Resumen del Cap # 8 Tornillos

Resumen capítulo 8 (Grupal)

Diseño de Tornillos

Luis Gonzalez                                        8-889-1894                                1IE-132

Los tornillos son elementos que tienen filetes enrollados en forma de hélice sobre una superficie cilíndrica y son unos de los elementos más utilizados en las máquinas.

En muchos casos los tornillos están sometidos a cargas variables combinadas, por lo que debe aplicarse la teoría de falla por fatiga y debe tomarse en cuenta su diámetro.

Se clasifican en tornillos de Unión y tornillos de Potencia.

Tornillos de Unión:

Sirven para asegurar o unir dos o más partes de estructuras o máquinas.

Las uniones: pueden ser permanentes o semipermanentes. La primera es muy difícil de desmontar, podría incluso requerir la destrucción del remache, mientras que la otra es desmontable.

Aplicaciones: Son muy utilizados en maquinarias debido a su disponibilidad, bajo costo, fácil montaje y porque están normalizados. Se utilizan para fijar motores, bombas, tramos de tubería, estructuras entre muchas otras.

Características de las roscas:

Éstas permiten un desplazamiento longitudinal del tornillo cuando éste está girando y están constituidas por filetes que se enrollan en forma de hélice. Poseen un ángulo de flancos de los filetes de 60°. Existen dos tipos: rosca unificada y rosca métrica.

Series de roscas estándar:

Roscas Bastas: son roscas de paso grande y se usan en aplicaciones ordinarias.

Roscas finas: Son adecuadas cuando existe vibración

Roscas extrafinas: Usadas en equipos aeronáuticos, debido  a las altas vibraciones.

Ajuste:

1 A, 1B: Se utiliza en aplicaciones domésticas donde no se requiera precisión.

2 A, 2 B: tiene tolerancias de ajuste más pequeñas, lo que permite obtener una mejor precisión. Son las más utilizadas para máquinas.

3 A, 3 B: Se utilizan para cumplir requisitos de exactitud.

Designación:

Las roscas se designan mediante códigos en donde se encuentran el diámetro nominal en pulgadas, el paso, el ajuste y se especifica si es roscado a la izquierda o a la derecha.

Resistencia de los pernos:

Se basa en la resistencia límite a tracción, Sp, que es el máximo esfuerzo que puede lograr soportar el perno sin experimentar deformación permanente.

Análisis elástico de tornillos de Unión:

Fuerzas en una Junta:

Existe una fuerza que trata de separar las bridas de una junta, la cual se reparte entre los pernos. Denominada fuerza externa.

Fe= Fuerza externa total/ número de pernos.

La compresión de las bridas también genera una fuerza de reacción que también se reparte entre los pernos, llamada fuerza en las partes por unir, Fc

Fb= Fe + Fc; Fuerza de tracción en el perno.

Fuerzas y deformación en una junta:

Dentro del límite elástico se cumple que S= Eε, donde S es el esfuerzo, se puede obtener una constante que depende de las dimensiones del perno y del material de cal está fabricado.

Cuando se unen dos pernos debe apretarse con suficiente fuerza para evitar la separación cuando las fuerzas del sistema sean aplicadas. Y existe una fuerza mínima de apriete para evitar la separación de las juntas.

FMin=*Nsep*Fe; esta es un fuerza mínima por perno.[pic 1]

FMax=*Fe+Fi; Fuerza máxima sobre el perno luego de apretar y aplicar una fuerza externa.[pic 2]

Cálculo de la constante elástica de la junta, Kc:

Kc= ; donde Ac, Ec y L son área, módulo de Elasticidad y longitud de las partes a unir.[pic 3]

Cálculo de la constante elástica del perno Kb:

Kb= ; donde Ab Eb y L son la el área, el módulo de elasticidad y la longitud del perno entre las arandelas respectivamente.[pic 4]

Diseño de Pernos:

Los pernos pueden fallar en su parte central o núcleo debido a las cargas combinadas variables que pueden ocurrir en éste. Es posible que los filetes se barran debido al esfuerzo cortante que se genera en ellos al someter el perno a tracción.

Esfuerzo cortante en los filetes de una rosca:

La falla ocurre debido a las resistencias relativas del perno y la tuerca, se debe trabajar en obtener una distribución uniforme de los esfuerzos en los filetes y para ello influye el tipo de material.

Si un material es dúctil, el esfuerzo cortante podría producir una fluencia plástica antes de la rotura y esto compensaría inexactitudes, sin embargo, con materiales frágiles van a tender a fallar por pares de filetes.

S=; que corresponde al esfuerzo cortante del elemento, sin embargo para cada uno el área es diferente.[pic 5]

Para perno: Aba= πd(wip)nf.

Para la tuerca: Aba= πd(wop)nf.

Longitud de tuerca:

La longitud de una tuerca debe ser lo suficientemente larga, para que esta falle primero a tracción del núcleo que por barrido de filetes.

Carga de los pernos:

Un perno puede soportar diferentes tipos de carga, aunque la más común es que soporte a tracción.

Al apretar los pernos se crean pequeñas fuerzas normales que generan fueras de fricción, dichas fuerzas podrían someter al perno a cortante directo, para atenuarlo, se utilizan clavijas.

Existen ciertas aplicaciones donde es necesario controlar el apriete de los tornillos y los pernos, para ello se utiliza un torquímetro, que permite lograr cierta uniformidad en el apriete. Se debe mencionar que existen dos formas de calcular las fuerzas en los pernos, con fuerza de tracción inicial conocida o desconocida.

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