Você já se perguntou como funcionam os minúsculos rebites que mantêm estruturas maciças unidas? Neste artigo, desvendaremos o fascinante mundo das conexões de rebites, explorando seus tipos, cálculos de resistência e aplicações no mundo real. Ao final, você entenderá o papel crucial que esses pequenos componentes desempenham nas maravilhas da engenharia. Fique atento para saber como os rebites mantêm nosso mundo firmemente preso!
Junta de topo de tampa única
Junta de topo de cobertura dupla
Suporte de carga lateral do grupo de rebites
Em uma junta rebitada (conforme mostrado na figura acima), para simplificar os cálculos, suponha que:
A fórmula para calcular a força que atua em cada rebite é:
Exemplo:
Uma junta com quatro rebites é usada para conectar duas placas de aço. O material das placas de aço e dos rebites é o mesmo. O diâmetro dos rebites é d=16 mm, o tamanho da placa de aço é chapa de aço é b=100mm, t=10mm, P=90KN, a tensão permitida dos rebites é [τ]=120MPa, a tensão de escoamento permitida é [σjy]=120MPa, e a tensão de tração permitida da placa de aço é [σ]=160MPa. Calcule e verifique a resistência da junta rebitada.
(1) Resistência ao cisalhamento dos rebites:
A força que atua em cada rebite é P/4.
A força de cisalhamento que atua em cada rebite é dada por:
(2) Resistência ao esmagamento dos rebites:
A força que atua em cada rebite devido ao esmagamento é:
A área do rebite que está sendo esmagada é:
(3) Resistência à tração da chapa de aço
Pergunta de reflexão:
Área da superfície de cisalhamento do pino de fixação A.
Área da superfície de extrusão para o pino de pino Ajy.
Pergunta adicional:
Faça um furo com o formato mostrado na figura em uma 5 mm de espessura chapa de aço. Se o limite de resistência ao cisalhamento do material da chapa de aço for 𝜏𝑏 = 300MPa, calcule a força de punção F necessária para o prensa de punção.
Solução: A área da superfície de cisalhamento é
Pergunta adicional:
A força máxima de perfuração de um prensa de punção é P = 400KN, a tensão de compressão permitida [𝜎] do material de perfuração é 440MPa, e o limite de resistência ao cisalhamento da chapa de aço é 𝜏𝑏 = 360MPa. Determine o diâmetro mínimo d que o punção pode perfurar e a espessura máxima 𝜹 da chapa de aço que pode ser perfurada.
Solução: O punção sofre uma deformação compressiva axial.
De acordo com a condição de falha de cisalhamento da placa de aço:
Exemplo:
Usando dois trilhos de aço para rebitar em uma viga composta, a situação da conexão é mostrada nas figuras a e b.
A área da seção transversal de cada trilho de aço A é de 8.000 mm, e o momento de inércia da área da seção transversal de cada trilho de aço em relação ao seu próprio centroide é I = 1.600 × 10 mm. O espaçamento do rebite s é de 150 mm, o diâmetro é d = 20 mm e a tensão de cisalhamento permitida [τ] é de 95 MPa. Se a força de cisalhamento interna Q da viga for 50kN, verifique a resistência ao cisalhamento dos rebites. O atrito entre os trilhos de aço superior e inferior não é considerado.
Solução: Quando os dois trilhos de aço superior e inferior se dobram como um todo, a área da seção transversal do trilho de aço superior está sob tensão de compressão, e a área da seção transversal do trilho de aço inferior está sob tensão de tração.
Devido aos diferentes momentos de flexão nas seções transversais adjacentes, a tensão normal nos pontos correspondentes é diferente e, portanto, há uma tendência de deslocamento longitudinal ao longo da superfície de contato entre os trilhos de aço superior e inferior, fazendo com que os rebites suportem forças de cisalhamento.
A força de cisalhamento suportada por cada fileira de rebites é igual à diferença na força de compressão (tração) em duas seções transversais de um trilho de aço a uma distância longitudinal de S.
Supondo que os trilhos de aço transmitam tensão de cisalhamento em toda a superfície de contato, a largura da superfície de contato é b.
Szmax representa o momento estático da área da seção transversal de um trilho de aço em relação ao eixo neutro.
Iz é o momento de inércia de toda a área da seção transversal em relação ao eixo neutro.
A tensão de cisalhamento do rebite é:
A tensão de cisalhamento do rebite satisfaz os critérios de resistência.
Conjunto de rebites submetido a cargas de torção (veja a Figura).
Deixe que o centroide da seção transversal do conjunto de rebites seja o ponto 0.
Supondo que qualquer linha reta na chapa de aço (como OA ou OB) permaneça reta após a rotação, a tensão média de cisalhamento de cada rebite é proporcional à distância do centro da seção transversal do rebite até o ponto O.
Se o diâmetro de cada rebite for o mesmo, a força em cada rebite será proporcional à distância do centro da seção transversal do rebite até o centro do centro seccional O da montagem do rebite, com a direção perpendicular à linha que conecta o ponto e o centro O.
Pi representa a força que atua em cada rebite, e ai representa a distância do centro da seção transversal do rebite em questão até o centroide da seção transversal do conjunto de rebites, denotado como O.
O conjunto de rebites submetido a cargas laterais excêntricas (veja a Figura a).
Simplificando a carga excêntrica P que atua no conjunto do rebite para o ponto central O, obtemos uma força P que passa pelo ponto O e um momento m = Pe que gira em torno do ponto O.
Se o diâmetro de cada rebite no mesmo conjunto de rebites for o mesmo, a força P1′ causada pela força lateral P e a força P1" causada pelo momento m podem ser calculadas. A força que atua em cada rebite é a soma vetorial de P1′ e P1". Após determinar a força P1 em cada rebite, a resistência ao cisalhamento e à compressão do rebite com a força máxima pode ser verificada separadamente.
Exemplo:
Um suporte conectado por um único rebite é submetido a uma força concentrada P, conforme mostrado na Figura a. Sabe-se que a força externa P é de 12 kN. O diâmetro do rebite é de 20 mm, e cada rebite está sujeito a um único cisalhamento. Calcule a tensão de cisalhamento máxima na seção transversal do rebite sob a força máxima.
Solução:
O conjunto de rebites é simétrico com relação ao eixo x, e o centro de rotação está no ponto O, que é o ponto de interseção da linha que conecta o rebite 2 e o rebite 5 com o eixo x.
1. Simplificando a força P para o ponto O, temos:
P = 12 kN.
m=12 0,12=1,44KN.m
2. Sob a ação da força P que passa pelo centro de rotação, e considerando que cada rebite tem o mesmo diâmetro e material, a força em cada rebite é igual.
3. Sob a ação do momento m, a força que cada rebite suporta é proporcional à distância entre o rebite e o centro de rotação.
De acordo com a equação de equilíbrio:
Resolvendo a equação, obtemos:
Portanto,
4. Desenhe o diagrama de força de cada rebite e combine os vetores Pi' e Pi" para obter a força de cisalhamento total que atua em cada rebite, incluindo sua magnitude e direção. Pode-se concluir que o rebite 1 e o rebite 6 suportam a força máxima, com o valor da força máxima sendo:
A tensão de cisalhamento na seção transversal do rebite é:
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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