TEMA 4 DISEÑO DE SUJETADORES ROSCADOS

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL“FRANCISCO DE MIRANDA”

ÁREA DE TECNOLOGÍAPROGRAMA DE INGENIERÍA MECÁNICA

ELEMENTOS DE MAQUINAS I

ING. JULIO CHIRINOS

JULIO DE 2005

ING. JULIO CHIRINOS 2

ELEMENTOS DE UNIÓN ROSCADOSELEMENTOS DE UNIÓN ROSCADOSELEMENTOS

DE

MÁQUINAS

I

CONTENIDOCONTENIDOTORNILLOS Y SUJETADORES ROSCADOSNOMENCLATURA DE LA ROSCATIPOS DE ROSCASCLASIFICACIÓN DE LOS SUJETADORES ROSCADOS

POR SU USOPOR EL TIPO DE ROSCAPOR EL TIPO DE CABEZATUERCAS Y ARANDELAS

TORNILLOS DE POTENCIAROSCAS CUADRADAS, ACME, TRAPEZOIDALANÁLISIS DE FUERZASEFICIENCIA DEL TORNILLO

ESFUERZOS EN LAS ROCASESFUERZO AXIALESFUERZO CORTANTEESFUERZO DE TORSIÓN

UNIONES ATORNILLADASPERNOSELEMENTOS SUJETADOSCARGA EXTERNA



DE

MÁQUINAS

I

NOMENCLATURA DEL ROSCADONOMENCLATURA DEL ROSCADO

Diámetro mayor

Diámetro medio

Diámetro menor

Paso p

45° bisel

CrestaRaíz Ángulo de la rosca 2

SUJETADORCualquier dispositivo que se utilice

para conectar dos o más componentes

SUJETADORCualquier dispositivo que se utilice

para conectar dos o más componentes



DE

MÁQUINAS

I

TIPOS DE ROSCASTIPOS DE ROSCASROSCA

Corte en hélice que al ser girada hace que el tornillo avance en la

pieza de unión o en la tuerca

ROSCA Corte en hélice que al ser girada hace que el tornillo avance en la

pieza de unión o en la tuerca

Tipos de Roscas

Roscas Internas Roscas Externas

Estándares de Roscas

UNS (pulgadas)

ISO(métricas)

Paso Grueso (UNC)

Paso Extrafino (UNEF)

Paso Fino (UNF)

Serie Fina (MF)

Serie Basta (MC)

Tolerancias: Clase 1 Clase 2 Clase 3

MF 8×2–G6

Ejemplos

UNC 2×8–1B

UNF ½×16–1A A: Rosca exterior

B: Rosca Interior

Tolerancia: 3 – 9Roscas Internas: G, HRoscas Externas: e, f, g, h

Detalles de los perfiles

de roscas M, UN



DE

MÁQUINAS

I

CLASIFICACIÓN DE LOS SUJETADORES ROSCADOSCLASIFICACIÓN DE LOS SUJETADORES ROSCADOS

POR SU USO:Tornillos y pernos de máquinaBirlo o Esparragos

POR SU TIPO DE ROSCA:Tornillos Autorroscantes

POR SU TIPO DE CABEZA:Tornillos ranurados

Ranura rectaDe cruzHexagonalHexagonal de caja

Tornillos con cabeza para dado

TUERCAS Y ARANDELAS:TuercasTuercas de cierreArandelasArandelas de cierre



DE

MÁQUINAS

I

CLASIFICACIÓN DE LOS SUJETADORES ROSCADOSCLASIFICACIÓN DE LOS SUJETADORES ROSCADOS

Tornillo: Sujetador que se diseña para ser insertado a través de un orificio provisto de una cuerda en una pieza que se va a enlazar con otra

Perno: Sujetador provisto de cuerda que se diseña de manera que pase a través de orificios en las piezas que se enlazan y se asegure al apretar una tuerca desde el extremo opuesto a la cabeza del perno

Birlo/esparrago: Es un sujetador sin cabeza, roscado en ambos extremos, y cuyo uso es quedar atornillado de manera semi-permanente en una de las mitades de un ensamble.



DE

MÁQUINAS

I

UNIONES ATORNILLADASUNIONES ATORNILLADAS

21 K1

K1

K1

T

tT L

EAK

d

dd L

EAK

dTTd

Tdb LALA

EAAK

At = área transversal de esfuerzo de tensión

(Tabulada)

LT = longitud de la porción roscada de agarre

Ad = área transversal de diámetro mayor del

sujetador

Ld = longitud de la porción no roscada del sujetador.

Rigidez de la porción roscada del perno en la zona de sujeción

Rigidez de la porción no roscada del perno en la zona de sujeción

Rigidez efectiva estimada del perno o tornillo de maquinaria en la zona de sujeción

Rigidez de la porción de un perno o tornillo que está dentro de la zona de sujeción

PERNOSPERNOS



DE

MÁQUINAS

I

UNIONES ATORNILLADASUNIONES ATORNILLADASELEMENTOS SUJETADOSELEMENTOS SUJETADOS

i321m K1

K1

K1

K1

K1

Constante elástica total de los elementos de la unión

d

D

tdx

xy

x

Superficie general de cono para evaluar la

distribución de presión en una junta

AEdxP

d

Alargamiento de un elemento del cono de espesor dx

sometido a una fuerza de tensión P

Rigidez de los elementos de la unión total

)dd)(ddtanL()dd)(ddtanL(

Ln2

tanEdK

ww

wwm

d5.2L577.0d5.0L577.0

5Ln2

Ed577.0Km

= 30



DE

MÁQUINAS

I

UNIONES ATORNILLADASUNIONES ATORNILLADASCARGA EXTERNACARGA EXTERNA

Fi Precarga o fuerza de sujeción

P Carga de tensión externa

PbParte de P tomada por el perno

Pm

Parte de P tomada por los elementos de la junta

Fb=Pb + Fi

Carga total del perno

Fm=Pm – Fi

Carga total en los elementos

b

b

K

P

m

m

K

P

m

bmb K

KPP

mb

bb KK

PKP

imb

bibb F

KK

PKFPF

imb

mimm F

KK

PKFPF

Carga sobre el perno

Carga sobre los elementos unidos

PRECARGA DE PERNOS

p

p

i F9.0

F75.0F

Conexiones reutilizablesConexiones

permanentes

yp

ptp

S85.0S

SAF



DE

MÁQUINAS

I

FACTORES DE CARGAFACTORES DE CARGA

fut

m

e

a

nSS

1

CARGA ESTÁTICACARGA ESTÁTICA CARGAS DE FATIGACARGAS DE FATIGA

Esfuerzo de tensión en el perno

t

i

tb A

F

APC

Factor de carga que asegura que el esfuerzo del perno

sea menor que la resistencia límite

PC

FASn itps

Factor de carga contra la separación de la

junta

)1('

CP

Fn i

tt

iba A

PC

A

FP

22

Componente alternante del esfuerzo del perno

Componente medio del esfuerzo del perno

t

iam A

F

Ecuación de Goodman

Despejando Fi se tiene

1

2 e

utfutti S

SCPnSAF



DE

MÁQUINAS

I

ESFUERZOS EN LAS ROSCASESFUERZOS EN LAS ROSCAS

Esfuerzo Axial

Área del esfuerzo a tensión

UNS

ISO

2rp

t 2

dd

4A

N649519,0

ddp

N299038,1

ddr

p649519,0ddp

p226869,1ddr

tAF

Esfuerzo Cortante

SAF

pwdA irS

Tuerca

Tornillo

pdwA oS

Esfuerzos a Torsión 3dT32

JTr

Longitud Mínima de la Tuerca

L= 0.5d

L≥ 0.6d

Para d≤1pulg

Para d>1pulg



DE

MÁQUINAS

I

UNIONES ATORNILLADASUNIONES ATORNILLADASESFUERZO CORTANTEESFUERZO CORTANTE

MODOS DE FALLA POR CARGA CORTANTE

a: Flexión del remache (σ=Mc/I)

b: Corte del remache (=F/A)

c: Falla por tensión del miembro (σ=F/A)

d: Aplastamiento del remache en el miembro (σ=F/A)



DE

MÁQUINAS

I

TORNILLOS DE POTENCIATORNILLOS DE POTENCIA

UTILIDAD:Obtener una ventaja mecánica mayor con objeto de levantar pesos. Ejercer fuerzas de gran magnitud. Para obtener un posicionamiento preciso de un movimiento axial.

DEFINICIÓNUn tornillo para la aplicación de fuerza o potencia mecánica es un dispositivo en la maquinaria para

convertir un giro en un desplazamiento rectilíneo, y trasmitir así, generalmente, la acción de una fuerza o

potencia mecánica

DEFINICIÓNUn tornillo para la aplicación de fuerza o potencia mecánica es un dispositivo en la maquinaria para

convertir un giro en un desplazamiento rectilíneo, y trasmitir así, generalmente, la acción de una fuerza o

potencia mecánica

Rosca Cuadrada

Rosca TrapezoidalRosca ACME



DE

MÁQUINAS

I

ANÁLISIS DE FUERZA EN LOS TORNILLOS DE POTENCIAANÁLISIS DE FUERZA EN LOS TORNILLOS DE POTENCIA

ROSCAS CUADRADAS

Elevando la carga hacia arriba del plano

Bajando la carga hacia abajo del plano

2

dP

Ld

Ld

2

PdTTT c

cp

ppcsu u

El par de torsión total para elevar la carga con una rosca cuadrada

El par de torsión total para bajar la carga con una rosca cuadrada:

2

dP

Ld

Ld

2

PdTTT c

cp

ppcsd d



DE

MÁQUINAS

I

ANÁLISIS DE FUERZA EN LOS TORNILLOS DE POTENCIAANÁLISIS DE FUERZA EN LOS TORNILLOS DE POTENCIA

ROSCAS ACMEEl par de torsión total para elevar la carga con una rosca ACME

El par de torsión total para bajar la carga con una rosca ACME:

2d

P)Lcosd(

)cosLd(

2

PdTTT c

cp

ppcsuu

2dc

P)Lcosd(

)cosLd(

2

PdTTT c

p

ppcsdd

EFICIENCIA DE UN TORNILLO DE POTENCIA

T2Win

PLWout

T2PL

WW

ein

out

cotcostancos

e

cot1tan1

e

Trabajo entregado

Eficiencia

Trabajo efectuado Rosca cuadrada

Rosca ACME

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