ELEMENTOS DE MAQUINAS Y ELEMENTOS DE MAQUINAS Y FUNDAMENTOS DE DISEÑOFUNDAMENTOS DE DISEÑO

ELEMENTOS DE SUJECCIONELEMENTOS DE SUJECCION

Ing. César Jiménez

UTP – 2012

SUJETADORSUJETADOR

Es cualquier objeto que se use para conectar o juntar dos o más componentes.

En forma literal, se dispone de cientos de tipos de sujetadores y sus variaciones. Los más comunes son los roscados, a los cuales se les conoce con muchos nombres, entre ellos pernos, tornillos, tuercas, espárragos, prisioneros etc.

Perno Esparrago Tornillo

Uniones roscadasUniones roscadas

Uniones roscadasUniones roscadas

Una rosca es un resalte helicoidal labrado sobre una pieza con geometría cilíndrica

Uniones roscadasUniones roscadas

En función de que la pieza base sea un cilindro macizo o un agujero cilíndrico, la rosca se clasifica en:

Rosca exterior Rosca interior

Uniones roscadasUniones roscadas

Uniones roscadasUniones roscadas

PernoPerno

Elemento roscado, con cabeza, que atraviesa las piezas que une, a través de sendos taladros pasantes y se atornilla en el extremo opuesto a la cabeza empleando una tuerca.

Piezas metálicas compuestas de una cabeza de forma exagonal, un vástago liso y una parte roscada que permite el sellado mediante una tuerca y una arandela. Su colocación se hace en frío

PernoPerno

PernoPerno

Elemento sin cabeza roscado en ambos extremos, que atraviesa una de las piezas que une, y se rosca sobre la otra, apretándose en el exterior de la primera pieza mediante una tuerca.

EsparragoEsparrago

EsparragoEsparrago

TornilloTornillo

TornilloTornillo

Elemento con rosca exterior de una unión roscada. Más específicamente, por oposición a perno, un tornillo es un elemento con rosca exterior y con cabeza que atraviesa una de las piezas que une y se rosca sobre la otra,  la cual tiene mecanizada una rosca interior.

TornilloTornillo

RoscadoRoscado

RoscadoRoscado

ArandelasArandelas

ArandelasArandelas

Arandela de Presión

En la cabeza de los pernos se indica el grado de resistencia del material de los pernos.

Instituto de Estándar Nacional Americano (ANSI)

El estándar ISO

Grado de Resistencia de los pernosGrado de Resistencia de los pernos

Norma ANSI

Un perno clasificado por la ANSI estándar es identificado por el número de líneas colocadas alrededor del cabeza del tornillo.

El valor mínimo de resistencia de tensión es definido como 2. Un tornillo de este valor no tiene líneas en su cabeza.

0 líneas = Grado 23 líneas = Grado 55 líneas = Grado 76 líneas = Grado 8

Grados de resistencia de tensión

Grado de Resistencia de los pernosGrado de Resistencia de los pernos

El primer número indica la resistencia de tensión;El segundo número significa la resistencia a punto cedente.

El estándar ISO

Norma ISO

Si un tornillo esta marcado 8.8, tiene una resistencia de tensión de 800 MegaPascales (MPa), 80% de su resistencia de tensión. Una marca de 10.9 indica un valor de tensión de 1000 MPa con una resistencia a punto cedente de 900 MPa, 90% de su resistencia de tensión.

Grado de Resistencia de los pernosGrado de Resistencia de los pernos

La resistencia y tipo de acero del perno están marcados en alto relieve en la cabeza de los pernos.

Norma DIN 931Para los pernos de la serie milimétrica usados en mecánica

Norma DIN 6914Para los pernos usados en estructuras

Normas DIN

Tipo de perno según la forma de su cabeza, designación de la rosca, longitud y norma que lo define. A estos datos, se pueden añadir otros, referentes a la resistencia del material, precisión, etc.

 Ejemplo: Perno Hexagonal M20 x 60 x 2 x DIN 960.mg 8.8

Y al analizar cada elemento vemos que.

Denominación o nombre      : Perno Hexagonal Designación del Diámetro    : M20Longitud del perno              : 60Paso del perno                   : 2  Norma que especifica la forma y característica del perno: DIN 960 8.8: clase de resistencia o características mecánicas.

1/4 – 28 UNF – 3B – LH1/4 de pulgada es el diámetro mayor nominal de la rosca.

28 es el numero de rosca por pulgada.

UNF es la serie de roscas, en este caso unificada fina.

3B: el 3 indica el ajuste (relación entre una rosca interna y una externa cuando se arman); B indica una tuerca interna. Una A indica una tuerca externa.

LH indica que la rosca es izquierda. (Cuando no aparece indicación alguna se supone que la rosca es derecha)

M10 x 1.50 rosca métrica normal de 10mm de diámetro exterior con un paso de 1.50 mm.

W 3/4 ’’- 10 rosca Witworth normal de 3/4 pulgada de diámetro exterior y 10 hilos por pulgada

Designación de las roscasDesignación de las roscas

Se determina de acuerdo a la resistencia de prueba

Es el esfuerzo al cual el perno o tornillo sufriría una deformación permanente. En el caso normal va de 0,9 a 0,95 veces la resistencia de fluencia.

Sobre los Materiales para pernosSobre los Materiales para pernos

1 ksi = 6,8947 Mpa = 6,8947 N/mm2

Los números mayores indican resistencias mayoresLos números antes del punto indican ( aproximadamente) 0,01 veces la resistencia a la tensión en MPa. El digito después del punto es la relación aproximada de resistencia de fluencia entre la resistencia a la tensión del material.

AcabadosAcabados

Galvanizado en Caliente

Negro

Tropicalizado

Zincado

Pavonado

REMACHESREMACHES

Consiste en un tubo cilíndrico (el vástago) que en su fin dispone de una cabeza. Las cabezas tienen un diámetro mayor que el resto del remache, para que así al introducir éste en un agujero pueda ser encajado. El uso que se le da es para unir dos piezas distintas, sean o no del mismo material.

(1) El remache es introducido en el taladro y la cabeza del remache se apoya contra el material a remachar.

(2) El vástago es absorbido con la herramienta quedando introducida la cabeza del vástago en el cuerpo del remache - el diagrama de fuerza asciende verticalmente hasta que la cabeza del vástago se apoya sobre el material a unir.

(3) Las piezas a remachar se juntan. El diagrama de fuerza asciende verticalmente hasta alcanzar la fuerza necesaria para el punto de ruptura nominal.

(4) El vástago de remache se ha roto por el punto de ruptura nominal y es extraído. El proceso de remachado se da por finalizado.

RemachadoRemachado

Diagrama del proceso de remachado con remaches

Diagrama de fuerza del proceso de remachado con remaches

Remachadoras neumáticas

Para obtener una fuerza de sujeción de 6000 kg entre dos partes de una maquina, se dispone de un conjunto de 3 pernos.

1.Especificar los pernos adecuados, e incluya el grado del material, si cada uno se somete a esfuerzos del 75% de su resistencia de prueba.

2.Calcular el par torsional de apriete requerido.

PROBLEMA -1(sobre carga de sujeción y apriete de la uniones atornilladas)

SOLUCION

La carga en cada tornillo debe de ser de 4000 lb. Especifique un perno de acero SAE grado 5, con resistencia de prueba de 85 mil psi. Entonces el esfuerzo admisible es:

σa=0,75 (85 000) = 63,750 psi

El área necesaria al esfuerzo de tensión, para el perno es:

At =carga/σa= 4000 [lb] / 63750 [lb/pulg2] = 0,0627 [pulg2]

De acuerdo a las tablas, la rosca UNC 3/8-16 tiene el área necesaria de esfuerzo a la tensión. El par torsional de apriete necesario será:

T = KDP = 0,15 · 0,375 [pulg] · 4000 [lb] = 225 [lb*pulg]

La unión del problema anterior se sujeta a una carga externa adicional de 3000 lb, después de haber aplicado la carga inicial de sujeción de 4000 lb.

La rigidez de los elementos sujetados es tres veces la del perno.

Calcular la fuerza en el perno, la fuerza en los elementos sujetados y el esfuerzo final en el perno, después de aplicar la carga externa.

PROBLEMA -2(sobre fuerza aplicada externamente sobre una unión atornillada)

SOLUCION

Primero aplicar las ecuaciones con P = 4000 [lb], Fe = 3000 [lb] y kc = 3 kb

Fb = P + Fe (kb) / (kb +kc)

Fb = P + Fe (kb) / (kb +3kb) = P + Fe (kb) / (4kb)

Fb = P + Fe/4

Fb = 4000 [lb] + 3000 [lb] /4 = 4750 [lb]

Lectura recomendadaLectura recomendada

http://www.bollhoff.com.mx/rivset.html

remaches autoperforadores

http://www.gesipa.com/es/02/03/index.htm

El remache (terminología técnica)