Você já se perguntou o que mantém as máquinas do mundo unidas? Os parafusos são os campeões desconhecidos da engenharia. Este artigo desvenda o fascinante mundo dos parafusos, desde seus tipos e especificações até os princípios de suas conexões. Prepare-se para saber como esses minúsculos componentes desempenham um papel crucial para manter tudo intacto, desde pontes até bicicletas!
Definição de Bolt:
Um parafuso é um fixador mecânico essencial que consiste em dois componentes principais: uma cabeça e um eixo rosqueado (corpo cilíndrico com sulcos helicoidais externos). Esse fixador versátil foi projetado para unir com segurança dois ou mais componentes, geralmente em conjunto com uma porca.
Classificação dos parafusos:
Classificações adicionais:
Especificações dos parafusos: (GB/T1237)
As especificações da rosca dos parafusos determinam as especificações da chave utilizada (GB/T4388)
| Diâmetro da rosca d/mm | Dimensão oposta s/mm | Tamanho da chave S/mm | Diâmetro da rosca d/mm | Dimensão oposta s/mm | Tamanho da chave S/mm |
| M5 | 8 | 8 | M18 | 27 | 27 |
| M6 | 10 | 10 | M20 | 30 | 30 |
| M8 | 13 | 13/14 | M22 | 32 | 32 |
| M10 | 17 | 16/17 | M24 | 36 | 36 |
| M12 | 19 | 18/19 | M27 | 41 | 41 |
| M14 | 22 | 22 | M30 | 46 | 46 |
| M16 | 24 | 24 | M36 | 55 | 55 |
Classes de desempenho de parafusos (GB/T3098.1-2010)
A designação do grau de desempenho de um parafuso é marcada em sua cabeça, normalmente representada por dois números X.Y, que fornecem informações cruciais sobre as propriedades mecânicas do parafuso.
X * 100 indica a resistência nominal à tração do material do parafuso em MPa.
X * 100 * (Y/10) representa a resistência ao escoamento do parafuso em MPa.
O padrão inclui mais de 10 graus de desempenho, como 3,6, 4,6, 4,8, 5,6, 6,8, 8,8, 9,8, 10,9 e 12,9. Cada grau corresponde a características e aplicações específicas de resistência.
Os parafusos de alta resistência, definidos como aqueles com grau de desempenho de 8,8 ou superior, são fabricados com aço de liga de baixo carbono ou aço de médio carbono. Esses parafusos passam por processos de tratamento térmico, incluindo têmpera e revenimento, para obter propriedades mecânicas superiores.
Os parafusos comuns, também chamados de parafusos comuns, são categorizados em dois tipos principais:
A seleção da classe do parafuso depende de fatores como requisitos de carga, condições ambientais e fatores de segurança na aplicação específica.
As conexões por parafuso são um método fundamental de unir componentes em engenharia mecânica e manufatura. Esse tipo de fixação utiliza parafusos e porcas para conectar com segurança duas ou mais peças que tenham furos passantes alinhados. Uma das principais vantagens das conexões com parafusos é sua capacidade de serem desmontadas, o que as torna ideais para aplicações que exigem manutenção periódica ou substituição de peças.
A classificação das conexões de parafuso baseia-se principalmente no ajuste entre o parafuso e o furo passante:
Conexão de parafuso comum: Esse tipo apresenta um ajuste de folga entre o eixo do parafuso e o furo após a montagem. Suas vantagens incluem:
Conexão de parafuso com ajuste de interferência (tolerância apertada): Também conhecido como conexão de parafuso com furo articulado, esse tipo é caracterizado por uma folga zero ou negativa entre o parafuso e o furo após a montagem. Os principais recursos incluem:
A escolha entre esses dois tipos depende de fatores como condições de carga, precisão necessária, frequência de montagem/desmontagem e considerações de custo. Os engenheiros devem avaliar cuidadosamente esses fatores para selecionar o tipo de conexão de parafuso mais adequado para sua aplicação específica.
Princípio de funcionamento da conexão de parafuso
As conexões com parafusos se baseiam nos princípios fundamentais da mecânica, especialmente na Lei de Hooke e no atrito. A eficácia dessas conexões decorre da interação precisa entre o parafuso, a porca e os materiais unidos.
Lei de Hooke: Esse princípio forma a base do comportamento dos parafusos sob carga. Ele afirma que, dentro do limite elástico de um material, a tensão é diretamente proporcional à deformação. Nas conexões de parafusos, isso se traduz em:
σ = E * ε
Onde:
σ = estresse
E = módulo de Young (constante específica do material)
ε = tensão (deformação por unidade de comprimento)
No caso dos parafusos, essa relação rege sua deformação elástica sob carga de tração, permitindo que eles atuem como elementos de mola na conexão. O parafuso se alonga ligeiramente quando é apertado, criando uma força de fixação que mantém as peças unidas.
Pré-carga e força de fixação: Quando um parafuso é apertado, ele gera uma pré-carga (força de tração inicial) em seu eixo. Essa pré-carga cria uma força de fixação igual e oposta entre as peças unidas. A magnitude dessa força é essencial para a integridade da conexão e, normalmente, é 75-90% da força de prova do parafuso para garantir o desempenho ideal sem deformação permanente.
Atrito: Dois tipos de atrito desempenham papéis cruciais nas conexões de parafusos:
Essas forças de atrito ajudam a manter a pré-carga e evitam o afrouxamento automático sob cargas dinâmicas.
Distribuição de carga: Em uma conexão de parafuso projetada adequadamente, as cargas externas são transportadas principalmente pelo atrito entre as peças fixadas, e não pelo cisalhamento no eixo do parafuso. Esse princípio de distribuição de carga aumenta a força e a resistência à fadiga da conexão.
Interação elástica: O parafuso e as peças fixadas formam um sistema elástico. Sob cargas externas de tração, o parafuso se alonga ainda mais, enquanto as peças fixadas se descomprimem ligeiramente. Essa interação elástica ajuda a manter a integridade da conexão sob condições de carga variáveis.
Análise de cisalhamento e tração de conexões com parafusos (I)
Conexão do parafuso de cisalhamento: Transmite energia por meio da compressão mútua da haste do parafuso e da parede do furo.
Conexão de parafuso de tração: Baseia-se principalmente na pré-tensão do parafuso após o aperto.
Quando o componente conectado tiver uma grande rigidez e os parafusos estiverem dispostos simetricamente, cada parafuso suportará a tensão média na conexão.
Quando o componente conectado tiver uma pequena rigidez, o flange de conexão se dobrará e se deformará, gerando força de alavanca.
Análise de cisalhamento e tração de conexões com parafusos (II)
Além de cisalhamento e tensão, as conexões com parafusos também podem estar sujeitas a: vibração, temperatura, estresse lateral (vento, fluxo, pressão etc.), mudanças nas cargas e outras forças.
Há três métodos de aperto de parafusos:
Método de aperto por torque: O princípio é que existe uma certa relação entre o tamanho do torque e a força axial de pré-aperto. Esse método de aperto é simples e intuitivo de operar, e é amplamente utilizado atualmente.
Método de aperto angular: O ângulo de rotação é proporcional à soma da extensão do parafuso e da folga do componente apertado. Portanto, o método de girar o parafuso até o ângulo especificado para obter a força de aperto desejada pode ser adotado.
Método de aperto do ponto de escoamento: O objetivo teórico é apertar o parafuso logo após o ponto limite de escoamento.
Método de aperto por torque
Aplicação de força de pré-aperto ao fixador, girando a parte da porca do fixador
O torque aplicado está em conformidade com a regra 5-4-1.
Lubrificação somente no final da parte de aperto do parafuso/parafuso.
| Atrito na cabeça do parafuso | Fricção da linha | Pré-carga | |
| Situação geral | 50% | 40% | 10% |
| Lubrificação da cabeça do parafuso | 45% | 40% | 15% |
| Lubrificação da rosca | 50% | 30% | 20% |
| Tópico com defeito | 50% | 45% | 5% |
Princípio da sequência de aperto dos parafusos
Aperte em sequência a partir do meio, depois dos dois lados, em seguida na diagonal e, finalmente, no sentido horário, em etapas.
Geralmente dividido em dois estágios de aperto: na primeira etapa, aperte com um torque de cerca de 50% e, na segunda etapa, aperte com um torque de 100%.
A extremidade do parafuso deve se projetar de 1 a 3 comprimentos de passo além da porca.
1. Antes de preparar o conjunto do parafuso, é necessário:
Verifique se o parafuso e a porca estão limpos, sem ferrugem e sem rebarbas e saliências.
Verifique o plano de contato entre a peça conectada e o parafuso e a porca e verifique se ele está perpendicular ao orifício do parafuso.
Além disso, verifique o aperto do encaixe do parafuso e da porca.
2. Ao montar a porca e a arruela plana, a porca e a arruela devem ser montadas com o lado inverso voltado para a peça conectada.
O lado da porca marcado com caracteres é o lado frontal, e o lado liso da arruela é o lado frontal.
3. Diretrizes de operação da força (apenas para referência):
| Especificação do parafuso d/mm | Torque aplicado M/N.m | Fundamentos operacionais | Especificação do parafuso d/mm | Torque aplicado M/N.m | Fundamentos operacionais | |
| M6 | 3.5 | Somente força de pulso | M16 | 71 | Aumentar a força geral | |
| M8 | 8.3 | Adicione a força do pulso e a força do cotovelo | M20 | 137 | peso corporal total | |
| M10 | 16.4 | Aumentar a força geral | M24 | 235 | Adicionar peso corporal total | |
| M12 | 28.4 | Adicionar força de meio corpo | / | / | / | |
4. O segredo para evitar que os parafusos se soltem em conexões de parafusos está em evitar a rotação relativa das roscas dos parafusos. Há três métodos comuns de afrouxamento do parafuso:
Antiafrouxamento por fricção
Antiafrouxamento mecânico
Antiafrouxamento permanente
5. Problemas comuns na remoção de parafusos
Ao afrouxar os parafusos do flange em tubos e válvulas:
Afrouxe a metade dos parafusos do corpo primeiro para permitir que qualquer óleo, vapor ou água remanescente seja descarregado do lado oposto para evitar que seja pulverizado ou queimado.
No caso de parafusos com cola que não podem ser soltos:
A maior parte da cola é uma solução orgânica e pode ser mergulhada em óleo de banana ou álcool por meia hora, ou coberta com algodão embebido em álcool no parafuso. Quanto maior o tempo, mais a cola se dissolverá.
No caso de parafusos enferrujados que não podem ser soltos:
Borrife WD-40 e aguarde meia hora. O spray penetrará no parafuso para dissolver a ferrugem.
Outros métodos: vibração, lubrificação, torrefação, perfuração
No caso de parafusos deslizantes que não podem ser soltos:
Soluções corrosivas, como ácido diluído ou ácido clorídrico, podem corroer lentamente o parafuso.
Use ácido para metal e alcalino para plástico.
6. Equívocos comuns no uso de parafusos
Grosso no lugar de fino:
Algumas juntas importantes, como eixos de transmissão e volantes, usam parafusos de rosca fina.
Os parafusos de rosca fina têm passo e ângulo menores e apresentam vantagens como alta resistência e bom desempenho de autotravamento. Eles têm grande capacidade de resistir a impactos, vibrações e cargas de troca.
Se parafusos de rosca grossa forem usados no lugar de parafusos de rosca fina, eles podem se soltar ou se desprender e causar acidentes.
Ajuste incorreto:
Os parafusos que suportam cargas transversais e forças de cisalhamento (como os parafusos do eixo de acionamento e os parafusos do volante do motor) têm ajustes de transição com os orifícios dos parafusos. O conjunto deve ser sólido e confiável, e capaz de suportar forças laterais.
Se não for verificado durante a montagem, grandes espaços entre o parafuso e o orifício do parafuso ainda poderão ser instalados, resultando em afrouxamento do parafuso ou acidentes de corte.
Nozes mais grossas:
Ponto de vista incorreto: Porcas mais grossas podem aumentar o número de voltas de trabalho da rosca e melhorar a confiabilidade das juntas.
De fato, quanto mais espessa for a porca, mais desigual será a distribuição de carga entre cada volta da rosca, facilitando o afrouxamento da junta.
Uma porca com várias arruelas:
Às vezes, os parafusos montados são muito longos, por isso algumas pessoas colocam vários parafusos de fixação. arruelas de pressão em um parafuso.
Durante o processo de aperto, o arruelas de pressão são submetidos a forças desiguais, e alguns podem se quebrar, reduzindo a força de pré-aperto do parafuso.
Ou gerar cargas excêntricas, reduzindo a confiabilidade da conexão do parafuso.
A lavadora é muito grande: (GB/T97.1-2002 Tabela 1, M5 a M36: o diâmetro interno da arruela é maior que o diâmetro da rosca em 0,3 mm a 1 mm)
Prática incorreta: Devido à falta de arruelas adequadas, uma arruela com diâmetro interno maior é usada como substituta.
Isso resulta em uma diminuição do contato entre a parte inferior da cabeça do parafuso e a arruela, levando a uma diminuição da capacidade de suporte de pressão ou da força de travamento da arruela. Sob a influência de cargas de vibração e impacto, o parafuso tende a se soltar.
O torque não está de acordo:
Ponto de vista incorreto: A crença de que os parafusos devem estar "apertados, mas não soltos", levando a um aumento intencional do torque de aperto.
Consequências: Isso resulta no deslizamento ou até mesmo na quebra do parafuso.
Prática incorreta: Para parafusos importantes que precisam ser apertados com torque, há uma tendência de usar uma chave manual para economizar tempo.
Consequências: Os parafusos se soltam devido ao torque insuficiente, levando a uma falha.
Travamento inadequado: Os parafusos importantes devem ser fixados com dispositivos antiafrouxamento após a montagem.
Ao usar a trava de pino dividido, um erro comum é usar um pino dividido muito fino ou um pino dividido pela metade.
Ao usar a trava da arruela de pressão, um erro comum é que a abertura da arruela é muito pequena e perde sua elasticidade.
Ao usar uma arruela de pressão, um erro comum é travar a arruela na borda da porca.
Ao usar porcas duplas, um erro comum é usar uma porca fina na parte externa e não apertá-la.
Falsa fortificação:
As roscas dos parafusos, porcas ou orifícios apresentam manchas de ferrugem, incrustações, lascas de ferropartículas de areia, rebarbas, etc.
Antes da montagem, elas devem ser limpas. Durante o aperto dos parafusos, devido ao efeito de bloqueio das impurezas, o valor do torque da superfície atinge o requisito, mas, na verdade, as peças de conexão não estão realmente fixadas.
Como fundador do MachineMFG, dediquei mais de uma década de minha carreira ao setor de metalurgia. Minha vasta experiência permitiu que eu me tornasse um especialista nas áreas de fabricação de chapas metálicas, usinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou sempre pensando, lendo e escrevendo sobre esses assuntos, esforçando-me constantemente para permanecer na vanguarda do meu campo. Permita que meu conhecimento e experiência sejam um trunfo para sua empresa.
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