- A extremidade da biela do motor de um automóvel é fixada através de dois parafusos M8
da classe 10.9 com roscas laminadas. Os comprimentos do corpo c da região sem rosca podem ser considerados iguais a 16 mm . A extremidade da biela (o componente a ser fixado) possui uma área efetiva de seção transversal de
por parafuso. Cada parafuso é apertado até uma pré-carga de 22 kN . A carga externa máxima, dividida igualmente entre os parafusos. é de 18 kN .
(a) Estime o torque requerido para o aperto dos parafusos.
(b) Qual a carga total máxima por parafuso durante a operação?
c- Qual é o fator de segurança (fator pelo qual a carga de 18 kN ser multiplicada) por fadiga? Admita uma curva tensão-deformação ideal baseada em Sy.
Resp: (a)
, (b) 23,5 kN, © aproximadamente 1,0
(a) Estime o torque requerido para o aperto dos parafusos.
(b) Qual a carga total máxima por parafuso durante a operação?
c- Qual é o fator de segurança (fator pelo qual a carga de 18 kN ser multiplicada) por fadiga? Admita uma curva tensão-deformação ideal baseada em Sy.
Resp: (a)
Passo 1
Então, vamos lá! Temos um exercício sobre fixação de parafusos em um motor de automóvel. Vamos precisar usar conhecimentos de mecânica, especialmente sobre torque, cargas em parafusos e fator de segurança por fadiga. Precisamos calcular o torque necessário para apertar os parafusos, a carga máxima que cada parafuso suporta durante a operação e o fator de segurança.
Passo 2
Primeiro, vamos calcular o torque necessário para apertar os parafusos. O torque (
) pode ser calculado usando a fórmula:
onde:
-
é o coeficiente de atrito (vamos supor para parafusos laminados), -
é a força de pré-carga, -
é o diâmetro do parafuso.
Passo 3
Sabemos que a pré-carga (
) é de 22 kN por parafuso. Como estamos lidando com parafusos M8, o diâmetro (
) é de 8 mm ou 0,008 m.
Passo 4
Agora, substituímos os valores na fórmula do torque:
Passo 5
Agora, vamos calcular a carga total máxima por parafuso durante a operação. A carga externa total é de 18 kN, dividida igualmente entre os dois parafusos.
Passo 6
Cada parafuso já tem uma pré-carga de 22 kN. Durante a operação, cada parafuso também suporta metade da carga externa.
Passo 7
Então, a carga total por parafuso será a soma da pré-carga e da carga externa:
Passo 8
Por fim, vamos determinar o fator de segurança por fadiga. O fator de segurança (
) é o quanto a carga real está abaixo da carga máxima que o material pode suportar sem falhar.
Passo 9
Dado que a carga máxima durante a operação é de 31 kN por parafuso e a área efetiva da seção transversal é de
, podemos calcular a tensão (
):
Passo 10
Admitindo uma curva tensão-deformação ideal baseada em
(limite de escoamento), se considerarmos
adequado para esse material, o fator de segurança seria:
Resposta
© O fator de segurança por fadiga é aproximadamente
.