Generalidades

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Parafusos constituem um dos meios mais simples e práticos para unir as mais variadas partes. A abrangência das suas aplicações é ampla e dispensa mais comentários.

Fig 01

A Figura 01 mostra um esboço básico da união parafuso e porca, sem maiores preocupações quanto a proporções ou escalas com peças reais.

O diâmetro nominal é o diâmetro maior da rosca. Algumas vezes, é usada a expressão diâmetro externo, mas pode ser inadequada para roscas internas.

O passo p é a distância entre pontos similares de filetes adjacentes. Pode ser dado por:

p = 1 / n #A.1#, onde n é o número de filetes por unidade de comprimento.

A área resistente S_f corresponde a um círculo de diâmetro entre o menor e o maior. É dependente da geometria da rosca. Desprezando concentrações de tensões, a tensão atuante na parte exposta da rosca em um parafuso com uma carga longitudinal F é dada por:

σ = F / S_f #B.1#.

Desde que a área resistente é menor que a área da parte não rosqueada, a área de rosca fora da porca é normalmente a mais crítica. Na prática, a maioria das fraturas ocorre nesse local.

Fig 02

O avanço L de um parafuso é o deslocamento longitudinal para uma rotação completa.

Em princípio, poder-se-ia imaginar que o avanço equivale ao passo. Mas, se o parafuso tem mais de um filete (ou entradas), o avanço é igual ao passo multiplicado por esse valor:

L = n p #C.1#, onde n é o número de entradas.

A Figura 02 dá exemplo de rosca de duas entradas.

O ângulo da hélice λ é dado por tan λ = L / (π d_m) #D.1#. Onde L é o avanço e d_m é a média entre os diâmetros maior e menor.

Geometria básica de roscas

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O padrão métrico ISO é o básico da atualidade para a maior parte das roscas comuns. A Figura 01 mostra alguns detalhes.

Fig 01

O perfil é formado por triângulos equiláteros de altura h dispostos simetricamente em relação a uma linha, paralela ao eixo, que forma um cilindro de diâmetro d₂, denominado cilindro primitivo.

O topo e o fundo são truncados e podem ser arredondados para evitar concentração de tensões.

Na figura, d é o diâmetro máximo e d₁ é o diâmetro mínimo.

Com o uso de função trigonométrica simples, chega-se à relação entre o passo p e a altura h:

p = 2 h / √3 #A.1#.

Então, o diâmetro menor pode ser dado por

d₁ = d − 2 (5 h / 8) ≈ d − 1,08 p #B.1#. Essa igualdade leva à regra prática para confecção de furos para abertura de rosca, diâmetro do furo ≈ d − p.

As tabelas a seguir exibem alguns valores padronizados de roscas ISO (campos marcados com ---- indicam dados não existentes ou não encontrados).

Diam nom 1ª opção mm	1,0	1,2	----	1,6	----	2,0	2,5	3,0	----	4,0	5,0	6,0
Diam nom 2ª opção mm	----	----	1,4	----	1,8	----	----	----	3,5	----	----	----
Passo (grossa) mm	0,25	0,25	0,30	0,35	0,35	0,40	0,45	0,50	0,60	0,70	0,80	1,00
Área resistente mm²	----	----	----	1,27	----	2,07	3,39	5,03	----	8,78	14,2	20,1
Passo (fina) mm	----	----	----	----	----	----	----	----	----	----	----	----
Passo (fina) mm	----	----	----	----	----	----	----	----	----	----	----	----

Diam nom 1ª opção mm	----	8,0	10	12	----	16	----	20	----	24	----	30
Diam nom 2ª opção mm	7,0	----	----	----	14	----	18	----	22	----	27	----
Passo (grossa) mm	1,00	1,25	1,50	1,75	2,00	2,00	2,50	2,50	2,50	3,00	3,00	3,50
Área resistente mm²	----	36,6	58,0	84,3	----	157	----	245	----	353	----	561
Passo (fina) mm	----	1,00	1,25	1,50	1,50	1,50	2,00	2,00	2,00	2,00	2,00	2,00
Passo (fina) mm	----	----	1,00	1,25	----	----	1,50	1,50	1,50	----	----	----

Diam nom 1ª opção mm	----	36	----	42	----	48	----	56	----	64	----	----
Diam nom 2ª opção mm	33	----	39	----	45	----	52	----	60	----	----	----
Passo (grossa) mm	3,50	4,00	4,00	4,50	4,50	5,00	5,00	5,50	5,50	6,00	----	----
Área resistente mm²	----	817	----	----	----	----	----	----	----	----	----	----
Passo (fina) mm	2,00	3,00	3,00	3,00	3,00	3,00	4,00	4,00	4,00	4,00	--	----
Passo (fina) mm	----	----	----	----	----	----	----	----	----	----	----	----

Os termos grossa e fina da tabela não têm relação com acabamento superficial ou qualidade. São padrões para os passos. Roscas grossas são usadas na maioria dos casos práticos. Tipos finos são empregados em tubos de parede fina, por exemplo.

Fig 02

Roscas métricas são especificadas pela letra M seguida do diâmetro nominal e do passo. Exemplo: M10×1,5.

A área resistente pode ser calculada a partir do diâmetro

d_f = d − 13 h / 12 #C.1#.

Parafusos podem ser usados para transmitir movimentos, como em partes deslizantes de máquinas, dispositivos de elevação e outros.

Nesses casos, as roscas de perfil a 60° não são adequadas devido à baixa eficiência de transmissão. Roscas de perfil quadrado como (a) da Figura 02 são teoricamente as melhores.

Mas a confecção do perfil quadrado é problemática e um tipo prático usual é o trapezoidal (ACME) conforme (b) da Figura 02. Neste caso, vale d_f = d − 3 p / 4 #D.1# para o cálculo da área resistente.