Diseño de elementos de maquinas - Tornillos y uniones atornilladas
Uniones atornilladas
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12/03/2011 1 UNIONES ATORNILLADAS ELEMENTOS ROSCADOS LONGITUD ROSCADA (b) PASO (p) RANURA HELICOIDAL TALLADA A TODO LO LARGO DE LA ZONA DIAMETRO (d)
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UNIONES ATORNILLADAS
ELEMENTOS ROSCADOS
LONGITUD ROSCADA (b)
PASO (p)
RANURA HELICOIDALTALLADA A TODO LO
LARGO DE LA ZONA
DIAMETRO
(d)
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ELEMENTOS ROSCADOS
SENTIDO DE LA HELICE (SENTIDO DE LA ROSCA)
DERECHA IZQUIERDA
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Los elementos roscados pueden ser exteriores (como los tornillos) o interiores (como los agujeros roscados de las piezas y las tuercas).
Todos presentan una ranura helicoidal tallada alrededor de la superficie cilíndrica (externa o interna).
ELEMENTOS ROSCADOS
Las normas de elementos roscados que
veremos en el curso son orientadas a
elementos roscados cuya finalidad es la
sujeción de componentes mecánicos.
En el montaje de piezas (para formar los
conjuntos, mecanismos, máquinas, etc) se
aplican como medios de UNION.
ELEMENTOS ROSCADOS
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ELEMENTOS ROSCADOS
PERFIL DE LA HELICE
TRIANGULAR
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TIPOS DE:
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FALLAS EN LAS UNIONES POR PERNOS
Las juntas o uniones por pernos suelen tener diferentes patrones y
riesgos de falla para una misma condición de solicitación
Existen diversas condiciones de operación para las piezas o elementos
de máquina conectados por medio de tornillos.
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Las uniones por tornillos suelen presentar mayormente una de las
siguientes situaciones:
1.Falla por Flexión del perno.
2.Falla por Corte Puro de los pernos.
3.Falla por tracción de las partes a unir.
4.Falla por aplastamiento a compresión del perno.
5.Falla por desgarramiento de la parte a unir.
VENTAJAS
1) Se pueden desmontar fácilmente (para inspección o embalaje)
2) Se pueden unir distintos materiales, con distintos tipos de
fabricación: compuestos, materiales laminados, tratados
térmicamente, etc.
3) Los costos operativos son bajísimos: herramientas de banco y
operarios poco calificados.
4) No se presentan tensiones residuales de la estructura.
5) No cambia el tratamiento térmico de las piezas a unir
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DESVENTAJAS
1) La junta es débil en las partes que se van a unir
2) Acarrea concentraciones tensiónales en los agujeros
3) Las uniones no son herméticas a los fluidos
4) Pueden tener pobre conductividad eléctrica
5) Se pueden aflojar o debilitar ante solicitaciones dinámicas y
también ante variaciones de temperatura
6) Se puede presentar corrosión en la tuerca o cabeza de perno
El paso puede ser corriente, fino y extrafino
(también definidos por las normas).
El ángulo del perfil triangular varía de
acuerdo al tipo de rosca. En las roscas
métricas (DIN-ISO) y las unificadas
(norteamericanas) es 600.
ELEMENTOS ROSCADOS
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Las normas DIN, nos dan información de
los elementos roscados de sujeción
llamados métricos (designados con la letra
M, el diámetro nominal, el paso, y la
longitud roscada). Ejemplo:
M10 x 1,5 x 40 (datos en milímetros)
ELEMENTOS ROSCADOS
Los datos constructivos de esta rosca
son los siguientes:.
• La sección del filete es un triángulo
equilátero cuyo ángulo vale 60º.
• El fondo de la rosca es redondeado y
la cresta de la rosca levemente
truncada
• El lado del triángulo es igual al paso.
• El ángulo que forma el filete es de 60º.
• Paso es la distancia entre dos puntos
homólogos. Ejemplo: entre las crestas
contiguas.
• Su diámetro exterior y el paso se
miden en milímetros.
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Las normas norteamericanas, nos dan información de los elementos roscados de sujeción llamados de Rosca Unificada(designados con el diámetro nominal, el paso en hilos por pulgada, y la longitud roscada). Ejemplo:
¾ - 20 UNC (datos en pulgadas)
ELEMENTOS ROSCADOS
En las roscas unificadas, la designación puede
ser UNC, UNF ó UNEF, dependiendo si es
rosca de paso corriente, fino o extrafino. El
número de hilos por pulgada se refiere al
número de espiras de la ranura helicoidal que
presenta en una pulgada de longitud.
ELEMENTOS ROSCADOS
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ELEMENTOS ROSCADOS
REPRESENTACION EN AGUJEROS CIEGOS SECCIONADOS
M10x1,5
b
l
ELEMENTOS ROSCADOS
REPRESENTACION EN AGUJEROS EN VISTA SUPERIOR
ARCO DE LINEA FINA DE UN POCO MAS DE 270 GRADOS
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MECÁNICA DE LOS TORNILLOS DE
SUJECIÓN Y AJUSTE.
El análisis de la tensión en
juntas atornilladas se hará a
partir de la figura, además se
definen las siguientes
variables:
Fi = precarga inicial
kp= rigidez del perno
km = rigidez de las piezas
sujetadas
P = carga que se aplica
De las dos últimas ecuaciones se puede deducir:
La figura siguiente esquematiza gráficamente cómo se reparte la
carga P en un perno ya precargado, obsérvese que el perno es
menos rígido que las piezas que sujeta.
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EJEMPLO
Se muestra un perno sometido a una carga de
2500N. Determinar las dimensiones mínimas de
un perno de rosca métrica, que soporte dicha
carga con un factor de seguridad de 3.
EJEMPLO
Se decide colocar dos pernos con las
dimensiones calculadas en el ejemplo anterior.
Si las dos planchas de acero (Sy=36 kpsi) tienen
la misma sección transversal (ancho de 50 mm)
determinar el mínimo espesor de las planchas
que descarta fallas en esta unión. Considerar un
factor de seguridad de 3. (1 kpsi=6.9Mpa)
2500 N 2500 N
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EJEMPLO
En la figura se muestra una junta atornillada de un
cilindro de presión (material hierro fundido, E=12
Mpsi). Un total de N pernos ha de emplearse para
resistir una fuerza de separación de 36000 lbs. Se
desea:
a)Calcular las rigideces y la constante C.
b)Obtener el numero de pernos requerido para un
factor de diseño de 2 y tomando en consideración
que los pernos pueden ser reutilizados cuando la
unión se desensamble.
