Como calcular a resistência ao cisalhamento do parafuso?

A resistência ao cisalhamento de um parafuso refere-se à sua capacidade de suportar a força máxima de cisalhamento sem quebrar quando submetido a uma força externa lateral. Podemos entender o método de cálculo, os padrões e alguns valores específicos da resistência ao cisalhamento dos parafusos.

Em primeiro lugar, a fórmula para calcular a resistência ao cisalhamento do parafuso é W=P/F=P/ab, em que P é a carga na ruptura (N), F é a área de sobreposição (cm^2), a é o comprimento da sobreposição (cm) e b é a largura da sobreposição (cm). Isso implica que a resistência ao cisalhamento do parafuso está relacionada ao seu tamanho e formato. Ao medir esses parâmetros e aplicar a fórmula acima, a resistência ao cisalhamento do parafuso pode ser calculada.

Em segundo lugar, a resistência ao cisalhamento de um parafuso também está relacionada ao seu grau de material. Por exemplo, um parafuso de grau 4.8 tem uma resistência ao cisalhamento de aproximadamente metade de sua resistência à tração, enquanto um parafuso de grau 12.9 tem uma resistência ao cisalhamento de 900 MPa. Isso indica que parafusos de diferentes graus têm diferentes padrões de resistência ao cisalhamento.

Além disso, o valor de projeto da resistência ao cisalhamento dos parafusos é determinado por dados estatísticos de testes de conexão, o que implica que a resistência ao cisalhamento real dos parafusos em uso pode variar com base em condições específicas e resultados de testes.

Que métodos existem para calcular a resistência ao cisalhamento dos parafusos?

Os métodos de cálculo da resistência ao cisalhamento dos parafusos incluem principalmente a análise de elementos finitos e testes experimentais.

Análise de elementos finitos é um método que prevê o comportamento de materiais ou estruturas sob força, estabelecendo um modelo matemático. Ele pode avaliar o desempenho de cisalhamento dos parafusos sem destruição real. Esse método pode ser usado no projeto e na otimização de tipos específicos de parafusos, como os parafusos cegos, simulando o comportamento de resistência dos parafusos sob força de cisalhamento pura para estudar seu desempenho de suporte de carga.

Os testes experimentais avaliam carregando de fato e observando o modo de falha do parafuso, o que pode refletir diretamente a resistência real ao cisalhamento do parafuso.

Cada um dos cenários de aplicação desses dois métodos tem sua própria ênfase. A análise de elementos finitos é adequada para o estágio inicial do projeto de parafusos, sendo necessário avaliar o impacto de diferentes esquemas de projeto no desempenho de cisalhamento dos parafusos, bem como prever e otimizar o desempenho dos parafusos durante o processo de projeto.

Os testes experimentais são aplicados com mais frequência no estágio posterior do desenvolvimento do produto, usados para verificar a precisão e a confiabilidade do projeto, garantindo que o produto parafusado possa atender aos requisitos de desempenho em aplicações reais.

Conexão aparafusada sob força de cisalhamento de trabalho

Conforme mostrado na Figura 1-8, essa conexão usa um parafuso para resistir à carga de trabalho F por meio de um furo perfurado. Supondo que cada parafuso receba uma carga de trabalho igual, a força de cisalhamento recebida por cada parafuso é F.

Portanto, a condição de resistência à compressão entre a haste do parafuso e a parede do furo é:

As condições para a resistência ao cisalhamento dos parafusos são:

Na fórmula:

F representa a força de cisalhamento operacional exercida no parafuso, em newtons;

d₀ representa o diâmetro da face de cisalhamento do parafuso, que pode ser considerado como o diâmetro do furo do parafuso, em milímetros;

[τ] representa a resistência ao cisalhamento permitida da rosca, em MPa, para aço

Onde:

[S]_τ é o fator de segurança de acordo com a Tabela 1-9;

L_min representa a altura mínima da haste do parafuso comprimida pela parede do furo, em milímetros.

Durante o projeto, L_min deve ser maior ou igual a 1,25d; i representa o número de faces de cisalhamento na haste do parafuso. Na Figura 1-1b, i=2, e na Figura 1-8, i=1.

A tensão de cisalhamento necessária para os parafusos é normalmente selecionada como 60Mpa.

Como ajustar a resistência ao cisalhamento dos parafusos de acordo com as condições operacionais

Em aplicações práticas, o ajuste da resistência ao cisalhamento dos parafusos para atender a requisitos específicos com base nas condições de uso pode ser feito de várias maneiras:

Escolha o tipo de parafuso apropriado: Dependendo do cenário de uso, escolha parafusos de alta resistência ou parafusos comuns. Os parafusos de alta resistência são adequados para conectar estruturas importantes, como pontes e estruturas de aço, onde a confiabilidade e a segurança das conexões precisam ser garantidas. Os parafusos comuns são mais amplamente utilizados em equipamentos mecânicos e móveis em geral.

Calcule a tensão de cisalhamento do parafuso: Simplificando a partir da fórmula F = A × (F / A), a força de cisalhamento do parafuso é igual à força à qual o parafuso está sujeito. Essa etapa ajuda a entender a força de cisalhamento máxima que um parafuso pode suportar sob uma carga específica, fornecendo uma base para a seleção subsequente.

Considere a deformabilidade do parafuso: Para resolver o problema da deformabilidade insuficiente dos conectores de cisalhamento dos parafusos, podem ser usados conectores de cisalhamento com alta deformabilidade para melhorar seu desempenho. Esse projeto pode melhorar a adaptabilidade e a confiabilidade do parafuso sem sacrificar muito a resistência.

Ajuste o fator de segurança: Dependendo da resistência do parafuso e das condições de uso previstas, o fator de segurança deve ser ajustado adequadamente. Por exemplo, a tensão de cisalhamento permitida Ít pode ser calculada dividindo-se a tensão de cisalhamento pelo fator de segurança. O ajuste do fator de segurança pode otimizar o desempenho do parafuso e, ao mesmo tempo, garantir a segurança.

Considere os fatores ambientais: No caso de fixadores de alta resistência que ficam expostos por muito tempo a ambientes adversos, como os usados em energia eólica, deve-se dar atenção especial às suas condições de manutenção e estabilidade. Nesse caso, podem ser necessários materiais ou revestimentos especiais para aumentar a resistência à corrosão e a durabilidade do parafuso.

Seguir os procedimentos técnicos: Com relação aos procedimentos técnicos para conexões de parafusos de alta resistência em estruturas de aço, medidas como aumentar a superfície de atrito do revestimento e seu coeficiente de resistência ao deslizamento, aumentar as conexões de tração e as juntas de conexão da placa final podem melhorar efetivamente o desempenho e a confiabilidade das conexões de parafusos.