Os parafusos são amplamente utilizados para montar e unir diferentes peças mecânicas. O que é que faz uma ligação forte sem a utilização de soldadura ou calor? Se os parafusos forem mal utilizados, podem partir-se ou ficar danificados. É por isso que é útil conhecer o limite de elasticidade dos parafusos. No entanto, muitas pessoas não sabem como calcular o limite de elasticidade dos parafusos.
Lembre-se que o limite de elasticidade do parafuso é a tensão máxima que um parafuso pode suportar. Para além deste limite, o parafuso deformar-se-á ou mesmo partirá, levando à falha das peças unidas. Depois de conhecer o limite de elasticidade do parafuso, pode utilizá-lo para garantir que é utilizado corretamente. Neste artigo, explicarei como calcular o limite de elasticidade do parafuso. Então, vamos começar.
O que é o limite de elasticidade dos parafusos e porque é que é importante?
Antes de efectuarmos os cálculos, vamos primeiro compreender os princípios básicos da tensão de cedência dos parafusos.
O limite de elasticidade do parafuso indica a tensão máxima que um parafuso pode suportar. Após este nível, o parafuso fica sob tensão excessiva e pode deformar-se e, por fim, partir. Os parafusos devem ser utilizados dentro do seu limite de elasticidade. Isto garante que não enfrentam uma pressão elevada ou estiramento, o que poderia causar a rutura da ligação. Cada tamanho de parafuso tem um nível diferente de tensão de cedência.
Como referi anteriormente, existem diferentes tipos de parafusos disponíveis com diferentes graus. Os exemplos incluem Grau 8.8 ou Grau 10.9, e assim por diante. Cada um destes parafusos tem um grau e um limite de elasticidade diferentes. Geralmente, o Grau 8.8 tem um limite de elasticidade menor do que o Grau 10.9. A seleção destes tipos de parafusos depende da sua utilização e aplicações.
As classes de parafusos corretas ajudam a obter uniões entre duas peças que duram anos. Suponha que precisa de uma junção muito apertada, sem folgas. Nesse caso, será utilizado um parafuso de grau superior, uma vez que irá suportar uma tensão mais elevada. Poderá apertar o parafuso com mais força. Apesar da elevada tensão, o parafuso não estica nem se deforma e mantém-se fixo no seu lugar.
O parafuso é geralmente apertado até cerca de 70% da sua força de cedência. Isto assegura uma ligação forte entre as duas partes e uma fixação segura. Além disso, quando necessário, pode remover facilmente o parafuso sem sobrecarregar ou apertar demasiado. O limite de elasticidade de 70% também garante que o parafuso não excede a tensão para se deformar ou partir permanentemente.
Importância do limite de elasticidade dos parafusos
Compreender o limite de elasticidade dos parafusos é muito importante para as ligações entre duas peças mecânicas. Se não souber o limite de elasticidade de um parafuso, é mais provável que o utilize incorretamente. Aqui estão algumas das principais razões pelas quais o limite de elasticidade dos parafusos é importante:
- Para ligar duas peças, são necessários parafusos de diferentes tamanhos. Se necessitar de uma ligação muito firme, utilizará um parafuso com um limite de elasticidade mais elevado. Desta forma, o parafuso suportará cargas mais elevadas e manterá as peças unidas.
- Como eu disse acima, diferentes tipos de parafusos têm diferentes limites de elasticidade. Portanto, selecionar esses tipos de parafusos pode ser confuso se você não entender o limite de elasticidade do parafuso. Depois de entender o limite de elasticidade do parafuso, você pode escolher o tipo certo de parafuso para suas necessidades.
- Verificam-se falhas em componentes estruturais devido a parafusos incorrectos. Quando estes parafusos são submetidos a uma tensão elevada, esticam. Como resultado, a ligação entre as peças fica solta, resultando na sua falha. Quando se sabe que o parafuso certo produz força, escolhe-se o parafuso certo. Este parafuso permanecerá estável, evitando que as peças falhem.
Como calcular o limite de elasticidade dos parafusos?
O cálculo do limite de elasticidade dos parafusos é simples se conhecer a fórmula. Para calcular, tem de facto três parâmetros-chave, que são os seguintes:
- Tensão no ponto de cedência.
- Área da secção transversal
Aqui está a fórmula exacta que irá utilizar para encontrar o limite de elasticidade do parafuso.
Resistência ao escoamento dos parafusos = Tensão no ponto de escoamento × Área efectiva da secção transversal
F(y) = A (t) × S (y)
F (y) é a força de cedência - uma tensão que o material pode suportar. Para além deste limite, o parafuso deforma-se permanentemente ou parte-se. A (t) é a área efectiva em que o parafuso sofre tensão de tração. Como sabe, cada material tem a sua força de cedência única, que é representada por S (y).
Vamos supor um caso em que temos um parafuso de grau 10.9. O tamanho do parafuso, neste caso, é M12. Estes dois parâmetros ajudam-nos a compreender o limite de elasticidade do material e a área da secção transversal. Para parafuso de grau 10.9 com tamanho M12:
Resistência ao escoamento = 940 MPa
Área de tensão de tração = 84,3 mm²
É possível encontrar a força de cedência exacta colocando os valores na fórmula acima:
F(y) = 84,3 × 940 = =79,242 N
Estes 79.242 N são a força de cedência máxima ou a força que este parafuso pode suportar. Se a força exceder este limite, o parafuso pode deformar-se ou partir. Lembre-se de que deve utilizar 70-80% desta força ao apertar o parafuso. Este é o limite mais seguro em que o parafuso será apertado o suficiente para manter as peças mecânicas unidas. Sob esta tensão, também será possível remover o parafuso.
Métrico vs Imperial: Como é que afectam o cálculo da resistência ao escoamento dos parafusos?
O sistema métrico e o sistema imperial são dois sistemas de unidades diferentes. São utilizados em diferentes partes do mundo. Por exemplo, o sistema imperial é normalmente seguido nos Estados Unidos e no Canadá. Por outro lado, o sistema métrico é preferido noutras partes do mundo, incluindo a Europa. Os países que utilizam o sistema imperial seguem as normas SAE ou ASTM.
Em contrapartida, os sistemas métricos baseiam-se nas normas ISO. No entanto, a fórmula para calcular o limite de elasticidade do parafuso permanece a mesma para ambos os sistemas de unidades, que é a seguinte:
F(y) = A (t) × S (y)
No entanto, o valor ou os parâmetros são escritos em unidades diferentes. No sistema métrico;
Área de tensão de tração = mm²
Resistência ao escoamento S (y) = MPa
Força = Newton (N)
Por outro lado, as unidades nos sistemas imperiais são diferentes, sendo as seguintes
Área de tensão de tração = em²
Resistência ao escoamento S (y) = Psi
Força = Libras-força (lbf)
Apesar de utilizar as mesmas fórmulas, obterá resultados diferentes porque está a utilizar unidades diferentes. No entanto, estas unidades ou valores são intermutáveis.
Como saber a área da secção transversal a partir do tamanho do parafuso?
Como disse acima, conhecer a área da secção transversal é importante para calcular o limite de elasticidade do parafuso. No entanto, cada tamanho de parafuso tem uma área de secção transversal diferente, o que pode ser confuso. Abaixo está a fórmula exacta que pode utilizar para encontrar a área da secção transversal:
A = (π ÷ 4) × d²
No entanto, a utilização desta fórmula para encontrar a área da secção transversal (área de tensão de tração) pode ser entediante. Algumas tabelas ISO/SAE fornecem áreas de secção transversal exactas para diferentes tamanhos de parafusos. Estas incluem M6, M10, M12 e assim por diante. Isto evita que tenha de calcular sempre a secção transversal. Em vez disso, pode consultar a tabela e obter a área exacta para diferentes tamanhos de parafusos.
Aqui está a tabela para encontrar as áreas das secções transversais:
| Tamanho do parafuso | Área de tensão de tração (Aₜ) |
| M6 | 20,1 mm² |
| M7 | 28,9 mm² |
| M8 | 36,6 mm² |
| M10 | 58,0 mm² |
| M12 | 84,3 mm² |
| M14 | 115 mm² |
| M16 | 157 mm² |
Resistência ao escoamento de classes de parafusos comuns
Os diferentes graus dos parafusos diferem na sua composição material. O parafuso com um grau mais elevado terá uma resistência ao escoamento mais elevada e vice-versa. Lembre-se, o grau do parafuso e o tamanho do parafuso são dois parâmetros diferentes. Os graus dos parafusos referem-se apenas à resistência do parafuso e à sua composição.
Por outro lado, o tamanho do parafuso refere-se ao seu tamanho e dimensões. Dois parafusos com o mesmo grau, mas com tamanhos diferentes, terão diferentes limites de elasticidade. Aqui está uma tabela que indica os diferentes tipos de parafusos e o seu limite de elasticidade. Estes graus estão nas normas ISO e não os consideramos fixos, uma vez que podem mudar com diferentes tamanhos de parafusos:
| Grau do parafuso | Resistência ao escoamento (MPa) |
| 4.6 | 240 MPa |
| 5.8 | 400 MPa |
| 8.8 | 640 MPa |
| 10.9 | 940 MPa |
| 12.9 | 1100 MPa |
Como mencionado anteriormente, o sistema de unidades imperial segue as normas SAE em vez das normas ISO. De acordo com as normas SAE, os graus dos parafusos são representados como Grau 2, 5 e 8. Abaixo está a tabela que mostra o limite de elasticidade destes graus:
| Grau do parafuso | Resistência ao escoamento (Psi) |
| Grau 2 | 57.000 psi |
| Grau 5 | 92.000 psi |
| Grau 8 | 130.000 psi |
perguntas frequentes
Qual é a resistência de um parafuso de grau 8.8?
Os parafusos de grau 8.8 são considerados mais fortes, com excelentes resistências à tração e ao escoamento. O valor exato valores de tração e a tensão de cedência são de 830 MPa e 640 MPa, respetivamente.
Qual é a diferença entre limite de elasticidade e resistência à tração?
A resistência ao escoamento e à tração são dois parâmetros diferentes. A resistência ao escoamento indica o nível de tensão para além do qual os materiais começam a deformar-se. A resistência à tração é o ponto (nível de tensão) em que um material ou parafuso se parte e fica danificado.
Um parafuso pode ser utilizado para além do seu limite de elasticidade?
Não. O parafuso não pode ser utilizado para além do seu limite de elasticidade. Se for utilizado, o parafuso irá deformar-se e esticar-se, resultando numa ligação solta. Isto acabará por provocar a falha dos componentes estruturais ou mecânicos unidos através do parafuso.
Qual é a carga mais segura para um ferrolho?
A carga mais segura para o parafuso é de cerca de 70-75% do seu limite de elasticidade total. Com esta força ou tensão, o parafuso segura as peças com segurança. Além disso, mantém-se durável durante mais tempo e a remoção do parafuso também é mais fácil com esta força ou carga óptima.
Conclusão
Concluamos: os parafusos são importantes elementos de fixação utilizados para unir dois componentes. No entanto, cada parafuso tem o seu limite de elasticidade específico. Se o parafuso for utilizado para além do seu limite, começará a deformar-se. Quando o parafuso se deforma, estica-se e solta-se. Como resultado, o seu desempenho irá diminuir e não irá manter as peças estruturais unidas.
É de salientar que é necessário conhecer o limite de elasticidade dos parafusos antes de os utilizar. Isto é ainda mais importante se as peças unidas forem frágeis. A razão é que, se o parafuso exceder o seu limite de elasticidade, irá deformar-se e partir, resultando numa falha da junta. Como resultado, as peças unidas irão desintegrar-se e acabar por partir. Neste artigo, abordei tudo sobre o cálculo do limite de elasticidade.