Cálculo das resistências ao corte e resistências à tração para parafusos

A resistência ao corte e a resistência à tração são dois parâmetros importantes para selecionar e utilizar parafusos. Os parafusos são utilizados para ligar os componentes recorrendo ao bloqueio por atrito e para suportar cargas mecânicas. Para garantir que os parafusos cumprem os requisitos de resistência necessários numa determinada aplicação, é importante saber o que são a resistência ao corte e a resistência à tração e como são calculados.

Resistência dos parafusos

Muitos fatores diferentes desempenham um papel na seleção de parafusos. Além da espessura e resistência do substrato, devem ser observados outros fatores importantes, tais como o material e o diâmetro do parafuso, a carga esperada, etc. Todos estes fatores afetam a resistência de um parafuso. A resistência do parafuso utilizado é de grande importância. Está relacionada com a capacidade de os parafusos suportarem forças de corte e forças de tração. A resistência é especificada por marcação ou por sistemas de classificação, que podem variar dependendo do sistema de normas utilizado e das normas nacionais. A classe de resistência de um parafuso fornece informações sobre a resistência à tração e a resistência à deformação. Os parafusos de aço são marcados de forma diferente dos parafusos de aço inoxidável. Os parafusos de aço estão marcados com dois números (por exemplo, 10.9), enquanto os parafusos de aço inoxidável estão marcados com letras e números (por exemplo, A4-80).

Resistência ao corte dos parafusos

O corte ocorre quando pares de forças com desvio atuam sobre o parafuso. Isto resulta em forças de corte que podem levar ao alongamento, distorção ou torção do parafuso. Os parafusos necessitam de uma certa resistência ao corte para contrariar estas forças de corte. Esta resistência ao corte indica a que carga um parafuso pode ser sujeito sem deformar nem ser destruído. Podem ser exercidas ao mesmo tempo forças de corte de intensidade e direção variáveis num parafuso.

Como calcular a resistência ao corte.

Em geral, existem diferentes métodos pelos quais a resistência ao corte dos materiais pode ser testada. São geralmente utilizados métodos de medição padronizados, que também são designados como testes de corte. Os testes de corte sujeitam a amostra de material a uma força de corte constantemente crescente. A força medida durante o corte da amostra é a força de corte máxima F _m a partir da qual a resistência ao Corte é derivada.

Na prática, no entanto, os materiais não estão totalmente esgotados até ao limite máximo de carga, mas é sempre tida em consideração uma margem de segurança. Esta margem de segurança garante que a tensão de corte permitida (_{classificação T} ) é significativamente inferior à resistência ao corte real (T _B ). A tensão de corte nominal é determinada utilizando este designado fator de segurança (v):

A força de corte nominal (F_nominal) pode então ser determinada por meio desta tensão de corte nominal (T_nominal). O cálculo é realizado multiplicando-se a força de corte permitida pela superfície de corte (S):

No entanto, deve salientar-se que, na prática, é preferível conceber uma ligação aparafusada de modo a que apenas seja exercida uma força de tração, mas não uma força de corte, no parafuso para evitar uma possível falha devido a cargas de corte.

Resistência à tração e resistência à deformação dos parafusos

Semelhante à resistência ao corte, a resistência à deformação é uma tensão que expressa a proporção de uma força (F) para uma área (A), em que a força é uma força de tração (longitudinal ao eixo do parafuso).

A resistência à tração dos parafusos indica até que ponto o material do parafuso pode ser exposto à tensão de tração. Indica a tensão máxima que o material pode suportar por milímetro quadrado da sua área de secção transversal.

A especificação de resistência nos parafusos não só fornece informações sobre a resistência à tração, mas também sobre a resistência à deformação. A resistência à deformação refere-se à tensão em que um material sofre a transição de deformação elástica para plástica. Ou seja: É a tensão máxima que um material pode absorver antes de o material se deformar de forma permanente. Se o material não puder voltar à sua forma original após o alongamento, a força de deformação é excedida.

Determinação da resistência à tração utilizando testes de tração

A resistência à tração (R_m ) é determinada recorrendo a testes de tração. Um teste de tração é um procedimento padronizado pelo qual uma amostra de material é esticada na direção longitudinal até partir. Durante o teste, a força e a alteração do comprimento (= alongamento) da amostra de material são medidas. A resistência à tração é calculada a partir da força de tração máxima alcançada e da área de secção transversal da amostra de material. A resistência à tração é especificada em N/mm ².

Cálculo da resistência à tração e da resistência à deformação dos parafusos de aço

Conforme mencionado, os parafusos são rotulados com uma classe de resistência. Esta classe de resistência fornece informações sobre a sua resistência à tração, ou seja, a força de tração que um parafuso pode suportar. Por conseguinte, a resistência à tração de um parafuso pode ser facilmente calculada com base na classe de resistência e na área da secção transversal do parafuso.

A fim de determinar a resistência à tração para parafusos de aço, o primeiro número da especificação de resistência é multiplicado por um fator de 100. Na ilustração de exemplo a seguir, o seguinte cálculo resultaria em:

Para calcular a resistência à deformação ou o limite de alongamento (R _p-0,2) dos parafusos de aço, ambos os números da especificação de resistência são primeiro multiplicados um pelo outro, seguido pela multiplicação por um fator de 10. Com base no exemplo acima mencionado (10.9), obtém-se o seguinte cálculo:

Cálculo da resistência à tração e da resistência à deformação dos parafusos de aço inoxidável

Para parafusos de aço inoxidável, a especificação da resistência difere na medida em que os parafusos feitos de aço inoxidável são marcados com uma combinação de números por letra (por exemplo, A4-80). A indicação à esquerda do hífen refere-se ao tipo de aço inoxidável do parafuso utilizado. No exemplo a seguir, a designação A4 indica que o parafuso de aço inoxidável é feito de aço inoxidável austenítico (aço V4A). Para determinar a resistência à tração, o valor à direita do hífen (80) é multiplicado por um fator de 10:

O limite de alongamento dos parafusos de aço inoxidável frequentemente não é claramente determinado no teste de tração. Por este motivo, o limite de expansão de 0,2 % determinado no teste de tração é utilizado para aço inoxidável. Isto depende da matéria-prima e é fornecido pelo fabricante ou tem de ser referenciado a partir de uma norma. DIN EN ISO 3506- 1 contém informações sobre o limite de alongamento determinado para A1 a A5 em conjunto com as classes de resistência 50-80 e os intervalos de diâmetro definidos.

Conversão de MPa para N/mm^2

A resistência à tração e resistência ao corte podem ser especificadas em diferentes unidades, nomeadamente em Megapascal (MPa) e Newton por milímetro quadrado (N/mm ^2). No entanto, ambas as unidades são equivalentes, porque 1 MPa corresponde a 1 N/mm ². Megapascal faz parte do sistema internacional de unidades (SI) e, portanto, é largamente utilizado em muitos campos técnicos e científicos. Newton por milímetro quadrado baseia-se mais em convenções mais antigas e continua a ser comum em engenharia mecânica em particular. Em muitas aplicações técnicas, especialmente na teoria da resistência, as forças são medidas em Newton (N) e áreas de superfície em milímetros quadrados (mm ²). Portanto, a unidade N/mm ² é uma escolha natural para calcular a resistência à tração e a resistência ao corte.

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