Apuntes de mquinas y

herramientas

Elementos de fijacin, resortes, rodamientos

ELABORADO POR:

LEONEL ALARCON ALFARO

CARRERA TECNICO EN MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

1. Tipos de uniones

Uniones desmontables

Tornillos, tuercas, arandelas.

Esprragos.

Pernos.

Bulones.

Pasadores.

Chavetas.

Lengetas.

Ejes nervados etc.

Uniones fijas

Soldadura.

Remaches.

1.2 Designacin normalizada

10.2.1 Designacin de los elementos normalizados

1 Nombre o denominacin del objeto.

2 Abreviatura que determina concretamente el producto.

3 Norma correspondiente.

Ejemplo:

Robln de acero 6 UNE 17004.

Designacin de la resistencia de los tornillos

Se designa con dos nmeros separados por un punto (ejemplo 8.8).

El primero indica la dcima parte de la resistencia mnima a la traccin (R) en kg/mm2, y

la segunda indica 10 veces la relacin entre la tensin de fluencia mnima (F) y la resistencia mnima a la traccin (R).

Ejemplo:

Un tornillo con indicacin de resistencia (8.8).

El primer 8 indica: 1/10 R = 8, entonces: R = 80 kg/mm2

El segundo 8 representa:

10*(F/ R), entonces F = (8*R)/10 = 64 kg/mm2

El nmero se marca en la cabeza de los tornillos.

Si no se puede indicar esta caracterstica por falta de espacio, se sustituir la numeracin por su equivalencia, segn tabla adjunta.

1 3. Tornillos

Son los elementos ms empleados en las uniones desmontables y tienen las siguientes

partes: Cabeza, vstago y extremo opuesto o punta.

1.4 Tuercas

1.5 Esprragos y varillas Roscadas

1. Esprragos: Son tornillos sin cabeza que van roscados en los extremos.

a = Longitud atornillada en el lado empotrado.

b = Longitud roscada en el lado de la tuerca.

c = Longitud nominal.

e = Longitud total.

2. Varilla roscada: Se emplea para asegurar la posicin de la pieza despus del montaje o para regulacin de otros elementos. Los extremos de apriete pueden ser

rasurados o con hexgono interior (Allen).

1.6 Arandelas

1. Arandela plana

Son piezas, generalmente cilndricas, con un agujero en su parte central y se emplean como

apoyo de la tuerca. Normalmente se utiliza cuando el material que se va a unir es ms

blando que el de la tuerca, cuando la superficie de la tuerca no es lisa, o como elemento de

seguridad para evitar que se aflojen las tuercas.

2. Arandela muelle (o Grower)

Impiden que se aflojen los tornillos por presin, y se designan por el dimetro interior del

agujero (di).

1.7 Pasadores

La funcin principal de los pasadores es fijar la posicin de las piezas a unir y los tipos son:

1. Pasador cilndrico.

Tipos:

Extremo abombado (A).

Extremo cnico (B).

Extremo liso (C).

Se denominar por el dimetro del vstago y la longitud del pasador.

2. Pasador elstico.

3. Pasador cnico.

Los extremos son redondeados con radio igual a d, actan como cuas y la conicidad es de 1:50.

4. Pasador estriado.

5. Pasador sin cabeza y con taladro.

1.8 Chavetas

Las chavetas tienen por finalidad transmitir el movimiento de rotacin de un eje a un cubo

de una polea o engranaje, sin deslizamiento. Generalmente son metlicas y se alojan

ajustndose parcialmente hundidas entre un eje y el cubo de una rueda o polea.

Existen muy diversas tipos de chavetas segn el esfuerzo a transmitir, la aplicacin, la

forma, el montaje, etc. Si las clasificamos segn la forma, existen dos grupos:

1. Chavetas de ajuste (lenguetas)

Planas, con o sin tornillo de fijacin.

Con chafln.

De disco.

2. Chaveta forzada.

Sin cabeza, encajada o a presin.

Con cabeza.

Las lengetas son las que no poseen plano de inclinacin y tienen todas sus caras paralelas

en general, por el contrario las chavetas tienen planos inclinados, actuando como una cua.

Lengetas de ajuste plana sin tornillo de fijacin (embutidas o engastadas).

Se introducen parcialmente a presin o sin juego en el chivetero del eje.

Lengeta ajustable con chafln

Se diferencia de la anterior en que poseen un chafln para facilitar su montaje y extraccin.

Lengeta de disco.

1.9. Remaches

La finalidad de la unin con remaches es la misma que la unin con tornillos, pero en lugar

de ser desmontable es una unin fija. Por ello, si se quiere desmontar la unin ser

necesario romper el remache.

Un remache se divide en tres partes que son:

a) Cabeza del remache. b) Vstago del remache. c) Cabeza de cierre.

Clasificacin y representacin de los remaches.

Hay varios tipos de remaches fundamentales y sus formas vienen dadas en la norma. Su

denominacin se realiza por el dimetro a 1 mm por debajo de la cabeza si est

comprendido entre 1 y 5 mm y a 5 mm por debajo si es igual o superior a 6 mm, antes del

conformado, y por la longitud del vstago antes de remachar. Los tipos ms importantes

son los indicados a continuacin.

2.1 Resortes

Son elementos elsticos que bajo la accin de una fuerza exterior pueden sufrir grandes

deformaciones y al cesar dicha fuerza exterior desaparece la deformacin.

Aplicaciones:

1 Limitar los efectos de choques, sacudidas, etc.

2 Asegurar el contacto de dos piezas de un mecanismo.

3 Acelerar movimientos que necesitan gran rapidez.

4 Otros: relojes, dinammetros.

2.2 Clases de resortes

Segn su forma se clasifican en:

a) Resortes helicoidales. Normalmente son resortes de seccin redonda o cuadrada, y pueden ser de compresin, de traccin o de torsin.

b) Ballestas: formadas por varias lminas de acero especial. c) Resortes en espiral: generalmente de seccin rectangular. d) Muelles de disco: estn formados por arandelas cnicas.

12.2.1 Resortes helicoidales cilndricos a compresin

Son aquellos que ejercen una fuerza hacia el exterior oponindose a una exterior que trata

de comprimirlos.

Su representacin en vista, seccin y simblica se puede observar a continuacin:

Datos para la designacin de resortes

De o Di = Dimetro exterior o interior segn el resorte trabaje en el agujero o en el eje.

Dm = Dimetro medio.

P = Paso.

Lo = Longitud del resorte libre.

N = Nmero de espiras.

12.2.2 Resortes helicoidales cilndricos a compresin, de seccin cuadrada.

Si la seccin del material no es circular, el smbolo de la seccin debe indicarse en la

representacin simplificada.

12.2.3 Resortes helicoidales cnicos a compresin.

Se utilizan fundamentalmente para amortiguar choques de gran intensidad; por ejemplo

topes de vagones.

12.2.4 Resortes de compresin cilndricos y cnicos combinados.

12.2.5 Resorte de disco

Es un resorte de compresin formado por arandelas elsticas en forma de tronco, montada

individualmente o en grupo superpuestas.

12.2.6 Resorte helicoidal de traccin

Es un resorte helicoidal cilndrico que ejerce la accin hacia su interior, oponindose a una

fuerza exterior que trata de estirarlo en la direccin de su eje. En reposo, las espiras de este

tipo de resorte estn normalmente juntas, por lo que el paso de las espiras es igual al

dimetro del hilo.

12.2.7 Resorte de lminas.

Este tipo de resorte se conoce con el nombre de ballesta. Est formado por una serie de

lminas de acero de seccin rectangular de diferente longitud, las cuales trabajan a flexin;

la lmina de mayor longitud se denomina lmina maestra.

Introduccin

Un engranaje es un mecanismo de transmisin, es decir, se utiliza para transmitir el

movimiento de rotacin entre dos rboles. Est formado por dos ruedas dentadas que

engranan entre s, montadas solidariamente a sus respectivos rboles, de tal forma, que el

movimiento se transmite por efecto de los dientes que entran en contacto.

La rueda de menor nmero de dientes se denomina pin, y la de mayor nmero de dientes

se denomina corona. En el modo de funcionamiento habitual de un engranaje, el pin es el

elemento que transmite el giro, rueda conductora, mientras que la corona hace el papel de

rueda conducida.

2.5. Clasificacin de los engranajes

Los engranajes se pueden clasificar atendiendo a la posicin relativa de sus ejes.

Engranajes de ejes paralelos. Utilizan ruedas dentadas cilndricas con dentado recto o

con dentado helicoidal.

1. Engranajes de ejes cruzados. Utilizan ruedas con dentado helicoidal, cilndricas o cnicas; tambin pueden estar construidos por una rueda helicoidal y un tornillo sin

fin.

2. Engranajes de ejes concurrentes. Utilizan ruedas dentadas cnicas con dentado recto o dentado helicoidal.

2.5.1. Definiciones geomtricas

A continuacin se realiza una descripcin de los parmetros ms importantes referentes al

dentado de una rueda dentada perteneciente a un engranaje, independientemente del tipo de

rueda utilizada. En sucesivos apartados se estudiarn las particularidades de cada tipo de

rueda.

RUEDA CONJUGADA: cualquiera de las dos ruedas dentadas de un engranaje respecto a

la otra.

DIENTE: en una rueda dentada, cada uno de los elementos salientes destinados a asegurar,

por contacto con los dientes de la rueda conjugada, el arrastre de la rueda por su conjugada.

HUECO ENTRE DIENTES: espacio que separa dos dientes contiguos de una rueda

dentada.

SUPERFICIE DE CABEZA: superficie coaxial a la rueda dentada, que limita las puntas

de los dientes.

SUPERFICIE DE PIE: superficie coaxial a la rueda dentada, que limita el fondo de los

huecos entre dientes.

FLANCO DEL DIENTE: porcin de la superficie lateral de un diente comprendida entre

las superficies de cabeza y de pi. Para establecer la forma del perfil de los flancos de los

dientes hay que tener en cuenta los siguientes aspectos: la sencillez de su tallado, la

disminucin del rozamiento, la resistencia de los dientes, asegurar un funcionamiento

silencioso y exento de vibraciones.

Hay una gran diversidad de formas de dientes, pero prcticamente, solamente se emplean

curvas cclicas fciles de realizar, utilizndose el perfil cicloidal, y ms generalizado el de

evolvente del crculo.

El dentado con perfil cicloidal est compuesto por dos curvas, epicicloide en la parte

superior del diente e hipocicloide en la parte inferior. Este dentado tiene la ventaja de una

perfecta correspondencia en la forma de los dientes, con pequea presin y, por

consiguiente, mnimo desgaste, pero con el inconveniente de precisar un trazado para cada

juego de ruedas o engranaje, con la consiguiente dificultad de mecanizado. El dentado con

perfil de evolvente est compuesto por una sola curva. Tiene la ventaja de que todas las

ruedas que tienen el mismo paso, ngulo de presin, ajuste de cabeza y de pie de diente,

pueden trabajar juntas e intercambiarse, modificando nicamente la distancia entre centros;

a su vez, el mecanizado de este tipo de dientes se efecta mediante herramientas sencillas.

Lo anterior justifica la utilizacin casi exclusiva del dentado con perfil de evolvente.

EVOLVENTE DEL CRCULO: curva descrita por un punto de una recta que rueda sin

deslizar sobre una circunferencia fija (circunferencia base).

CIRCUNFERENCIA BASE: es el lugar geomtrico de todos los puntos de origen de las

evolventes que forman los flancos de los dientes de una rueda dentada.

DIMETRO BASE (db): dimetro de la circunferencia base.

FLANCO DERECHO/IZQUIERDO: para un observador que mira desde el lado de la

rueda dentada convencionalmente elegido como lado de referencia, de los dos flancos, el

que est a la derecha/izquierda del diente visto con la cabeza hacia arriba.

FLANCOS HOMOLOGOS: en una rueda dentada, todos los flancos derechos o todos los

izquierdos.

FLANCO CONJUGADO: en un engranaje, uno de los flancos en contacto, considerado

con relacin al otro.

FLANCO ACTIVO: porcin del flanco de trabajo sobre el que se efecta el contacto con

los flancos de la rueda conjugada.

CIRCUNFERENCIA PRIMITIVA: superficie convencional que se toma como

referencia para definir las dimensiones del dentado de una rueda dentada, y la posicin

relativa entre las dos ruedas que constituyen el engranaje. Desde el punto de vista

cinemtica representa la seccin circular de la rueda de friccin equivalente. Es decir, si en

lugar de utilizar un engranaje, utilizamos dos ruedas de friccin, en ambos casos, para una

velocidad n1 de la rueda conductora, obtenemos una velocidad n2 en la rueda conducida.

DIMETRO PRIMITIVO (d): dimetro de la circunferencia primitiva.

LINEA DE ACCION: es la tangente comn a las dos circunferencias base del engranaje, y

a su vez, representa el lugar geomtrico de los sucesivos puntos de contacto de los flancos

conjugados.

ANGULO DE PRESION (a): es el ngulo formado por la lnea de accin y la tangente

comn a las circunferencias primitivas del engranaje; su valor es de 20.

Rueda dentada cilndrica con dentado recto.

Es una rueda dentada cuya superficie exterior es cilndrica, siendo las generatrices de las

superficies laterales de los dientes (flancos) paralelas al eje de la rueda.

Dimensiones principales.

CILINDRO PRIMITIVO: superficie cilndrica, coaxial a la rueda, que se toma como

referencia para definir las dimensiones del dentado. Su seccin por un plano perpendicular

al eje de la rueda, da lugar al crculo primitivo.

CILINDRO DE CABEZA: superficie cilndrica, coaxial a la rueda, que limita las cabezas

de los dientes. Al seccionarlo por un plano perpendicular al eje de la rueda, se obtiene el

crculo de cabeza.

CILINDRO DE PIE: superficie cilndrica, coaxial a la rueda, que limita los pies de los

dientes. Al seccionarlo por un plano perpendicular al eje de la rueda, se obtiene el crculo

de pie.

DIAMETRO PRIMITIVO (d): dimetro del crculo primitivo.

DIAMETRO DE CABEZA (da): dimetro del crculo de cabeza.

da=d+2ha

DIAMETRO DE PIE (df): dimetro del crculo de pie.

df=d-2hf

NUMERO DE DIENTES (z): es el nmero de dientes de la rueda.

PASO (p): longitud del arco de la circunferencia primitiva comprendido entre dos flancos

homlogos consecutivos.

p=3,14d/z

MODULO (m): es la relacin entre el dimetro primitivo expresado en milmetros y el

nmero de dientes de la rueda. Su valor est normalizado.

m=d/z

ESPESOR DEL DIENTE (s): longitud del arco de la circunferencia primitiva

comprendido entre los dos flancos de un diente.

S p/2

LONGITUD DEL DIENTE (b): longitud de la parte dentada, medida siguiendo la

generatriz del cilindro primitivo.

ALTURA DE CABEZA DE DIENTE (ha): distancia radial entre la circunferencia de

cabeza y la circunferencia primitiva.

ha=m

ALTURA DE PIE DE DIENTE (hf): distancia radial entre la circunferencia de pie y la

circunferencia primitiva.

hf=1,25m

ALTURA DE DIENTE (h): distancia radial entre la circunferencia de cabeza y la

circunferencia de pie.

h=ha+hf

13.2.1 Engranaje de ejes paralelos formado por dos ruedas dentadas cilndricas con

dentado recto.

Dos ruedas dentadas cilndricas con dentado recto nicamente pueden constituir un

engranaje de ejes paralelos.

RELACIONES ENTRE LAS DIMENSIONES DE LAS DOS RUEDAS

m1=m2 p1=p2 h1=h2 b1=b2

RELACION DE TRANSMISION (i): relacin entre las velocidades angulares de las

ruedas conductora n1 y conducida n2 .

i=n1/n2=z2/z1=d2/d1

DISTANCIA ENTRE CENTROS (a): es la distancia entre los ejes. Como los cilindros

primitivos deben de ser tangentes, la distancia entre los centros ser igual a la semisuma de

los dimetros primitivos.

a=(d1+d2)/2

13.2.2 Rueda dentada cilndrica con dentado helicoidal.

Es una rueda dentada cuya superficie exterior es cilndrica, y las generatrices de las

superficies laterales de los dientes (flancos) son hlices.

13.2.3 Engranajes de ejes cruzados a 90 formado por dos ruedas dentadas cilndricas

con dentado helicoidal.

13.2.4 Engranaje de tornillo sin fin.

Este tipo de engranaje se utiliza en la transmisin del movimiento entre dos rboles que se

cruzan sin cortarse, normalmente formando un ngulo de 90. Se compone de un tornillo

cilndrico (pin) que engrana en una rueda dentada con dentado helicoidal (corona).

13.2.5 Engranaje de ejes concurrentes a 90 formado por dos ruedas dentadas cnicas

con dentado recto.

3.1. RODAMIENTOS

Existen dos tipos de cojinetes: los cojinetes de deslizamiento (casquillos) y los de rodadura

(rodamientos). El rodamiento es un tipo de cojinete que tiene menor rozamiento que los

cojinetes de deslizamiento, por existir rodadura. Su aplicacin es como punto de apoyo de

los ejes o rboles de poleas, engranajes, motores elctricos, etc.

3.1.1. Clasificacin de los rodamientos.

1. Rodamientos para cargas radiales. Pueden soportar preferentemente cargas dirigidas

en la direccin perpendicular al eje de rotacin.

2. Rodamientos para cargas axiales. Pueden soportar cargas que acten nicamente en la

direccin del eje de rotacin. A su vez pueden ser: rodamientos de simple efecto, que

pueden recibir cargas axiales en un sentido, y rodamientos de doble efecto, que pueden

recibir cargas axiales en ambos sentidos.

3. Rodamientos para cargas mixtas. Pueden soportar esfuerzos radiales, axiales o ambos

combinados.

Segn el tipo de elementos rodantes utilizados:

1. Rodamientos de bolas. Son adecuados para altas velocidades, alta precisin, bajo par

torsional, baja vibracin.

2. Rodamientos de rodillos. Los rodillos pueden ser de diferentes formas: cilndricos,

cnicos, forma de tonel (la generatriz es un arco de circunferencia) y de agujas (cilindros de

gran longitud y pequeo dimetro). Se caracterizan por tener una gran capacidad de carga,

asegurando una vida y resistencia a la fatiga prolongadas.

3.1.2. Representacin de rodamientos.

En los dibujos de conjunto, los rodamientos se representan en corte; esto es debido a que

van alojados en el interior de soportes, de ah que para su visualizacin y consiguiente

representacin sea necesario realizar una vista en corte del conjunto.

Existen dos tipos de representacin: representacin simplificada y representacin detallada.

3.1.3. FIJACIN DE RODAMIENTOS Los aros de los rodamientos deben tener casi siempre una posicin bien definida, no slo

para asegurar la coincidencia de los caminos de rodadura, sino para recibir correctamente

las cargas que actan en el sistema. Pueden admitirse posiciones libres cuando exista riesgo

de dilatacin o el ajuste se realice sobre otro rodamiento.

A continuacin se describen diferentes sistemas para la fijacin axial de los rodamientos.

RESALTES Y TAPAS DE FIJACION

Los aros del rodamiento se apoyarn sobre resaltes planos y perpendiculares al eje del

rodamiento, practicados en el rbol y en el alojamiento del soporte. La altura de los resaltes

y sus radios sern proporcionales a las dimensiones de los aros y a los radios de los bordes

de los rodamientos.

ANILLOS DE FIJACION

Se utilizan anillos de fijacin segn DIN 988 cuando los resaltes del rbol y del alojamiento

practicado en el soporte son pequeos. Permiten soportar cargas axiales muy limitadas, por

lo que se emplean preferentemente para rodamientos radiales de bolas o de rodillos

cilndricos.

ARANDELA ELASTICA

El rodamiento queda fijado axialmente al rbol por medio de una arandela elstica segn

UNE 26.074 y DIN 471 que va alojada en una ranura practicada en el mismo.

La fijacin axial del rodamiento al soporte puede realizarse por medio de un resalte, o bien,

por medio de una arandela elstica segn UNE 26.075 y DIN 472 que va alojada en una

ranura practicada en el alojamiento cilndrico del soporte.

Este sistema de retencin no resulta adecuado para absorber fuertes cargas axiales.