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• Zecarlos Santos Dávila

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12/03/2011

UNIONES ATORNILLADAS

ELEMENTOS ROSCADOS LONGITUD ROSCADA (b) PASO (p)

DIAMETRO (d)

RANURA HELICOIDAL TALLADA A TODO LO LARGO DE LA ZONA

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ELEMENTOS ROSCADOS SENTIDO DE LA HELICE (SENTIDO DE LA ROSCA)

DERECHA

IZQUIERDA

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ELEMENTOS ROSCADOS Los elementos roscados pueden ser exteriores (como los tornillos) o interiores (como los agujeros roscados de las piezas y las tuercas). Todos presentan una ranura helicoidal tallada alrededor de la superficie cilíndrica (externa o interna).

ELEMENTOS ROSCADOS Las normas de elementos roscados que veremos en el curso son orientadas a elementos roscados cuya finalidad es la sujeción de componentes mecánicos. En el montaje de piezas (para formar los conjuntos, mecanismos, máquinas, etc) se aplican como medios de UNION.

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ELEMENTOS ROSCADOS PERFIL DE LA HELICE TRIANGULAR

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TIPOS DE:

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FALLAS EN LAS UNIONES POR PERNOS

Las juntas o uniones por pernos suelen tener diferentes patrones y riesgos de falla para una misma condición de solicitación

Existen diversas condiciones de operación para las piezas o elementos de máquina conectados por medio de tornillos.

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Las uniones por tornillos suelen presentar mayormente una de las siguientes situaciones: 1.Falla por Flexión del perno. 2.Falla por Corte Puro de los pernos. 3.Falla por tracción de las partes a unir. 4.Falla por aplastamiento a compresión del perno. 5.Falla por desgarramiento de la parte a unir.

VENTAJAS 1) Se pueden desmontar fácilmente (para inspección o embalaje) 2) Se pueden unir distintos materiales, con distintos tipos de fabricación: compuestos, materiales laminados, tratados térmicamente, etc. 3) Los costos operativos son bajísimos: herramientas de banco y operarios poco calificados. 4) No se presentan tensiones residuales de la estructura. 5) No cambia el tratamiento térmico de las piezas a unir

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DESVENTAJAS 1) La junta es débil en las partes que se van a unir 2) Acarrea concentraciones tensiónales en los agujeros 3) Las uniones no son herméticas a los fluidos 4) Pueden tener pobre conductividad eléctrica 5) Se pueden aflojar o debilitar ante solicitaciones dinámicas y también ante variaciones de temperatura 6) Se puede presentar corrosión en la tuerca o cabeza de perno

ELEMENTOS ROSCADOS El paso puede ser corriente, fino y extrafino (también definidos por las normas). El ángulo  del perfil triangular varía de acuerdo al tipo de rosca. En las roscas métricas (DIN-ISO) y las unificadas 0 (norteamericanas) es 60 .

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ELEMENTOS ROSCADOS Las normas DIN, nos dan información de los elementos roscados de sujeción llamados métricos (designados con la letra M, el diámetro nominal, el paso, y la longitud roscada). Ejemplo: M10 x 1,5 x 40 (datos en milímetros)

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Los datos constructivos de esta rosca son los siguientes:. La sección del filete es un triángulo equilátero cuyo ángulo vale 60º. El fondo de la rosca es redondeado y la cresta de la rosca levemente truncada El lado del triángulo es igual al paso. El ángulo que forma el filete es de 60º. Paso es la distancia entre dos puntos homólogos. Ejemplo: entre las crestas contiguas. Su diámetro exterior y el paso se miden en milímetros.

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ELEMENTOS ROSCADOS Las normas norteamericanas, nos dan información de los elementos roscados de sujeción llamados de Rosca Unificada (designados con el diámetro nominal, el paso en hilos por pulgada, y la longitud roscada). Ejemplo: ¾ - 20 UNC (datos en pulgadas)

ELEMENTOS ROSCADOS En las roscas unificadas, la designación puede ser UNC, UNF ó UNEF, dependiendo si es rosca de paso corriente, fino o extrafino. El número de hilos por pulgada se refiere al número de espiras de la ranura helicoidal que presenta en una pulgada de longitud.

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ELEMENTOS ROSCADOS REPRESENTACION EN AGUJEROS CIEGOS SECCIONADOS M10x1,5

b

l

ELEMENTOS ROSCADOS REPRESENTACION EN AGUJEROS EN VISTA SUPERIOR

ARCO DE LINEA FINA DE UN POCO MAS DE 270 GRADOS

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MECÁNICA DE LOS TORNILLOS DE SUJECIÓN Y AJUSTE. El análisis de la juntas atornilladas partir de la figura, definen las variables:

tensión en se hará a además se siguientes

Fi = precarga inicial kp= rigidez del perno km = rigidez de las piezas sujetadas P = carga que se aplica

De las dos últimas ecuaciones se puede deducir:

La figura siguiente esquematiza gráficamente cómo se reparte la carga P en un perno ya precargado, obsérvese que el perno es menos rígido que las piezas que sujeta.

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EJEMPLO Se muestra un perno sometido a una carga de 2500N. Determinar las dimensiones mínimas de un perno de rosca métrica, que soporte dicha carga con un factor de seguridad de 3.

EJEMPLO Se decide colocar dos pernos con las dimensiones calculadas en el ejemplo anterior. Si las dos planchas de acero (Sy=36 kpsi) tienen la misma sección transversal (ancho de 50 mm) determinar el mínimo espesor de las planchas que descarta fallas en esta unión. Considerar un factor de seguridad de 3. (1 kpsi=6.9Mpa)

2500 N

2500 N

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EJEMPLO

En la figura se muestra una junta atornillada de un cilindro de presión (material hierro fundido, E=12 Mpsi). Un total de N pernos ha de emplearse para resistir una fuerza de separación de 36000 lbs. Se desea: a)Calcular las rigideces y la constante C. b)Obtener el numero de pernos requerido para un factor de diseño de 2 y tomando en consideración que los pernos pueden ser reutilizados cuando la unión se desensamble.

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