Guia prático para cálculo de peso suportado por parafusos

Parafusos são componentes essenciais em muitos projetos, sejam eles de construção, engenharia ou montagem. Porém, entender a capacidade de carga que um parafuso pode suportar é fundamental para garantir a segurança e a integridade das fixações.

Afinal, ninguém quer ver estruturas comprometidas ou equipamentos danificados por conta de um erro de dimensionamento. Neste guia, vamos abordar como calcular o peso máximo que um parafuso pode suportar e quais são os principais fatores que influenciam a resistência dos parafusos.

Principais fatores que influenciam a resistência dos parafusos

Para entender como um parafuso suporta determinada carga, é necessário considerar uma série de fatores. Abaixo, exploramos os principais pontos que influenciam diretamente na capacidade de carga de um parafuso:

1. Diâmetro

O diâmetro é um dos fatores mais importantes na capacidade de carga de um parafuso. Em geral, quanto maior o diâmetro, maior será a área de contato entre o parafuso e o material, o que aumenta a resistência. Por exemplo, um parafuso de diâmetro 10 mm pode suportar mais carga que um de 6 mm, desde que ambos estejam sujeitos às mesmas condições.

2. Material

Os parafusos são fabricados com diferentes materiais, cada um com suas propriedades mecânicas específicas. Parafusos de aço inoxidável, por exemplo, são conhecidos por sua resistência à corrosão, mas não necessariamente possuem a mesma resistência mecânica que parafusos de aço de alta resistência. Já parafusos de titânio são mais leves e resistentes, ideais para aplicações que exigem menor peso e alta resistência.

3. Classe de resistência

Os parafusos são classificados em classes de resistência (como 4.6, 8.8, 10.9, etc.), que indicam sua resistência à tração e cisalhamento. A classe 8.8, por exemplo, é uma das mais usadas em projetos industriais, oferecendo uma resistência adequada para a maioria das aplicações comuns.

4. Tipo de rosca

O tipo de rosca também influencia a resistência de um parafuso. Roscas grossas oferecem maior resistência à tração, enquanto roscas finas têm melhor resistência ao cisalhamento. A escolha entre esses tipos dependerá do tipo de carga a que o parafuso será submetido e do material em que será aplicado.

Como calcular a carga máxima que um parafuso suporta

Calcular a capacidade de carga de um parafuso envolve entender dois tipos de tensão principais: cisalhamento e tração. Abaixo, vamos explicar como calcular cada uma dessas tensões e determinar a carga máxima que o parafuso pode suportar.

1. Tensão de tração

A tensão de tração ocorre quando uma carga puxa o parafuso ao longo de seu eixo. Para calcular a tensão de tração máxima de um parafuso, utiliza-se a seguinte fórmula:
Carga de Tração Máxima (N) = At x σt
​
Onde:

• At​ = Área da seção transversal do parafuso (mm²)
• σt​ = Resistência à tração do material (N/mm²)

Exemplo prático: Imagine um parafuso de aço classe 8.8 com um diâmetro de 10 mm. A resistência à tração para essa classe é de 800 N/mm². A área da seção transversal (At​) pode ser calculada como:

Para um diâmetro de 10 mm:

Então, a carga máxima de tração é: 78.5mm² x 800N/mm² = 62,800N

2. Tensão de cisalhamento

A tensão de cisalhamento ocorre quando a carga aplicada tenta cortar o parafuso, ou seja, a força age perpendicularmente ao eixo do parafuso. Para calcular a tensão de cisalhamento máxima, utiliza-se a fórmula:

Carga de Cisalhamento Máxima (N) = As​ x σs​

Onde:

• As​ = Área de cisalhamento, que geralmente é igual à área da rosca ou ao diâmetro menor do parafuso
• σs​ = Resistência ao cisalhamento, que é aproximadamente 60% da resistência à tração

No exemplo anterior, para o parafuso de 10 mm e resistência à tração de 800 N/mm², a resistência ao cisalhamento (σs​) é aproximadamente 480 N/mm².

Assim, a carga de cisalhamento é: 78.5mm² x 480N/mm² = 37,680N

Exemplos de cálculo para diferentes situações

Exemplo 1: Fixação de uma viga de metal

Em um projeto de construção, você precisa fixar uma viga de metal de forma que ela suporte cargas de tração e cisalhamento. Ao utilizar parafusos de aço classe 8.8 de 10 mm, conforme calculado anteriormente, você saberá que cada parafuso suporta 62,800 N em tração e 37,680 N em cisalhamento.

Exemplo 2: Montagem de um suporte de prateleira

Para fixar um suporte de prateleira que suportará apenas cargas de tração, você pode utilizar parafusos de aço classe 4.6 de 8 mm de diâmetro. Com uma resistência à tração menor, é fundamental calcular a capacidade de cada parafuso para garantir que a prateleira não ceda.

Como evitar erros de dimensionamento e garantir segurança

Erros no dimensionamento podem levar a falhas catastróficas. Aqui estão algumas dicas práticas para evitar problemas:

• Siga as normas técnicas: Utilize as normas de engenharia e construção para escolher os parafusos adequados. Normas como a ABNT NBR ISO 898 e DIN fornecem especificações detalhadas sobre as propriedades dos parafusos.
• Considere o ambiente: Se o parafuso será utilizado em um local exposto a umidade ou químicos, opte por materiais resistentes à corrosão. Um parafuso enferrujado perde grande parte de sua resistência.
• Calcule com margens de segurança: Sempre inclua uma margem de segurança ao calcular a carga máxima de um parafuso, especialmente em projetos críticos. Isso ajuda a prevenir falhas em situações de cargas inesperadas ou condições extremas.
• Verifique o aperto adequado: Parafusos que não são apertados corretamente perdem resistência. Use sempre o torque recomendado para garantir que o parafuso atinja seu potencial máximo de fixação.

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