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Parafusos & Roscas - Informações Básicas

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Tópicos: Generalidades | Geometria Básica de Roscas |

1) Generalidades

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A Figura 1-I mostra um esboço básico da união parafuso e porca, sem 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:

$$p = \frac{1}{n} \tag{1A}$$
Onde n é o número de filetes por unidade de comprimento.

Conjunto parafuso e porca
Fig 1-I

A área resistente Sf 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:

$$\sigma = \frac{F}{S_f} \tag{1B}$$
Desde que a área resistente é menor que a área da parte não rosqueada, a parte de rosca fora da porca é normalmente a mais crítica. Na prática, a maioria das fraturas ocorre nesse local.

Rosca de duas entradas
Fig 1-II

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:

$$L = n\ p \tag{1C}$$
Onde n é o número de entradas. A Figura 1-II dá exemplo de rosca de duas entradas.

O ângulo da hélice λ é dado por:

$$\tan \lambda = \frac{L}{\pi d_m} \tag{1D}$$
Onde L é o avanço e dm é a média entre os diâmetros maior e menor.


1) 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 2-I mostra alguns detalhes. 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, chega-se à relação entre o passo p e a altura h:

$$p = \frac{2\ h}{\sqrt 3} \tag{2A}$$
Perfil básico ISO para roscas
Fig 2-I

Então, o diâmetro menor pode ser dado por:

$$d_1 = d - 2 \frac{5\ h}{8} \approx d - 1,08\ p \tag{2B}$$
Essa igualdade leva à regra prática para confecção de furos para abertura de rosca, diâmetro do furo ≈ d − p.

A tabela 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.

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:

$$d_f = d - \frac{13\ h}{12} \tag{2C}$$
Perfis de roscas quadrado e trapezoidal
Fig 2-II

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 2-II são teoricamente as melhores. Mas a confecção do perfil quadrado é problemática e um tipo prático usual é o trapezoidal (ACME) conforme (b) da mesma figura. Nesse caso, vale para o cálculo da área resistente:

$$d_f = d - \frac{3\ p}{4} \tag{2D}$$
Referências
Bouché, Ch. Leitner, A. Sans, F. Dubbel - Manual da Construção de Máquinas. São Paulo, Hemus, 1979.
Faires, V. M. Elementos Orgânicos de Máquinas. Rio, Livros Técnicos, 1976.
Giek, Kurt. Manual de Fórmulas Técnicas. São Paulo, Hemus.

Topo | Rev: Dez/2007