Tornillo de potencia Lostornillosdepotencia,llamadostambintornillosde transmisin, son dispositivos mecnicos que convierten un giro o desplazamientoangularenundesplazamientorectilneo, transmitiendo fuerza y potencia mecnica. Usos Paraobtenerunaventaja mecnicamayorconelobjeto, porejemplodelevantarpesos (gatosdel tipode tornillo delos automviles) Paraejercerfuerzasdegran magnitud;comoenloscasosde los compactadores o prensas. Paraobtenerun posicionamientoprecisodeun movimientoaxial,comoenel tornillodeunmicrmetrooen el tornillo de avance de un torno. Tipos de rosca normalizadas para tornillos de potencia: Cuadrada (Sellers) ACME Trapezoidal Acme truncada Rosca Cuadrada (Shellers) Eseltipodetornilloms eficienteencuantoa friccin por deslizamiento perotieneventaja mecnicabaja,esdifcily car0 de maquinar. p: paso de la rosca d: dimetro mayor del tornillo dm: dimetro medio del tornillo dr: dimetro menor o de raz del tornillo Rosca ACME Las roscas Acmeseempleandondese necesita aplicar mucha fuerza. Se usan paratransmitirmovimientoentodo tipo de mquinas herramientas, gatos, prensasgrandes"C",tornillosde bancoysujetadores.LasroscasAcme tienen un ngulo de rosca de 29 y una caraplanagrandeenlacrestayenla raz.LasroscasAcmesedisearon para sustituir la rosca cuadrada, que es difcil de fabricar y quebradiza. Haytresclases deroscaAcme,2G,3G y4G,ycadaunatieneholgurasen todaslasdimensionesparapermitir movimientolibre.Lasroscasclase2G seusanenlamayorpartedelos conjuntos.Lasclases3Gy4Gseusan cuandosepermitemenosjuegou holgura,comoporejemploenel husillodeuntornoodelamesade una mquina fresadora. Rosca Trapezoidal Husillo de rosca trapecial.Hareemplazadogeneralmente alaroscadefiletetruncado.Es msresistente,msfcilde tallarypermiteelempleode unatuercapartidaode desembraguequenopuedeser utilizada con una rosca de filete cuadrado. Rosca cuadrada Acme Truncada LaroscaAcmedefiletetruncadoesresistentey adecuadaparalas aplicacionesdetransmisin defuerzaenquelas limitacionesdeespaciola hacenconveniente.Esms fcildemaquinaryposeela mismaeficienciaquela Sellers Tabla de Especificaciones de las roscas Partes de la rosca DimetroMayoroNominal(D) Eseldimetromsgrandedeun tornillo. DimetroMenorodelaraz(d) Eseldimetromspequeodeun tornillo. DimetroPrimitivoodepaso (Dp).

Enunarosca,eldimetrodeun cilindroimaginariocuyasuperficie cortaalasformasoperfilesdelos filetes de modo que sus anchos y los huecosentreellosseaniguales.El juegoentredosroscasque emparejanseregulaprincipalmente porestrechastoleranciassobrelos dimetros primitivos. Profundidad de las Roscas (Pr) Es la distancia entre la cresta y la raz medida perpendicularmente al eje. Pr Eje de la rosca D P d Raz Cresta Dp PasodelaRosca(P):Nmerode hilosderoscaporpulgada,significa elnmerodepasoporpulgadayse halladividiendo1porelnmerode hilosporpulgada.Pararoscas cuadradas o Acme cada paso incluye un hilo de rosca y un espacio. Hilosporpulgada:Es el recproco delpasoyelvalorespecificadopara regireltamaodelaformadela rosca. COEFICIENTES DE FRICCIN Lasiguientetablacontienecoeficientesdefriccinpararoscasdetornillosy collarinesdeempujeobtenidosexperimentalmenteenunampliorangode condicionesoperativas.HamandRyanencontraronqueloscoeficientesson prcticamenteindependientesdelacargayvaranrelativamentepococonlas diferentes combinaciones de materiales. Eficiencia La eficiencia se define como = Wsalida / W entrada, o sea que es el trabajo sin rozamiento dividido por el trabajo necesario para hacer girar al tornillo con rozamiento. Esfuerzos Enroscasacopladashayunasituacinsimilarala que ocurre en los dientes de engranes acoplados. Cuando una tuerca se acopla en una rosca, todos los hilos del acoplamiento deben compartir la carga. De hecho,lafaltadeprecisinenelespaciadodelos hilos,hacequecasitodalacargaseatomadaporel primerpardehilos.Porloqueelprocedimiento conservador para el clculo de esfuerzos en la rosca essuponerelpeorcasoendondeunparderoscas toman la totalidad de la carga.CONSIDERACIONES DE ESFUERZO PARA EL DISEO DE TORNILLOS DE POTENCIA Comnmentesehaaceptadoquelacargasoportadaportornilloytuercase distribuyeenformauniformeenelacoplamiento.Esto,dehechonoesdeltodo cierto; Goodier demuestra que debido a la deflexin , solamente la primera o las 2 primerasvueltasdelaroscasoportanlaparteprincipaldelacarga,lasrestantes vueltasllevanmenoscargaoporcionesmayoresdelacargadependendela deformacin elastoplstica de las primeras dos vueltas de las roscas. El anlisis de Goodier no hace la suposicin de que el esfuerzo por aplastamiento estuniformementedistribuidoentodoelacoplamiento,sinembargocon lubricacinadecuadapuedeserunfactordeapoyoadichahiptesis.Elesfuerzo detensinenelAresmayorenelpuntodondelacargafluyedeltornilloala tuercaqueencualquierotropuntodelreaderaz.Porltimoseobservaque algunos otros factores adicionales tales como los radios del flete, el acabado de la superficieylaclasedeajustetienentambinefectossignificativosenlosvalores del esfuerzo real. Debidoaloanterioresque,alahoradeproyectaruntornillodetransmisinde potenciasedeberndetomarlasprecaucionesnecesariasencuantoafactorde seguridad (F.S.)se refiere. CONSIDERACIONES PRINCIPALES DE ESFUERZO 1.Presin por aplastamiento 2.Esfuerzo por pandeo 3.Esfuerzo de corte y flexin en la rosca 4.Esfuerzo de traccin o compresin (cuerpo) 5.Esfuerzo combinado (cuerpo) 6.Velocidad crtica de descenso Clculo del torque necesario para levantar un peso NOTA:PARATORNILLOS DE ROSCA CUADRADA EL ANGULO A=0 por lo tanto (SEC 0 = 1) Eltornillomostradoenlafiguraseoperapormediodeunmomentoaplicadoalextremo inferior. La tuerca est cargada y su movimiento est restringido mediante guas. Suponer que el rozamientoenelcojinetedebolasesdespreciable.Eltornillotieneundimetroexteriorde2 pul y una rosca triple Acm, de 3 filetes por pul. El coeficiente de rozamiento de la rosca es 0,15. Determinar la carga que puede levantarse con un momento T de 400 lb-pul. Solucin: Profundidad de la rosca: 0.18 in La diferencia entre ny es tan pequea que se hubiera podido utilizar . Entonces:

Elmecanismomostradoenlafigura1.1solopuedetrabajarentre1=10y 2= 60, la carga de trabajo es de 10.000 lbf.Determinar: a) Eltornillodepotenciamsadecuadoparaelmecanismoencuestin, justificando la eleccin hecha. b) La potencia del motor de manera que el eslabn 2 tenga una velocidad lineal de 0,015 ft/seg. c) La eficiencia mecnica del tornillo de potencia. Ejercicio 2 Tornillo de potencia sometido a carga axial de traccin Figura 1.1.Mecanismo con tornillo de potencia.El motor se encuentra sujeto a la bancada. P = 10.000 Lbf 1 = 10 2 = 60 AB = 15 CB= = 7 BD = 20 1 = 0,15 Determinacin de la carga crtica Alconfigurarseelmecanismoconlainclinacin1=10,setienela disposicin en las barras 3 y 4 como se muestra en la figura 2.1. Figura 2.1.Disposicin de las barras 3 y 4 con 1 = 10. De la figura anterior puede deducirse que: ||.|

\| =) 15 () 80 sin( ) 7 (sin11|) sin( ) 80 sin(1| = AB BC 36 , 271 = |Lafigura2.2muestralabarra4ylasfuerzasaplicadasenellaque producen momento alrededor del punto C. Figura 2.2. Diagrama de cuerpo libre, barra 4. Puede entonces plantearse como condicin esttica: Desarrollando esta expresin, se obtiene que: 0000 . 100) 80 sin( 27) 80 cos( 27) 36 , 207 sin() 36 , 207 cos() 80 sin( 7) 80 cos( 74343=((

((

+((

((

FF0/ 43 /= + =P r F r MC D C B c0 0 , 885 . 46 564 , 543= FLbf F 5 , 426 . 843 =Lafigura2.3muestralatuerca2ylasfuerzasaplicadasenella.Es evidenteque,comolabarra3estsometidaapenasaunpardefuerzas,se cumple que F43=F23. Figura 2.3. Diagrama de cuerpo libre, tuerca 2. Puede entonces determinarse la magnitud de F25: Dado que la fuerza de trabajo en el tornillo es de la misma magnitud y sentidocontrarioquelafuerzaF25,notamosquesteseencuentraatraccin.Entonces, para 1=10, se tiene: Lbf F 9 , 483 . 7 ) 36 , 27 cos( 5 , 426 . 825= =0 ) 36 , 27 cos(25 23= =F F FHLbf Wt9 , 483 . 7 = Procediendo de forma similar con 2 = 60, se obtienen los siguientes resultados: Puedeobservarsequeconlainclinacin2seobtieneunacargade trabajomayoreneltornillodepotencia;porlotantoseconsideraraesta configuracin del mecanismo como la posicin crtica del sistema. 49 , 132 = |Lbf F 5 , 913 . 11643 =Lbf Wt9 , 687 . 113 =Seleccin del dimetro del tornillo SeleccionamoseltipoderoscaACMEyunaceroconunaresistencia de36kpsi.Conestosdatos,yconocidalacargacrtica,podemosprocedera determinareldimetrodeltornillodepotencia.Tomandoencuentaqueen estecasoparticulardediseoserecomiendanfactoresdeseguridadmayores que 3, podemos plantear: trabajofluenciaFSoo=fluenciatttfluenciaWtAAWoo> ||.|

\|s3 3Enestaltimaexpresin,eltrminoAtcorrespondealreade traccin, y es un valor que puede encontrarse en tablas descriptivas de tornillos de potencia con rosca ACME.Para este caso particular, se tiene: Segndatostabulados,untornilloconundimetronominalde4in (At =9,985in2)puedeseradecuadoparaeldiseo.Cualquierotrodimetro menoralseleccionadoesinadecuadopuesnocumpleconlacondicinde desigualdad impuesta por el factor de seguridad. ) 3 36 () 9 , 687 . 113 )( 3 (psi ELbfAt >24739 , 9 in At >Determinacin de la altura de la tuerca Calculamos en primer lugar los esfuerzos de corte y aplastamiento en los filetes tuerca. El esfuerzo cortante vendra dado por: H dWcizalla =tt2H inLbfcizalla =) 4 ( ) () 0 , 687 . 113 ( ) 2 (ttin LbfHcizalla/0 , 094 . 18= tLuego, el esfuerzo de aplastamiento en los filetes sera: H d dp Wrapl =) (422toin LbfHapl/6 , 089 . 17= oH inin Lbfapl =) 42 , 3 4 () 5 , 0 ( ) 9 , 687 . 113 ( ) 4 (2 2 2toCombinando tcizalla y apl, podemos obtener el esfuerzo de Von Misses: 2 23 'cizalla aplt o o + =in LbfH/4 , 696 . 35' = o2 20 , 094 . 1836 , 089 . 17'|.|

\| +|.|

\|=H HoFinalmente, mediante el criterio del FS podemos determinar la altura de la tuerca: 3'> =oo fluenciaFSin H 3 >3/ 4 , 696 . 35) 3 36 (>|.|

\|Hin Lbfpsi EPotencia mecnica requerida El torque necesario para mover la carga sera: 2 ) (cos) (cos1111 pppd Wl dd lT||.|

\| +=u tu t 2) 701 , 3 ( ) 9 , 113687 () 5 , 14 (cos ) 5 , 0 ( ) 15 , 0 ( ) 701 , 3 ( ) () 5 , 14 (cos ) 701 , 3 ( ) ( ) 15 , 0 ( ) 5 , 0 (11in Lbfin inin inT||.|

\| +=ttin Lbf T = 24 , 919 . 41Atravsdeunatransformacinsencilla,podemoshallarlavelocidad de giro del tornillo en funcin de la velocidad lineal de la tuerca: Finalmente, la potencia mecnica requerida por el sistema sera: |.|

\| |.|

\|||.|

\||.|

\|=revradinrevftinsfttuerca125 , 01112015 , 0teseg radtuerca/ 262 , 2 = e) / 262 , 2 ( ) 24 , 919 . 41 ( seg rad in Lbf T Pot = = ehp s in Lbf Pot 37 , 14 / 24 , 819 . 94 = =Eficiencia mecnica Es necesario determinar el ngulo de la hlice (): Finalmente, la eficiencia viene dada por: 46 , 2701 , 35 , 0arctan arctan = |.|

\|=||.|

\|=inindlpt to) 46 , 2 tan( / ) 15 , 0 ( ) 5 , 14 cos() 46 , 2 tan( ) 15 , 0 ( ) 5 , 14 cos(tan / costan cos11 =+ =o uo uq% 56 , 21 = q http://www.fing.edu.uy/iimpi/academica/grado/elemmaq/teorico/TornilloDePotencia2007.PDF http://blog.utp.edu.co/lvanegas/files/2011/08/Cap8.pdf www.eneing.com.ve/Tornillo_Potencia_Traccion.ppt