Embed Size (px)
DESCRIPTION
diseño de elementos
Citation preview
Unidad 2Unidad 2Diseño de tornillos, sujetadores y Diseño de tornillos, sujetadores y
unionesuniones
Sujetadores roscadosSujetadores roscados
Un sujetador es un dispositivo que sirve Un sujetador es un dispositivo que sirve para conectar o unir dos o más miembros. para conectar o unir dos o más miembros.
Existen muchos tipos de sujetadores y Existen muchos tipos de sujetadores y variaciones para uso de los ingenieros.variaciones para uso de los ingenieros.
En la figura se muestran tres tipos de En la figura se muestran tres tipos de sujetadores roscados; sujetadores roscados;
Perno y tuerca Perno y tuerca Tornillo de cabezaTornillo de cabezaBirloBirlo
La mayoría de los sujetadores roscados La mayoría de los sujetadores roscados consiste de un consiste de un pernoperno que pasa por un que pasa por un barreno de los miembros que se van a barreno de los miembros que se van a unir y acoplado con una tuerca unir y acoplado con una tuerca
En ocaciones, el perno se acopla con En ocaciones, el perno se acopla con roscas en lugar de una tuerca.roscas en lugar de una tuerca.
Un birlo tiene rosca en ambos extremos y Un birlo tiene rosca en ambos extremos y se atornilla, más o menos se atornilla, más o menos permanentemente, en el barreno roscado permanentemente, en el barreno roscado de uno de los miembros que se va a unir.de uno de los miembros que se va a unir.
La mayoria de las cabezas de los pernos La mayoria de las cabezas de los pernos (y tuercas) son hexagonales.(y tuercas) son hexagonales.
Normas y definiciones de roscasNormas y definiciones de roscas
La terminología de las roscas de tornillo La terminología de las roscas de tornillo se explica como sigue.se explica como sigue.
El paso es la distancia entre dos cuerdas El paso es la distancia entre dos cuerdas adyacentes, medida en forma paralela al adyacentes, medida en forma paralela al eje de la rosca. El paso en unidades eje de la rosca. El paso en unidades inglesas es el reciproco del número de inglesas es el reciproco del número de cuerdas por pulgada cuerdas por pulgada NN
El diámetro mayor El diámetro mayor dd es el mas grande de es el mas grande de la rosca.la rosca.
El diámetro menor El diámetro menor ddrr o o dd11 es el mas es el mas
pequeño de la rosca.pequeño de la rosca.El avance El avance ll es la distancia que se es la distancia que se
desplaza una tuerca en forma paralela al desplaza una tuerca en forma paralela al eje del tornilloeje del tornillo
D/d = diámetro mayor básico del hilo D/d = diámetro mayor básico del hilo interno (externo)interno (externo)
DD11/d/d11= diámetro básico menor del hilo = diámetro básico menor del hilo
interno (externo)interno (externo)
DD22/d/d22 = diámetro del paso básico del hilo = diámetro del paso básico del hilo
internointerno P = pasoP = paso H = 0.5 (3)H = 0.5 (3)1/21/2pp
Un elemento con rosca multiple es el que Un elemento con rosca multiple es el que tiene dos o mas roscas cortadas lado a tiene dos o mas roscas cortadas lado a lado. lado.
Los productos estandarizados como Los productos estandarizados como tornillo pernos y tuercas tienen roscas tornillo pernos y tuercas tienen roscas sencillas sencillas
La norma para roscas de la La norma para roscas de la American American nationalnational (unificada) se ha aprobado en (unificada) se ha aprobado en estados unidos y Gran Bretaña, para su estados unidos y Gran Bretaña, para su empleo en todos los productos roscados empleo en todos los productos roscados estandarizados.estandarizados.
El angulo de la rosca es 60° y sus crestas El angulo de la rosca es 60° y sus crestas son aplanadas o redondas.son aplanadas o redondas.
El área de la varilla sin rosca se llama El área de la varilla sin rosca se llama área de esfuerzo de tensión Aárea de esfuerzo de tensión Att de la varilla de la varilla
roscada. roscada.
Las roscas métricas se describen Las roscas métricas se describen escribiendo el diámetro y el paso en escribiendo el diámetro y el paso en milímetrosmilímetros
M12 x 1.75M12 x 1.75 Es una rosca que tiene un diámetro Es una rosca que tiene un diámetro
nominal de 12 mm y un paso de 1.75 mm, nominal de 12 mm y un paso de 1.75 mm, la letra M, que precede al diámetro, es la la letra M, que precede al diámetro, es la clave para la designación métrica.clave para la designación métrica.
La amenaza sobre algún sujetador es por La amenaza sobre algún sujetador es por sobrecarga a los sujetadores, y esto se sobrecarga a los sujetadores, y esto se logra mediante métodos estadísticos. La logra mediante métodos estadísticos. La amenaza de la fatiga es menor.amenaza de la fatiga es menor.
Los puntos de concentración del esfuerzo Los puntos de concentración del esfuerzo se encuentran en el entalle, al inicio de los se encuentran en el entalle, al inicio de los hilos y en la raíz del hilo, en el plano de la hilos y en la raíz del hilo, en el plano de la cuerda esta presentecuerda esta presente
La longitud de la rosca de tornillos de La longitud de la rosca de tornillos de serie en pulgadas, donde D es el diámetro serie en pulgadas, donde D es el diámetro nominal, se expresa:nominal, se expresa:
2D + ¼ pulg2D + ¼ pulg L L << 6 pulg 6 pulg
LT = LT =
2D + ½ 2D + ½ pulgpulg
Para tornillos metricosPara tornillos metricos
2D + 62D + 6 L L < < 125125 DD<<2828
LT = LT = 2D + 122D + 12 L < 200L < 200
2D + 252D + 25 L > 200L > 200
La longitud ideal del tornillo es aquella La longitud ideal del tornillo es aquella donde se proyectan uno o dos hilos de la donde se proyectan uno o dos hilos de la tuerca despues de que se aprieta.tuerca despues de que se aprieta.
Analisis de carga de pernos y Analisis de carga de pernos y tuercastuercas
El perno y la tuerca que se presentan en El perno y la tuerca que se presentan en la figura se puede considerar como un la figura se puede considerar como un sistema de resortes.sistema de resortes.
El perno se considera como un resorte en El perno se considera como un resorte en tensión con una rigidez ktensión con una rigidez kbb. La junta que . La junta que
une varios miembros, se considera como une varios miembros, se considera como un resorte en compresión con una rigidez un resorte en compresión con una rigidez kkJJ..
En la figura se indican las fuerzas y En la figura se indican las fuerzas y deflexiones que actuan sobre el perno y la deflexiones que actuan sobre el perno y la junta.junta.
En la figura a, el perno y la junta se En la figura a, el perno y la junta se consideran desensamblados y se muestra consideran desensamblados y se muestra la carga y la deflexión para cada uno.la carga y la deflexión para cada uno.
Para el perno la fuerza es de tensión y la Para el perno la fuerza es de tensión y la deflexion es una extensión del perno, deflexion es una extensión del perno, mientras que para la junta la deflexion es mientras que para la junta la deflexion es una contracción.una contracción.
En la figura b, las líneas de carga y flexión En la figura b, las líneas de carga y flexión del perno y la junta se interceptan en un del perno y la junta se interceptan en un punto de precarga Ppunto de precarga Pii..
En la figura siguiente se muestran las En la figura siguiente se muestran las fuerzas contra deflexion para un perno y fuerzas contra deflexion para un perno y una junta cuando se ha aplicado una una junta cuando se ha aplicado una carga externa. El perno se alarga por ecarga externa. El perno se alarga por ekk
(extensión del perno=reducción en la (extensión del perno=reducción en la contracción del la junta)contracción del la junta)
PPii = punto de precarga del sujetador = punto de precarga del sujetador
KKbb = rigidez del tornillo (como si fuera un = rigidez del tornillo (como si fuera un
resorte)resorte)
KKjj = rigidez de la tuerca (considerada = rigidez de la tuerca (considerada
como un resortecomo un resorte
eeKK = alargamiento del perno = alargamiento del perno
Del equilibrio se tiene:Del equilibrio se tiene:
0 kbiKji ekPeKPP
La carga sobre el perno esLa carga sobre el perno es
kbib ekPP
PCPkk
PkPP ki
ib
bib
La rigidez esLa rigidez es
El valor es adimensionalEl valor es adimensional
ib
bk kk
kC
La carga sobre la junta esLa carga sobre la junta es
La fuerza externa se aplica debajo de la cabeza La fuerza externa se aplica debajo de la cabeza del perno y debajo de la cabeza de la tuerca.del perno y debajo de la cabeza de la tuerca.
PCPkk
PkPekPP ki
bj
jikjij )1(
RIGIDEZ DEL PERNORIGIDEZ DEL PERNO
El perno se trata El perno se trata como un resorte en como un resorte en serie cuando se serie cuando se consideran el cuerpo consideran el cuerpo y la seccion roscada. y la seccion roscada. El perno puede tener El perno puede tener diametros diferentes diametros diferentes debido a otras debido a otras especificaciones, de especificaciones, de manera que:manera que:
...111
21
bbb kkk
De la figura observamosDe la figura observamos
2222
4.04.0441
r
rt
c
cs
r
te
c
se
b d
dL
d
dL
Ed
L
d
L
Ek
Rigidez en la juntaRigidez en la junta
El esfuerzo que se induce en la junta es El esfuerzo que se induce en la junta es uniforme en toda la región que rodea al uniforme en toda la región que rodea al barreno del perno, con un esfuerzo nulo barreno del perno, con un esfuerzo nulo fuera de esta región.fuera de esta región.
Con frecuencia se emplean dos troncos Con frecuencia se emplean dos troncos cónicos simétricos alrededor del plano cónicos simétricos alrededor del plano medio de la junta; cada uno con ángulo medio de la junta; cada uno con ángulo del vértice de 2 alfa, para representar el del vértice de 2 alfa, para representar el esfuerzo en la junta.esfuerzo en la junta.
))(tan(
))(tan(ln2
tan
cicifi
cicifi
fciji
ddddL
ddddL
dEk
Resistencia Resistencia
La carga de prueba de un perno es la La carga de prueba de un perno es la carga máxima que un perno puede carga máxima que un perno puede soportar son adquirir una deformación soportar son adquirir una deformación permanente.permanente.
La resistencia de prueba es el valor limite La resistencia de prueba es el valor limite del esfuerzo que se determina usando una del esfuerzo que se determina usando una carga de prueba y el área de esfuerzo de carga de prueba y el área de esfuerzo de tensión.tensión.
La resistencia de prueba La resistencia de prueba SSpp define los define los
grados o clases en el que se clasifica el grados o clases en el que se clasifica el material, el tratamiento calorifico y la material, el tratamiento calorifico y la resistencia a la prueba minima de pernos resistencia a la prueba minima de pernos y tornillos.y tornillos.
En las siguientes tablas se ofrece En las siguientes tablas se ofrece informacion para pernos metricos y informacion para pernos metricos y
