Calculadora de distribuição de forças em parafusos

Como as forças são distribuídas em um grupo de parafusos?

Quando a carga de uma ligação não passa pelo centroide do grupo de parafusos, os parafusos recebem duas parcelas. A força é dividida igualmente entre todos, produzindo o cisalhamento direto. O momento da força em relação ao centroide tenta girar a chapa e gera em cada parafuso uma força proporcional à distância ao centroide e perpendicular ao raio, que é o cisalhamento por torção. A força real no parafuso é a soma vetorial das duas parcelas.

Fórmula

O cisalhamento direto é F′ = F / n e o cisalhamento por torção é F″ = M × r / Σr². Aqui, n é o número de parafusos, r é a distância de um parafuso ao centroide, Σr² é a soma dos quadrados das distâncias de todos os parafusos e M é o momento da carga em relação ao centroide. O parafuso crítico geralmente é o mais afastado do centroide cuja parcela de torção atua no mesmo sentido do cisalhamento direto.

Exemplo

No exemplo do livro de Shigley, quatro parafusos ficam em (±75, ±60) mm e uma carga vertical de 16 kN atua a 425 mm do centroide. O cisalhamento direto é 16 / 4 = 4 kN. O momento é 16 × 0,425 = 6,8 kN·m, cada parafuso está a √(75² + 60²) = 96,0 mm do centroide e o cisalhamento por torção é 6800 / (4 × 0,096) = 17,7 kN. Os dois parafusos mais próximos da carga recebem uma resultante de 21,0 kN e os dois mais afastados, 14,8 kN. A calculadora abre com esse exemplo carregado.

Como usar a ferramenta

Insira as coordenadas dos parafusos uma a uma ou use os geradores de grade e círculo. Informe a carga por componentes ou por módulo e ângulo e indique um ponto da linha de ação. A ferramenta informa o centroide, Σr², as componentes em cada parafuso e o parafuso mais solicitado. Insira a força de cisalhamento admissível por parafuso para obter também o índice de utilização.

Limites

Este cálculo fornece apenas a distribuição de forças. A resistência dos parafusos ao cisalhamento e à pressão de contato, o rasgamento da chapa, as distâncias às bordas e os espaçamentos são verificados separadamente. O método elástico é uma hipótese conservadora, adequada ao dimensionamento preliminar. Para momentos fora do plano que tracionam os parafusos, você pode usar a distribuição de tração da ferramenta de grupo de chumbadores.

Perguntas frequentes

Como calcular um grupo de parafusos com carregamento excêntrico?

Por exemplo, com parafusos posicionados em x = -50 e 50 mm, uma carga vertical de 12 kN aplicada a uma distância horizontal de 100 mm do centroide gera uma carga máxima de 18 kN no parafuso mais solicitado. Some as parcelas do cisalhamento direto e do momento elástico. Este cálculo preliminar considera rigidezes iguais e exclui pressão de contato na chapa, tração e resistência da ligação.