso de aço de alta resistência para os parafusos, daí o termo "conexões de parafuso de alta resistência".
Em conexões de parafusos de alta resistência, o coeficiente de atrito influencia significativamente a capacidade de suporte de carga. As experiências mostram que o coeficiente de atrito é afetado principalmente pela natureza das superfícies de contato e pelo material dos componentes.
Para aumentar o coeficiente de atrito das superfícies de contato, a construção geralmente envolve métodos como jateamento de areia ou escovação com arame para tratar as superfícies de contato dentro da área de conexão.
Na verdade, os parafusos de alta resistência são de dois tipos: tipo fricção e tipo rolamento. O critério de projeto para parafusos de alta resistência do tipo fricção é que a força de cisalhamento induzida pela carga de projeto não exceda a força de fricção. Para parafusos de alta resistência do tipo rolamento, o critério é que o eixo do parafuso não seja cortado ou que as placas não sejam esmagadas.
Os parafusos de aço inoxidável de alta resistência são conhecidos por suas características de resistência à corrosão.
Todos os metais reagem com o oxigênio na atmosfera, formando uma película de óxido em sua superfície. Infelizmente, o óxido de ferro formado no aço carbono comum continua a se oxidar, fazendo com que a ferrugem se expanda e, por fim, crie buracos. As superfícies de aço carbono podem ser protegidas com tinta ou metais resistentes à oxidação (como zinco, níquel e cromo) por meio de galvanoplastia. Entretanto, como é de conhecimento geral, essa camada protetora é apenas uma película fina. Se a camada protetora for danificada, o aço subjacente começa a enferrujar.
A resistência à corrosão do aço inoxidável depende do cromo. Entretanto, como o cromo é um componente do aço, o método de proteção é diferente. Quando o teor de cromo fica acima de 11,7%, a resistência do aço à corrosão atmosférica aumenta significativamente.
Embora um teor mais alto de cromo ainda possa melhorar a resistência à corrosão, o efeito é menos pronunciado. Isso ocorre porque a liga de aço com cromo muda o tipo de óxido da superfície, semelhante ao óxido formado no metal de cromo puro. Esse óxido rico em cromo, firmemente aderente, protege a superfície contra oxidação adicional. Essa camada de óxido é extremamente fina, permitindo que o brilho natural do aço brilhe, dando ao aço inoxidável sua aparência distinta.
Além disso, se a camada superficial for danificada, a superfície de aço exposta reagirá com a atmosfera para se autorreparar, reformando essa película de óxido "passiva" e continuando sua função protetora. Portanto, todos os aços inoxidáveis elementos de aço compartilham uma característica comum: seu teor de cromo é superior a 10,5%.
Os graus de desempenho de parafusos e porcas para conexões de estruturas de aço são divididos em mais de dez níveis, incluindo 3.6, 4.6, 4.8, 5.6, 6.8, 8.8, 9.8, 10.9 e 12.9.
Os parafusos de grau 8.8 e acima são feitos de aço-liga de baixo carbono ou aço de médio carbono e passam por tratamento térmico (têmpera e revenimento), comumente conhecidos como parafusos de alta resistência. Os demais são geralmente chamados de parafusos comuns.
O grau de desempenho de um parafuso é indicado por dois números, que indicam a resistência nominal à tração e a taxa de resistência ao escoamento do material do parafuso. Por exemplo:
Para um parafuso de grau 4.6:
Para um parafuso de alta resistência de grau 10.9, após o tratamento térmico, ele pode atingir:
A importância do grau de desempenho do parafuso é um critério padronizado internacionalmente. Parafusos com o mesmo grau de desempenho, independentemente de seu material e origem, têm o mesmo desempenho e, no projeto, é suficiente selecionar com base apenas no grau de desempenho.
Os graus de resistência, como 8,8 e 10,9, referem-se à resistência do parafuso à tensão de cisalhamento, medida em 8,8 GPa e 10,9 GPa, respectivamente.
Por exemplo, um parafuso de grau 4.8:
Além disso, os parafusos de aço inoxidável são frequentemente marcados como A4-70, A2-70, etc., com um significado diferente.
Com relação às unidades de medida: O mundo usa principalmente dois sistemas para medir o comprimento. Um deles é o sistema métrico, que usa metros (m), centímetros (cm), milímetros (mm) etc., amplamente utilizado na Europa, China, Japão e outras regiões do sudeste asiático. O outro é o sistema imperial, que usa polegadas (inch), equivalente à antiga polegada do mercado chinês, usado predominantemente nos Estados Unidos, no Reino Unido e em outros países ocidentais.
As roscas são uma forma de estrutura helicoidal encontrada na superfície externa ou interna de um sólido, caracterizada por uma crista helicoidal uniforme. Com base em suas características estruturais e aplicações, elas são categorizadas em três tipos principais:
O ajuste da rosca refere-se ao grau de folga ou firmeza com que as roscas se encaixam umas nas outras. O grau de ajuste é determinado pela combinação de desvios e tolerâncias aplicados às roscas internas e externas.
(1) Padrão de rosca unificado:
As roscas externas têm três graus: 1A, 2A e 3A. As roscas internas têm três graus: 1B, 2B e 3B. Todos esses são ajustes de folga, com números de grau mais altos indicando ajustes mais apertados.
Nas roscas unificadas, os desvios são especificados apenas para os graus 1A e 2A. A classe 3A tem desvio zero, e os desvios das classes 1A e 2A são iguais. Quanto maior o número do grau, menor a tolerância.
(2) Roscas métricas:
As roscas externas têm três graus: 4h, 6h e 6g. As roscas internas têm três graus: 5H, 6H e 7H. (Os graus de precisão das roscas padrão japonesas são divididos em níveis I, II e III, sendo o II o mais comum). Em roscas métricas, o desvio básico para H e h é zero. O desvio básico para G é positivo, e para e, f e g, é negativo.
(3) Marcação da rosca
Abaixo estão as especificações comuns de passo (métrico) e contagem de roscas (imperial):
Especificações: ST 1.5, ST 1.9, ST 2.2, ST 2.6, ST 2.9, ST 3.3, ST 3.5, ST 3.9, ST 4.2, ST 4.8, ST 5.5, ST 6.3, ST 8.0, ST 9.5
Lançamentos: 0.5, 0.6, 0.8, 0.9, 1.1, 1.3, 1.3, 1.3, 1.4, 1.6, 1.8, 1.8, 2.1, 2.1
Especificações: #4, #5, #6, #7, #8, #10, #12, #14
Contagens de linha: Rosca AB 24, 20, 20, 19, 18, 16, 14, 14; Rosca A 24, 20, 18, 16, 15, 12, 11, 10