21/4/2015 Tipos de Tornillos
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N 32: Clculo de las Uniones Atornilladas
N 33: Medidas Normalizadas de Tornillos
Utilidades
Sistemas de Unidades de Medida
Biblioteca CAD de Construccin
TutorialN31
EstudioyTipologadelasUnionesAtornilladas
ndicedecontenidos:
1Introduccin
1.1Generalidades
1.2Calidadesdeaceroenlostornillos
2Partesdeuntornillo
2.1Cabeza
2.2Rosca
3Tiposdetornillos
3.1TornillosOrdinarios
3.2TornillosCalibrados
3.3TornillosdeAltaResistencia
4Estudiodelasunionesatornilladas
4.1Categoradelasunionesatornilladas
4.2Agujerosparatornillos
4.3Disposicionesenelmontaje
5Dimensionesgeomtricasdelostornillos
5.1Tornillosordinarios.Dimensiones
5.2Tornilloscalibrados.Dimensiones
5.3Tornillosdealtaresistencia.Dimensiones
ANEXOS
A.1Ejemplodeclculodeunauninatornillada
DESARROLLODELCONTENIDO
1Introduccin
1.1Generalidades
En todo tornillosedistinguendospartesbsicas: lacabezayelvstago.Asuvez,enelvstagosedistinguenotrasdos, lapartelisa(denominadatambincaaocuello)yeltramofinaloparteroscada.
Martes,21deAbrilde2015
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Valores nominales del lmite elstico fyb y de la resistencia a traccin ltima fub de tornillos
Grado del tornillo 4.6 4.8 5.6 5.8 6.8 8.8 10.9
fyb N/mm2 240 320 300 400 480 640 900
fub N/mm2 400 400 500 500 600 800 1000
Paraladesignacindelostornillossecomienzadefiniendoeltipodetornillo(TMsiestornilloordinario,TCMsisetratadeuntornillocalibradoyTRsieltornilloadesignaresdealtaresistencia),seguidoporeldimetrodelvstagoenlazonaderosca,lalongitudtotaldelvstago,yporltimounacifraparaindicarlacalidaddelacero.
Porejemplo:TR20x908.8, se tratadeun tornillodealta resistencia,de20mmdedimetroexteriorde la rosca,90mmdelongituddevstagoycalidaddeacero8.8(640N/mm2delmiteelsticoy800N/mm2deresistencialtima).
1.2Calidadesdeaceroenlostornillos
Lostornillosaemplearenlasunionesdebernserpreferentementedealgunodelosgrados4.6,5.6,6.8,8.810.9.
Nosedebenutilizarparaunionesqueestnsometidasaalgntipodesolicitacinoesfuerzotornillosdegradoinferioral4.6nidegradosuperioral10.9.
La notacin anterior es la empleada segn ISO 898. En esta notacin, la primera cifra designa lacentsimapartedelaresistenciaalarotura(fub)enN/mm2ylasegunda,traselpuntodecimal,expresadaen dcimas, es el factor por el cual hay quemultiplicar la resistencia a la rotura para obtener el lmiteelstico(fyb),tambinenN/mm2.Porejemplo,untornillodecalidad4.8secorresponderacon:
fub=400N/mm2,essuresistenciaalarotura
fyb=0.8*400=320N/mm2,secorrespondeconsulmiteelstico.
Enlasiguientetablasemuestranlosvaloresnominalesdel lmiteelsticofyb ydelaresistencialtimaalatraccin fub,paraadoptarcomovalorescaractersticosenlosclculos:
Lostornillosdegrados8.8y10.9sedenominantambindealtaresistencia.
2Partesdeuntornillo
2.1Cabeza
Laformadelacabezadeltornillocondicionalaherramientaaemplearenelapriete.Acontinuacinseenumeranlosdistintostiposdetornillosmsusualesenfuncindesugeometrayelusoparalosquehabitualmenteestndestinados:
Tornillosdecabezahexagonal:permiteaplicargrandesmomentosdeapriete.
Fig.1aTornillodecabezahexagonal
Tornillosdecabezahexagonalconvalona:permiteaplicarungranapriete,sinnecesidaddeutilizararandelaentrelacabezadeltornilloylapiezaaunir.
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Fig.1bTornillodecabezahexagonalconvalona
Tornillosdecabezahexagonalconpivote:permitenunionescongranapriete,yademsesposiblerealizarlainmovilizacindelauninmedianteelempleodeunpasadorenelpivote.
Fig.1cTornillodecabezahexagonalconpivote
Tornillosdecabezahexagonalconextremoenpunta:otambinllamadotornilloprisionero,debidoaqueimpideelmovimientorelativoentrelaspiezasunidas.
Fig.1dTornillodecabezahexagonalconextremoenpunta
Tornillos de cabeza ranurada: este tornillo se emplea cuando no es necesario aplicar un gran apriete, y adems permite laposibilidaddeocultarlacabezadeltornillosiserealizaunavellanadoalorificiodeentrada.
Fig.1eTornillodecabezaranurada
Tornillosdecabezaconranuracruciforme:tambin,comoenelcasoanterior,seempleancuandonoesnecesariolaaplicacindeungranpardeapriete,eigualmentequeelanterior,tambinpermitelaposibilidaddeocultarlacabezadeltornillosiserealizaunavellanadoalorificiodeentrada.
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Fig.1fTornillodecabezaconranuracruciforme
Tornillos de cabeza con prisionero: se usa para el ensamblaje mediante aplique de presin de piezas sobre las que se haejecutado un taladro sin rosca previamente. Al apretar la tuerca, el tornillo queda inmovilizado en lo que a rotacin se refiere, alquedarsealojadoelprisioneroenunaranurapracticadaalefecto.Porotrolado,lacabezadeltornillosepuedeocultarsiselepracticaunavellanadoalagujero.
Fig.1gTornillodecabezaconprisionero
Tornillosdecuellocuadrado:seusaparaelensamblajemedianteapliquedepresindepiezassobrelasquesehaejecutadountaladrosinroscapreviamente.Alapretarlatuerca,eltornilloquedainmovilizadoenloquearotacinserefiere,alquedarsealojadoelcuellocuadradoenunalojamientoprismticoembutidooqueyavienede fundicin.Porotro lado, lacabezadel tornillosepuedeocultarsiselepracticaunavellanadoalagujero.
Fig.1hTornillodecuellocuadrado
Tornillodecabezacuadrada:seusanparacasosdondeesnecesarioaplicarungranmomentodeapriete,porejemplo,paralafijacindeherramientasdecorte.
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Fig.1iTornillodecabezacuadrada
Tornillodecabezacilndricaconhexgonointerior(Allen):seusanenunionesquesenecesitengrandesaprietesyqueresultenestrechos,conlaposibilidaddeocultarlacabezadeltornillosiselepracticaunavellanadocilndricoalagujero.
Fig.1jTornillodecabezacilndricatipoAllen
Tornillodecabezaavellanadaconhexgonointerior(Allen):seusanenunionesquesenecesitengrandesaprietesyqueresultenestrechos, facilitandoel centradoentre laspiezasaunir.Existe la posibilidaddeocultar la cabezadel tornillo si se le practicaunavellanadocnicoalagujero.
Fig.1kTornillodecabezaavellanadatipoAllen
Tornillosdecabezamoleteada:seusanenaquellasunionesquenoprecisendeungranapriete,con frecuentesprocesosdemontajesydesmontajesmanuales.
Fig.1lTornillodecabezamoleteada
Tornillosdemariposa:igualqueelcasoanterior,seusanenaquellasunioneslascualesnovayanaprecisardeungranpardeapriete,yademsestnsometidosafrecuentesmontajesydesmontajesmanuales.
Fig.1mTornillodemariposa
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Tornillos autorroscantes para chapa: o tambin llamados de rosca cortante, y se usan para la unin de chapasmetlicas depequeoespesorotambindepiezashechasdematerialblando,comoelplstico.Enestecaso,laroscahembralarealizaelpropiotornilloalpenetrareneltaladrolisopracticadoenlachapa.
Fig.1nTornilloautorroscanteparachapa
Tornillosautorroscantesparamadera:otambinllamadosderoscacortanteotirafondos,yseusanparalaunindepiezasdemadera.Enestecaso,laroscahembralarealizaelpropiotornilloalpenetrareneltaladrolisopracticadoenlapieza.
Fig.1pTornilloautorroscanteparamadera
2.2Rosca
Enfuncindelaformageomtricaquepresentalarosca,sepuedendistinguirlossiguientestiposderoscas:
agudasodefiletestriangular
trapezoidal
endientedesierra
redondas
defiletecuadrado.
Las roscasdel tipoagudaso triangularesquedandefinidasporelvalordeldimetroexterior (d),delncleo(d3) ydelde losflancos(d2),ascomoporelvalordelngulodelosflancosdelarosca(alfa=60,sisetratadelaroscatriangularISO)yporltimoporlamedidadelpaso(p)
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ColaboraenelmantenimientodeestaWEB
Fig.2RoscaTriangularISO
Elpasoderoscaes ladistanciaqueexisteentredoscrestasconsecutivas(p,en la figuraanterior).Siel tornilloesderoscasencilla,porcadavueltacompletasecorrespondeconunavancedeltornilloigualalpaso.Siesderoscadoble,elavanceporcadavueltaserigualadosveceselpaso.
Lasroscasestnnormalizadas,existiendodostiposfundamentales:
laroscaMtricaISO
laroscaWhitworth.
Ladiferenciaentreambostiposderoscassonvarias,comoson:
ParalasroscasMtricasISO,losngulosdeloslasespirassonde60,ylostornillosseredondeaenel fondo de la rosca,mientras que las puntas son planas como se aprecia en la figura anterior. Por elcontrario, para las roscas tipoWhitworth el ngulo de los flancos es de 55, y tanto el fondo como laspuntasdelfileteadoeneltornillovanredondeados.
Otragrandiferenciaesquemientrasen las roscasMtricas laparteexternaaplanadade los filetesestaunaaltura(o tambin llamadaprofundidaddel filete)h1=0,64595*pyel radiodegirodesu fondoredondeadovaler=0,1082*p,enlasWhitworthtantolapuntaexteriorcomolaparteinternasonredondas,conalturaoprofundidaddelfiletedevalorh1=0,64033*pyradiodegiror=0,13733*p.
En las roscasMtricaselpasose indicaporelavanceenmilmetrosporcadavuelta,mientrasen lasWhitworthsedapornmerodehilosporpulgada.
Porltimo,lasmedidasnominalesdelarosca,paraelcasodelaroscaMtrica,sedesignaporeldimetroexteriordelaroscaenmm.(sise tratadeMtrica finaseempleaen ladesignacin,ademsdeldimetroexteriorde la rosca,elvalordelpasoenmm.),mientrasqueparalaroscaWhitworth,lamedidanominaldelaroscaeseldimetroexteriorenpulgadas.
3Tiposdetornillos
3.1TornillosOrdinarios
LostornillosordinariossedesignanporlasiglaM,aunquetambinpuedenaparecerrepresentadosporlasiglaT,seguidosporeldimetroddelacaa,lalongitudldelvstago,yporltimovanseguidosdeunnmeroqueespecificalacalidaddelacero.
Porejemplo:TornilloordinarioM16x905.6 (significaquesetratadeuntornillode16mmdedimetrode lacaa,90mmdelongituddevstagoyfabricadoenacerodecalidad5.6).Tambinpuedenombrarsedelaforma,T16x905.6.
LostornillosordinariostienenroscatriangularISOdepasogrueso.
Fig.2RoscaTriangularISO
En los tornillos ordinarios el dimetro del agujero suele ser 1mmms grande que el del vstago, aunque esta cifra es dereferencia, por lo que se remite al lector al apartado "4.2. Agujeros para tornillos" del presente tutorial para obtener mayorinformacinaesterespecto.
Paraelmontajedeunionescon tornillosordinariosse requiereunmenorajusteentreeldimetrodel tornilloyeldel taladro(alrededorde1mm.,comosehadicho).Los tornillosordinariossesuelenemplearpara transmitiresfuerzosporcortaduraydetraccinprincipalmente,peronoparamomentosoparesdefuerzas,dadoquelaholguraexistenteocasionaraqueseprodujeranmovimientosrelativosentrelaspiezas.
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Coeficientes de Rozamiento
Clase Tipo de Tratamiento
A
0,50 A1 - Chorreado o granallado sin picaduras de corrosin
0,50 A2 - Chorreado o granallado y metalizado por pulverizacin con aluminio
0,50 A3 - Chorreado o granallado metalizados por pulverizacin a base de zinc, conensayo de deslizamiento
B 0,40 Chorreado o granallado con imprimacin de pintura de silicato alcalino de zinchasta un espesor de 80 mC 0,30 Limpieza por cepillado o flameo con eliminacin de toda la cascarilla oherrumbreD 0,20 Superficies no tratadas
3.2TornillosCalibrados
Porotrolado,lostornilloscalibradossedesignanporlasiglaTC,aunquetambinpuedenaparecerrepresentadoscomoenelcasoanteriorporlasiglaM(mtrica),seguidos,aligualquelosordinariosporeldimetroddelacaa,lalongitudldelvstago,yporltimo,seguidosdelanumeracinqueespecificalacalidaddelaceroempleadoenlafabricacindeltornillo.
Lostornillosordinariosycalibradossediferencianbsicamenteensuscaractersticasgeomtricas.Mientrasqueenlostornillosordinarios el dimetro del agujero es ms o menos 1 mmms grande que el del vstago, en los tornillos calibrados ambosdimetrosestnmuyajustados,porloqueseutilizanconpreferenciaparalaformacindenudosrgidosyenunionesdeprecisin,quetransmitanmayoresesfuerzossinqueseproduzcandesplazamientosrelativosentrelaspiezas.
3.3TornillosdeAltaResistencia
Lostornillosdealtaresistencia,otambinllamadospretensados,sedesignanporlasiglaTR,oalternativamentetambinporlasiglaM(mtrica),seguidos,aligualquelosotrostiposdetornillos,poreldimetroddelacaaylalongitudldelvstago,seguidosdel nmero que especifica la calidad del acero empleado en la fabricacin del tornillo. Ejemplo de designacin de un tornillopretensadoodealtaresistencia:M20x5510.9,obien,TR20x5510.9.
Lasunionesdonde sehanempleado tornillospretensados trabajan transmitiendo losesfuerzospor descompresinentre lassuperficiesypor rozamiento.Por tanto,enestasuniones implica laexistenciadeunestadodecompresinentre lassuperficiesunidas,quejuntoalcoeficientederozamientoentreellas,hacequeseimpidaqueexistacualquierdesplazamientorelativo.
Acontinuacin,enlasiguientetablaseexponenloscoeficientesderozamientoobtenidosenfuncindeltratamientosuperficialquetenganlaschapas.EnlosdosprimeroscasoselchorreadoogranalladoimplicaquedebeobtenerseelgradoSa21/2segnUNEENISO85041:
Lasunionesejecutadascontornillosdealtaresistencia,TR,sonunionesqueresultanmsrgidas,menosdeformablesyconmejorcomportamientoenestadolmitedeservicio,quelasrealizadascontornillosordinariosocalibrados.
Enestasuniones,altransmitirselosesfuerzosporrozamientoentrelassuperficies,esmuyimportanteaplicarelmomentotorsoromomentodeaprieteadecuadoparacadatornillo.
Elpar torsordeaprieteaplicadoa los tornillos induceenstosunesfuerzodepretensadoen laespigadel tornillo,quevaadependerdeldimetro(d)ydeuncoeficiente(K).EstecoeficienteKvaatenerencuentalascaractersticasdelrozamientoentreloscomponentesdelapartequegira.
Paraelcasoqueseempleentuercaytornillo ligeramenteengrasados,elpardeaprietepuedeobtenerseaplicandolaexpresinsiguiente:
Mt=K*d*Fp,Cd
donde Fp,Cd es el esfuerzo axial de pretensado en la espiga. Salvo indicacin contraria quepuedanmarcarelPliegodePrescripcionesTcnicasParticularesseconsideraqueelesfuerzodepretensadoquedebeobtenersedelaespigaesel70%delaresistenciaatraccindeltornillo(fub)multiplicadaporelrearesistente(As),esdecir,queelesfuerzoaxialdepretensadovienedadoporlasiguienteexpresin:
Fp,Cd=0,7*fub*As,
quesustituyendoenlaexpresinprimera,elmomentodeaprietequedacomo:
Mt=K*d*0,7*fub*As
TablasdePerfiles
Accedealastablasdeperfilesnormalizados
Estructurasdeaceroenedificacin
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PROGRAMADECOLABORACIN
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siendo,comoyasehadicho:
K,coeficientequedependedelascondicionesdesuministro(K=0,18)
d,eseldimetronominaldeltornillo.
Aplicandolaexpresinanteriorenunejemplo,sepodracalcularelvalordelmomentodeaprieteaplicableauntornilloTR12declase8.8.Sustituyendovaloressetieneque:
Mt=K*d*0,7*fub*As=0,18*12*0,7*800*84,3=101.969Nmm
4Estudiodelasunionesatornilladas
4.1Categoradelasunionesatornilladas
Lasunionesatornilladasseclasifican,enfuncindelamaneradetrabajardelostornillos,encincocategoras,denominadasA,B,C,DyE,segnseindicaenlanuevaInstruccindeAceroEstructural(EAE).Tresdeellascorrespondenaunionesenlasquelostornillosestnsolicitadosendireccinnormalasueje,esdecir,acortante,ysonlascategorasA,ByCmientrasquelasotrasdos,categorasDyE,secorrespondenaunionesen lasque los tornillosestnsolicitadosendireccindesueje,estoes,quetrabajanatraccin.
Acontinuacinsepasaaestudiarcadaunadelascategorasanteriores:
CategoraA:Comoyasehadicho,sonunionesenlasquelostornillos,bienseanordinarioso de alta resistencia, trabajan a cortante, pero en este caso, tambin pueden trabajar aaplastamiento.Si los tornillossondealta resistencia, calidades8.810.9,noesprecisoqueestnpretensados,niquelassuperficiesencontactoestnpreparadasdemaneraespecial.
Cuandolapiezaestsometidaafatiga,aimpactosoaesfuerzosalternativos,serecomiendaque se empleen tornillos de alta resistencia pretensados, aunque los tornillos pueden seguircalculndoseacortanteyaplastamiento.
Categora B: Son uniones realizadas con tornillos de alta resistencia pretensados, consuperficiesencontactopreparadas,quesedeseaquenodeslicen.Noobstante,enelclculodeestetipodeunionessepodradmitirque,enestadolmiteltimo,launindesliceylostornillostrabajenacortanteyaplastamiento.
CategoraC:Sonunionesrealizadascontornillosdealtaresistenciapretensados,consuperficiesencontactopreparadas,quesedeseaquenodeslicenenningnmomento,nisiquierayaenelestadolmiteltimo.
CategoraD:Sonunionesrealizadascontornillosordinariosodealtaresistenciatrabajandoatraccin.Siseempleantornillosdealtaresistencia,noesprecisoqueestnpretensadosniquelassuperficiesencontactoestnpreparadas.Noserecomiendaelusodeunionesdeestacategoracuandohayandeestarsometidasavariacionesfrecuentesdelesfuerzodetraccinquetienenquetransmitir.
CategoraE:Sonunionesrealizadascontornillosdealtaresistenciapretensadostrabajandoatraccin.Elpretensadomejoralarigidez de la unin en estado lmite de servicio y la resistencia a fatiga, aunque esta ltima depender en granmedida de losdetallesconstructivosydelastoleranciasdelajusteentrepiezas.Sloesprecisoprepararlassuperficiessilauninestsometidaaesfuerzosnormalesalejedelostornillos,ademsdeatraccin(UnionesdecategorasE+BE+C).
Paramsinformacin,seremiteallectoraconsultarelarticuladodelaInstruccindeAceroEstructural(EAE).
4.2Agujerosparatornillos
Laejecucindeagujerospara tornillosdeberefectuarsepreferentementemediante taladro.Noobstante,sepueden realizarmediantepunzonadocuandoelagujeroseadeundimetrosuperioralespesordelapieza,quedichoespesornoseasuperiora15mmy siempreque laspiezasaunir noestn sometidasa solicitaciones variablesenel tiempoo cclicas, quepuedanoriginarfenmenosdefatigaenlaunin.
Eldimetroestndardelosagujerosserigualaldelvstagodeltornilloms:
1mmparatornillosde12y14mmdedimetro
12mmparatornillosde16a24mm
23mmparatornillosde27mmomayores.
Los agujeros de los tornillos de 12 y 14mm tambin podrn tener una holgura de 2mm siempre ycuandolaresistenciadelgrupodetornillosaaplastamientoseainferioraladecortante.
.
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Enunionesatornilladas resistentespor rozamientopuedenemplearseagujerosasobremedidaoagujeros rasgados,cortosolargos,parafacilitarelmontajedelaspiezas.
Paraagujerosasobremedida,eldimetrodeltaladroserigualaldelvstagodelostornillosms:
3mmparatornillosde12mm
4mmparatornillosde14a22mm
6mmparatornillosde24mm
8mmparatornillosde27mmomayores.
Cuandosequierapermitirelmovimientorelativoentrelaspiezasaunir,sesueleemplearagujerosrasgados.Laanchuradelosagujeros rasgados cortos o largos en direccin normal al esfuerzo ser igual al dimetro de los agujeros estndarcorrespondientes.Enladireccindelesfuerzo,ladistanciaemostradaenlafigurasiguiente,paraagujerosrasgadoscortosseriguala:
(d+4)mmparatornillosde1214mm,
(d+6)mmparatornillosde16a22mm,
(d+8)mmparatornillosde24mm,
(d+10)mmparatornillosde27mmymayores.
Paraagujerosrasgadoslargosserentodosloscasos:
e=2,5*dmm,siendodeldimetrodelvstagodeltornillocorrespondiente.
Fig.3AgujerosRasgados
Paramsinformacin,seremiteallectoraconsultarelarticuladodelaInstruccindeAceroEstructural(EAE).
4.3Disposicionesenelmontaje
Comonormageneral,enlosmontajesqueserealicenlosagujerosparatornillosdebendisponersedeformaquesedificultelacorrosindelaspiezasaunirysepermitanlacolocacindelostornillosobulonesdeunamanerafcil.
Enlasiguientetablayfigurasqueseexponenseestablecenloslmitesmximosymnimosparalasdistanciasentreagujerosylosbordes:
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Fig.4DisposicionesConstructivas
siendo,
e1:distanciadesdeelcentrodeunagujeroaunbordecontiguo,medidaendireccindelesfuerzoatransmitir
e2:distanciadesdeelcentrodeunagujeroaunbordecontiguo,medidaendireccinperpendicularalesfuerzoatransmitir
p1:distanciaentrecentrosdeagujeroscontiguos,medidaendireccindelesfuerzoatransmitir
p2:distanciaentrefilascontiguasdetornillosoroblones,medidaendireccinperpendicularalesfuerzoatransmitir
m:distanciadelejedeltaladroacualquiersuperficieparalelaadichoeje.
Enelcasodeagujerosrasgados,lasdistanciase1,e2,p1yp2semedirndesdeloscentrosdelossemicrculosextremos.
Fig.5Distancias
Fig.6AgujerosalTresbolillo
Paraquelostornillospuedanapretarsesindificultad,serecomiendaqueladistanciamdelejedeltaladroacualquiersuperficieparalelaadichoejenoseainferiora2*d,siendodeldimetrodeltornillo.
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Fig.7Distanciam
5Dimensionesgeomtricasdelostornillos
5.1Tornillosordinarios.Dimensiones
Seadjuntatablaconlascaractersticasgeomtricasdelostornillosordinarios:
Fig.8TornillosOrdinarios.Dimensiones
5.2Tornilloscalibrados.Dimensiones
Seadjuntatablaconlascaractersticasgeomtricasdelostornilloscalibrados:
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Fig.9TornillosCalibrados.Dimensiones
5.3Tornillosdealtaresistencia.Dimensiones
Seadjuntatablaconlascaractersticasgeomtricasdelostornillosdealtaresistencia:
Fig.10TornillosdeAltaResistencia.Dimensiones
ANEXOS
A.1Ejemplodeclculodeunauninatornillada
Se pretende mostrar con este ejemplo el procedimiento a seguir para el clculo y comprobacin de una unin atornilladasometidaaesfuerzosdetipocortante(normalalejedelostornillos)ydetraccin.
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Dimensionesgeomtricasdeltipodetornilloempleadoenlaunin
Tipodetornillo
Dimetrodelacaa
Longitudparteroscada
Dimetrodelagujero
reanetadelncleo
rearesistente
TR20 20mm 90mm 2122mm 225mm2 275mm2
Fv,Ed +Ft,Ed 1,0
Fv,Rd 1,4 Ft,Rd
Fv,Rd = 0,6 * fub * As
Mb
Segnsemuestraenlafiguraadjunta,setratadeunauninatornilladaenlaquesehanutilizado2tornillos,deltipoTR20x908.8.
Segn las informacin incluida en este tutorial sobre la denominacin detornillos,setratadeuntornillodealtaresistencia(TR),de20mmdedimetroexteriordelarosca,90mmdelongituddevstagoenlazonaroscadaydeunacalidaddeacero8.8(640N/mm2delmiteelsticoy800N/mm2deresistencialtima).
Acontinuacinseindicaenlasiguientetablalasprincipalescaractersticasgeomtricasdeltipodetornilloempleado:
(Todalainformacinqueacontinuacinseindicaestincluidaenlastablasanteriores del apartado 5 que contienen las propiedades geomtricas de lostornillos normalizados, que por otro lado, son los ms empleadoscomercialmente)
Segnsepuedeapreciarenlafiguraadjunta,paraelanclajedelostornillossehaempleadounaspiezasauxiliaresformadaporsendoscasquillosconformaangularde10mmdeespesordechapa(t=10mm).
Porotrolado,ycomoseindicaenlafigura,launinseencuentrasometidaalossiguientesesfuerzos:
Esfuerzocortante(normalalejedelostornillos)=4.100kgf(40,21kN)
Esfuerzoaxil(paraleloalejedelostornillos)=3.800kgf(37,27kN)
Comosetratadeunauninsometidaalaaccinsimultneadeunesfuerzocortante+axil(esfuerzodetraccin),secalcularsegnelprocedimientoindicadoenelTutorialn32,elcualseinvitaallectoraconsultar.
Segnloindicadoall,lostornillosqueconformanlaunindeberncumplir,ademsdeloindicadoenlosapartados7.1y7.2delTutorialn32,lasiguientecondicin:
donde,
Fv,Edeselesfuerzocortantequeactasobrelauninatornillada,enesteejemplo,Fv,Ed=40,21kN(40.210N)
Fv,Rdeslaresistenciaacortantedelauninparaeltipodetornilloempleado,quedebersercalculadasegnloindicadoenelapartado7.1delTutorialn32
Ft,Edeselesfuerzoaxilqueactasobrelauninatornilladaenesteejemplo,Ft,Ed=37,27kN(37.270N)
Ft,Rdeslaresistenciaatraccindelauninparaeltipodetornilloempleado,quedebersercalculadasegnloindicadoen7.2delTutorialn32.
Acontinuacin,seprocederacalcularlosvaloresdelaresistenciaacortante(Fv,Rd)ydelaresistenciaatraccin(Ft,Rd)delauninatornilladadeesteejemplo.
a)Clculodelaresistenciaacortante(Fv,Rd)delaunin:
Segnlo indicadoenelapartado7.1delTutorialn32, laresistenciaacortanteFv,Rd vienedadapor laexpresinsiguiente,paratornillosdecalidad8.8:
Comolaunindelejemploconstade2tornillos,laresistenciatotaldelauninsecalcularmultiplicandolaanteriorexpresinporelnmerodetornillosempleados,enestecaso2tornillos.
21/4/2015 Tipos de Tornillos
http://ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn31.html#seccion2 15/17
Fv,Rd = 0,6 * fub * As * 2
Mb
Fb,Rd = 2,5 * * fu * d * t
Mb
e1 , bien3 * d0
p1-
1, bien
3 * d0 4
fub , bien 1,0fu
Ft,Rd = 0,9 fub As
Porlotantolaresistenciatotalacortantedelauninsecalcularcomo:
donde,
Aseselrearesistenteatraccindeltornillo,quesegnlatablaconlaspropiedadesgeomtricadeltornillovale,As=275mm2
fubeslatensinltimaatraccindeltornillo,devalor,fub=800N/mm2
Mbeselcoeficienteparcialdeseguridad,quesegnloindicadoenelapartado3delTutorialn32,paraunionesatornilladasvale,Mb=1,25.
Conestosvalores,laresistenciatotalacortantedelauninatornilladaparaesteejemplovale:
Fv,Rd=211.200N
Porotrolado,elcortantequeactasobrelauninvale,Fv,Ed=40.210N,queresultainferioralvalorderesistenciaacortantequetienelaunin,esdecir,secumpleque:
Fv,Rd=211.200N>Fv,Ed=40.210N
En el apartado 7.1 del Tutorial n 32 tambin se nos dice que es necesario realizar la comprobacin en la unin para quetampocoseproduzcaelaplastamientodelapiezaenlazonacontiguaaltornillo.
Laresistenciaaaplastamientodelapiezaenlazonacontiguaaltornillo,Fb,Rd,vienedadaporlasiguienteexpresin:
donded eseldimetrodel tornillo (d=20mm), t elespesorde lapiezadondesehapracticadoelagujeroparaanclar lostornillo(enestecaso,t=10mm),yfularesistenciaatraccindelacerodelapieza,queenestecasosetratadeunangulardeaceroS275conresistencialtimaalatraccin,fu=430N/mm2,siendoadems,comoyaseindicanteriormente,elmenorvalorde:
Sepuedecomprobarenesteejemplo,queelmenorvalordequeseobtieneenestecaso,esiguala1.
Sustituyendolosanterioresvalores,seobtieneunaresistenciaalaplastamientodelapiezacontiguaaltornillode:
Fb,Rd=172.000N
Queresultaunvalormuysuperioralcortantequeactasobrelauninquevale,Fv,Ed=40.210N,esdecir,secumpleque:
Fb,Rd=172.000N>Fv,Ed=40.210N
b)Clculodelaresistenciaatraccin(Ft,Rd)delaunin:
Segnloindicadoenelapartado7.2delTutorialn32,laresistenciaatraccinFt,Rddeuntornillovienedadaporlaexpresin:
21/4/2015 Tipos de Tornillos
http://ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn31.html#seccion2 16/17
Mb
Ft,Rd = 0,9 fub As 2
Mb
Bp,Rd = 0,6 dm t fu
Mb
Fv,Ed +Ft,Ed 1,0
Fv,Rd 1,4 Ft,Rd
Comolaunindelejemploconstade2tornillos,laresistenciatotaldelauninsecalcularmultiplicandolaanteriorexpresinporelnmerodetornillosempleados,enestecaso2.
Porlotantolaresistenciatotalaesfuerzodetraccindelauninsecalcularcomo:
donde,
As eselrearesistentea traccindel tornillo,quesegn la tablaanteriordepropiedadesgeomtricadel tornillo, As=275mm2
fubeslatensinltimaatraccindeltornillodevalor,fub=800N/mm2
Mbeselcoeficienteparcialdeseguridad,quesegnloindicadoenelapartado3delTutorialn32,paraunionesatornilladasvale,Mb=1,25.
Conestosvalores,laresistenciatotalatraccindelauninatornilladadelejemplovale:
Ft,Rd=316.800N
Porotrolado,elesfuerzodetraccinqueactasobrelauninquevale,Ft,Ed=37.270N,resultainferioralvalorderesistenciaalesfuerzodetraccinquetienelaunin,esdecir,secumpleque:
Ft,Rd=316.800N>Ft,Ed=37.270N
Porotrolado,cuandoeltornillotrabajaatraccin,lanormaexigerealizarunacomprobacinapunzonamientodelachapaencontactoconlacabezadeltornillo.
Segnlo indicadoenelTutorialn32, laresistenciaapunzonamiento,Bp,Rd ,deunachapadeespesor t,vienedadapor laexpresinsiguiente:
donde:
fueslaresistenciaatraccindelacerodelachapa,queenestecasosetratadeunachapadeaceroS275,conresistenciaatraccinfu=430N/mm2
dmeselmenordimetromedioentreloscrculoscircunscritoseinscritoalacabezadeltornillo.Enestecaso,sehatomadolamedidaentrecarasdelacabezadeltornillo,devalor,dm=30mm
teselespesordelaplacabajolacabezadeltornilloobajolatuerca,enestecasolachapatieneunespesorde10mm.
Sustituyendovalores,seobtieneunaresistenciaapunzonamientodelachapa,Bp,Rd,devalor:
Bp,Rd=194.527N
Valorstequeesmuysuperioralesfuerzodetraccin,Ft,Ed,queactasobrelauninatornillada,queenesteejemplo,tenaunvalorFt,Ed=37,27kN(37.270N).
Porlotantosecumplelacondicinque:Bp,Rd>Ft,Ed
c)Comprobacinfinal:
Alcomienzodelosclculosseindicquecuandoenunauninatornilladaactandemanerasimultneaesfuerzoscortanteydetraccin,sedebercumplirademslasiguientecondicin:
donde,
Fv,Edeselesfuerzocortantequeactasobrelauninatornillada,enesteejemplo,Fv,Ed=40.210N
Fv,Rdeslaresistenciaacortantequeofrecelaunin,quehasidocalculadaenelapartadoa),resultandoser,Fv,Rd=211.200
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40.210+
37.270= 0,27 1,0
211.200 1,4 316.800
IngemecnicaIngeniera,ConsultorayFormacin
N
Ft,Edeselesfuerzoaxilqueactasobrelauninatornilladaenesteejemplo,Ft,Ed=37.270N
Ft,Rdeslaresistenciaatraccinquetienelaunin,yquehasidocalculadaenelapartadob),resultandoser,Ft,Rd=316.800N.
Sustituyendovaloressecompruebaquesecumpleconlacondicinanterior:
PorloquelauninatornilladapropuestaresultaVLIDA.
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