elementos de maquina decker

8 PROLOGO

Por medio de numerosas y extensas tablas se dan al alumnoy al proyectista todos los datos que necesitan para el calculo delos elementos de mquinas. Especialmente se ha procurado quelas tensiones, presiones o cargas admisibles se puedan determinarsin dificultades.

El autor espera que el libro sea, como hasta ahora, un mediotil para los estudiantes de ingeniera, as como para los proyec.listas de maquinas, especialmente en unin del tomo (Ejerciciosde Elementos de Maquinas, que contiene un gran nmero deejemplos detallados y a resolver por el lector. El presente libro seajusta, en su notacin, unidades y formas de clculo, totalmentea los libros Mecnica y Resistencia de Materiales y Mecnicay Resistencia de Materiales, Ejercicios de mi colega KarlheinzKabus, publicados en la misma editorial, de forma que se recomiendan como libros bsicos.

Son aplicables las ltimas ediciones de normas OIN.Berln, septiembre 1975 KARL-HEINZ OECKER

Indice

Prologo ...................................................

1. Uoiones fijas.......... . .1.1 Uniones por soldadura de fusin .

I.I.l Procedimientos., matenales. costuras, calidad .1.1.2 Diseo bsIco .1.1.3 La soldadura en calderas y depsitos a presion ..1.1.4 Uniones soldadas en las construcciones metlicas ..1.1.5 Uniones de soldadura en la construcc1on de mqui-

nas. . , .1.2 Uniones de soldadura por presin .

1.2.1 Procedimientos.., tipos de costura, materiales .1.2.2 Uniones de soldadura por puntos _ .1.2.3 Uniones soldadas por resalles .1.2.4 Soldadura a tope por chispa .

1.3 Soldaduras con metales de baJO punto de fusin .1.3.1 Procedimientos. soldaduras .1.3.2 Formas fundamentales .1.3.3 Resistencia .

1.4 Uniones pegadas .1.4.1 Pegamentos. i?ropiedades. procedimientos .1.4.2 Formas princIpales .1.4.3 Resistencia.......................... . .

1.5 Uniones por remaches.......... . .1.5.1 Remaches. fabncacin. numero de secciones someti-

das a cortaduras, transmisin de esfuerzos .1.5.2 Uniones por remaches en construcciones metlicas.1.5.3 Uniones de remaches en las construcciones metlicas

ligeras .1.5.4 Uniones roblonadas en la construccin de mquinas

y aparatos .1.6 Uniones a presin .

1.6.1 Ajustes transversales y longitudinales, proceso de en-samblado .

1.6.2 Calculo de los ajustes a presin cilndricos .

7

151515172235

525757596264646468717272757678

7881

90

9598

9899

10 INDlCE INDICE 11

2. Uniones desmontables...................... 1082.1 Tornillos de fijacin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

2.1.1 Roscas....... 1082.1.2 Materiales; proteccin conlra la corrosin.... 1102.1.3 Tornillos y tuercas...... 1132.1.4 Arandelas de suplemento, elemeDlOs de seguridad.. 1172.1.5 Flujo de fuerzas; erectos de entalladura; formas. .. 12021.6 Fuerza de tensin previ~ par de apriete 1272.1.7 Diagrama de deformaciones; fuerza diferencial; fUe17.3

maxima; fuerza mnima.......................... 1282.1.8 Resistencia de los tornillos sometidos a traccin axial 1302.1.9 Diseo y calculo de los tornillos sometidos a esfuer-

zos de cortadura. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1342.2 Tornillos para movimiento (acdonamiemo por tornillos) 136

2.2.1 Roscas; materiales............................... 1362.2.2 Esfuerzos, rozamiento. rendimiento, irre\ersibilidad. 1392.2.3 Resistencia.............. . . . . . . . . .. .. 142

2.3 Uniones para cubos . ..... . . . . . . . . . . . . . 1442.3.1 Umones por chavetas axiales............ . .. .. 1442.3.2 Uniones por lengetas ajustadas.................. 1502.3.3 Uniones por ejes nervados....................... 1S42.3.4 Uniones por ejes dentados................ 1572.3.5 Uniones por ejes poligonales..................... 1602.3.6 Uniones cnicas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. .... 1612.3.7 Uniones por apriete............................. 1632.3.8 Uniones por elementos tensores..... . . . . . . . . . . . . . 1652.3.9 Uniones por dentados frontales....... 171

2.4 Uniones por pasadores y bulones...................... 1742.4.1 Pasadores...................................... 1742.4.2 Bulones........................................ 1782.4.3 Resistencia..................................... 181

3. Resortes elisticos................ 1853.1 Fundamentos........................................ 185

3.1.1 Curvas caractersticas, trabajo de elasticidad y condi-ciones de oscilacin..................... 185

3.1.2 Materales, esfuerzos, resistencia.................. 1873.2 Resortes de lmina trabajando anexin................ 1923.3 Resortes de brazos trabajando a torsin................ 1953.4 Resortes de barra trabajando a torsin............... . . 2003.5 Resortes de platillo trabajando a compresin. . . . . . . . . .. 2013.6 Resortes a compresin y a traccin, cilindricos. . . . . . . . .. 207

3.6.1 Resortes ti compresin, de alambre redondo, confor-mados en fro.................................. 207

3.6.2 Resortes a compresin de varillas redondas 2113.6.3 Resortes a traccin. de alambre y varillas redondos 2123.6.4 Clculo de los resortes a compresin y a traccin. 215

3.7 Resortes de goma. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 219

4. Ejes..................................................... 2244.1 Funcionamiento y formas....................... 2244.2 Gorrones....................................... 227

4.2.1 Gorrones portanles .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2274.2.2 Gorrones de apoyo 229

4.3 Resistencia................ .. 2304.3.1 Momentos de nexin y de torsin; momento de iner-

cia y momento reSIStente........ 2304.3.2 Calculo aproximado a torsin y anexin......... 2334.3.3 Resistencia a la fatiga 234

4.4 Deformacin...... . ........... 2394.4.1 Deformacin por esfuerzos de nexin............. 2394.4.2 Deformacin por esfuerzos de torsin............. 242

4.5 Velocidad critica.. . . . . ................... 2434.5.1 Velocidad critica de nexin...................... 2434.5.2 Velocidad critica de torsin... ..... ... 245

S. Cojinetes.... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . 2475.1 Rozamiento. engrase. lubricantes .. . . . . . . . . . . . 247

5.1.1 Rozamiento. . 2475.1.2 lubricacin y lubrtcant~ 249

5.2 Cojinetes a friccin o lisos. . . 2575.2.1 Teoria del engrase, cojinetes de superficie milltiple,

ranuras de engrase.. . 2575.2.2 Alimentacin de lubricante, dispositims de engrase. 2615.2.3 Materiales de los COjinetes (materiales deslizantes) y

material de los gorrones _. 2645.2.4 Diseo de los cojinetes de sustentacin (cojinetes ra-

diales) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2705.2.5 Calculo de los COjinetes de sustentacin (cojinetes ra-

diales) _. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2765.2.6 Diseo de los soportes (cojinetes axiales).......... 2855.2.7 Calculo de los soportes (cojinetes axiales)......... 288

5.3 Rodamientos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . .. 2925.3.1 Construccin, caractersticas............... 2925.3.2 Normas de montaje, posibilidades de carga.. . 2975.3.3 Capacidad de carga y duracin en servicio.... 3065.3.4 Velocidad lmite............................ 3135.3.5 Lubricacin.................................... 315

6. Juntas de cojineles y de ejes.............................. 3206.1 Juntas contra escape de grasa......................... 320

6.1.1 Juntas rozantes............................. 3206.1.2 Juntas sin contacto........................... 322

6.2 Juntas contra escape de aceite......................... 3246.2.1 Juntas rozantes ... 3246.2.2 Juntas sin rozamiento........ 327

9.1 Fundamentos.

7. Acoplamirnlos Darlll ~J~7.1 AcopJmlentos no l'Clon.lble~ .

7.1.1 Aeoplamienlo~ rigldo~.7.1.2 Acoplamienlo~ de dilatacin .7.1.' Acoplmiento~ compensildores no elstico~ ..7.14 Acopl.lmientos compensadores elstico~ .7.1 5 Acoplamiento~ de seguridad....... . .

7.2 Acoplilmlcnto~ embragables .7.2.1 AcoplamlentO~ embragable~ a mano ..7.2.2 Acoplmlentos embragablc~ a distancia .

7.3 Acopl;lmlenlos de arranque,.. .

8. Transmisione

Uniones fijas

1.1 l.:niont'S por soldadura de fusin

1.1.1 Procedimientos, materia/es. costuras. calidadLa soldadura ha llegado a constituir uno de los mtodos mas

importantes para la unin de piezas entre s, ya que, aparte delahorro de modelos y utillaje que supone. proporciona la ventajade un bajo coste de material en comparacin con las uniones porfundicin o forjado. En un diseo bien concebido, la pieza solda-da puede ser hasta el 50 o/~ ms ligera que recurriendo a otrosmetodos de unin, sin merma de rigidez ni consistencia. Lasuniones soldadas superan, incluso, a las uniones por remachado,en la mayor parte de Jos casos, gracias a la simplicidad de suformacin.

Segn las normas DIN 1910, se entiende por soldadura deunin la unin de dos piezas mediante soldadura. Varias piezasunidas entre si forman una pieza soldada, y varias piezas soldadasunidas entre s constituyen un grupo de soldadllra. La soldadurapor fusin resulta muy adecuada para piezas grandes de maquinaria a base de flujos fundidos de localizacin limitada, tanto si seemplea material de aportacin como si se prescinde de l. Losprocedimientos de soldadura de metales son: soldadura por gas,soldadura pCJr resistencia, sold(ldura por arco, soldadura de plasma,soldadura por haces electrnicos y soldadura por haces luminosos(rayos laser).

A continuacin se describen las uniones soldadas a base deun cordn con material de aportacin superpuesto o interpuesto.Los melales sofdables ms importantes son:

17UNIONES FIJAS

FIOUR/\Reparto dc los esFuerzos sobre las uniones a tope: (1. esfuerzo de entalladura;u) costura en V con mala pcntracUln; b) costura en V con buena penctracln;

e) costura en V con remale; d) coslura en X.

Tambin pueden soldarse entre Ji plUaS de materiales tcrmoplislicos. Entreellos cabe deslacar el r/Qnjro de polit'lllilo PVC duro y blando. En contrasle conla !iOldadura mctaltca. en esle caso la unin soldada se establece en un estadopalitoso (v. normas 01 16930 Y 169JI~ AsimISmo, es posible realizar cordoncsde soldadura. lo mismo que cuando se trall de metalcs. Los m:todos de soldadu-ra en estos casos pueden ser: 50Idudwra por 911$ calientt. soiadllTa por efemenlocaltfoclor. soIdadwra por impwlsos de coldro, soldadlUO por ro:omienro y soIdadlUaditlclrica por allo frwllda. El cloruro de poli"lnil0 se encuentra en el mercadocon una gran dl\'crsldad de nombres. tales como Oynal. Igclit, Vinidur. Vc:stobl,Vinnol, Astralon. Trovldur, Mipolam.

2. Metales no frricos como cobre, latn, bronce, CinC y alu-minio.

1.1.2 Diseo bsicoEn el diseo de construcciones soldadas es preciso observar

una serie de reglas fundamentales. Por ello, el proyectista debesometer a una \-criticadn exhaustiva sus proyectos. Por otraparte, la calidad de una unin por soldadura depende tambin dela cualificacin y la experiencia del operario que la realiza. Lasreglas ms importantes a observar en el diseo son:

La tabla 2 proporciona un resumen sobre los diferentes iposde coslllras y formas de costuras segn la norma DIN 1912. En latabla 3 se indican las formas de unin.

En la norma DIN 1912 se encuentran ejemplos de representa-cin gnifica de soldaduras a tope y en ngulo y los simbolos, yen las normas OIN 8551 a 8553 se indican las formas de unionessegn el espesor de chapa.

Las uniones por soldadura se dividen en tres calidades distin-tas conforme a la tabla 4.

T"'8L~ 1 Aplitud para la soldadura de 1011 tipo!! de .cero mios ImpolullIu

ELEMENTOS DE MAQUINAS

1. Aceros con un contenido bajo de carbono, de hasta el0,3 o,~ aproximadamente; los contenidos superiores, slo endeterminadas condiciones (tabla 1). Son madecuados parala soldadura los contenidos de silicio, manganeso, bismutoo fsforo en las aleaciones mientras que los contenidos decobre, nquel, cromo, molibdeno o vanadio no producendefectos.

Tipodc lao", AplillHi pano. la ..,w.d....

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Muy .arenad.

la rgidez de la coslura. Su desviacin en la zona de soldadu-ra es mOlivo inevitable de formacin de picos de tensin (tig. 2).Los efectos de enlal1adura no disminuyen la rigidez en loscsfuerzos estticos, pero reducen la capacidad plstica de de-formacin, originando as un peligro de rotura agria. Antcesfuerzos vibrantes, el material se destruye ms rpidamentc,es decir, su resislencia a la fatiga se ve muy disminuida. En la

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21

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FIGUR.... 7Rueda dentada soldada: a) mcorrec-too trabajo de torneado en el cubo yla llanta, y trabajo de corte en los

ner\'ios; b) correcto.

UNIONF5 HJ....S

4. E;ifar intersecciones de cordones. El calentamiento localizadodurante la soldadura y el posterior enfriamiento originan tensiones por contraccin, que deforman las piezas soldadas.Cuantos ms cordones de soldadura concurren en un puntoy cuanto ms gruesos son los cordones concurrentes, tantoms acusada es la deformacin, Las contracciones de las costuras se manifiestan ms palpablemente en su sentido longitu-dinal, originando deformaciones en algunos puntos rgidos dela zona soldada. La experiencia demuestra que la deforma-cin es mayor en la soldadura oxiacetilenica que en la dearco, y en sta mayor, a su vez, que en la soldadura porresistencia, En la figura 6 se representa la forma de evitar 0'....-se junten varios cordones de soldadura. Los nervios w

FtGUaA 6Soldadura de nervios trans\crsales:al inadecuado por la interstttin de

cordones.: bl adecuado.

en las primeras no se establcce ninguna des\'iacin del nujodc fuerzas. Dc las costuras angularcs (fig. 4) la de mejor resistencia a las vibraciones es la cncava, ya que en ella se observa una desviacin menos SC"'era del nujo dc fuerza. Noobstante, la de ms frecuentc utIlizacin resulta ser la costuraangular plana por razones de economia.

3. Eciwr esfuer::os de traccin en fa ra:: de la costura. La raiz dela costura es particularmente sensible a los esfuerzos de trac-cin y debe emplazarse en las zonas de presin siempre quesea posible (fig. 5).

=y1--

r

L

FIGURA .5Cos.t,uras ~e soldadura sometidas aOeXlon: ,~) madecua,das. por tocalizar-se traoclon en la ralZ de la soldadura'b) ad.c,cu

2JUNIOSES FUAS

e

FIGUJ" 10Rc:fuerzos en las paredes de una caldera, previstos en los orificios de acceso e

LOJcrtoS.

a

La fabricacin de calderas y depsitos? base de chapa y tu-bos se da con mucha frecuencia. La distribucin de las envolven-tes depende de los espesores de chapa disponibles y de los recur-sos de fabricacin. Para evitar intersecciones de cordones de sol-dadura, las costuras longitudinales de las distintas lJjro!a~ debernestar al tresbolillo (fig. 9). Los orificios grandes para Injertos, re-gistros, etc., deben ir reforzados (fig. 10): Sol~menle en casos depequeas aberturas o con chapas sobredlmenslonadas en espesor,puede prescindirse del refuerzo mencionado. E~ la fi~~ra 11 ~muestran unos ejemplos de orejas, manguitos, bridas e injertos, aSI

FIGL:IA 9Construoci6n bbK:a de un depsito a prt'S}6n: a, costura longitudinal; b, c.:mtUTiI

circular; ~, \'Irola.

resistencia, por lo cual la ejecucin debe ser muy cuidada. ~ncalderas de aplicacin naval o terrestre, la realizacin d.e trabajOSde soldadura solamente debe decidirse cuando se venfique quelos materiales a utl1iz;:tC son apropiados)' las costuras a practicarqueden comprendidas en las normas reguladoras de este tipo defabricaciones.

y cordones de soldadura:

ELEME"ITOS DE "'''QUINAS

FIGURA 8incorrecto, muchas pIezas

bj correcto.

22

sales se unen con cordones angulares de J a 4 mm de espe-sor. Las costuras no tienen que ser ni ms gruesas ni mslargas de lo debido. Las partes que una vez soldadas se vcandeformadas, deben corregirse a base de recalentarlas y marl-liarlas.

S. Preferir semillcobados. Una pieza soldada resulta mas econ-mica si se construye a base de productos semiacabados oprefabricados. Es preferible recurrir a aceros planos o perfiles,tubos, chapas dobladas o curvadas e incluso chapas cortadasa soplete. En los casos en que esto resulta demasiado compli-cado, pueden tambin emplearse en la soldadura piezas defundicin, de forja, de estampacin o de embuticin.

6. Et'itar trabajos prer:ios COSlosos. Los trabajos de corte y ope-raciones de mecanizacin suponen un encarecimiento. Porello deben evitarse en lo posible resaltos, cantos achaflanadoso circulares, perfiles y similares, torneados (fig. 7~ Muchasveces es posible ahorrar costuras de soldadura a base de cur-vado y doblado de los componentes (fig. 8).

7. Tener en cuenta la accesibilidad d' las costuras. Los tiles desoldadura deben acercarse con facilidad a las costuras a reali-zar.

Carcasa soldada: al

1.1.3 La soldatlura en calderas y depsito.~ a presinLas costuras de soldadura en calderas y depsitos a presin

deben ser de espesor absolutamente controlado y de una gran

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l;]',IO..ES fIJAS

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FIGURA 12Caldera de vapor de r~lIperacin, construida a base de soldadura para una ..

'i. m",m, d. 7 b" _ 0,7 MP,. /

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dI~...----;b,:~c::::~::,~ ~~,J:::,~oJ ~

Tras laiOld~llra

24

FIGURA 11Soldadura de Ore)"5, manguitos, bridas. injertos y uniones de bridas, segun nor-

mas DIN 8558.

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Skndo: Limil-Kionell (cjocn,plo:,

.:1:,,,,,r de Lo p.red, ,. " e mlrl.~ d metro 'nl~nn., V, tf>(J D, : tOO ",m., 1'"'''''''' de 1""'10 p 0.15: p:iO.I5~Io., I.mrralura de ekulo '. I 13ll;

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oE 1m m'Je 1),1' :!OlIO; V, "S !(J()(lln,,, MI-'o.o, nn .dll1ll~le lp 1720. 1 "::ii lito e '\Il'nC",,~erli6n d~ la. unida.de. t'onv~ncion.ko dt' I'",.in:

t.lm 1 kll/em''= 1 boIr _ 1 d.N/cm' '" 0.1 MP... 0.1 N/mm'"

En la figura 12 se representa una caldera de vapor para recu-peracin de calor perdido construida a base de tres virolas, con

Espesor minimo requerido s de los cambore:s cilndricos, ;jrofaso colectores de calderas de t'apor sometidos a presin interna (fig. 9Y 12) con una relacin D./D ~ 1,6:

En las calderas de vapor, el espesor mnimo admisible de lasparedes es de 3 mm, o de 2 mm si se utilizan aceros no corrosi-vos. La ecuacin 2 puede aplicarse tambin en los clculos detuberias de calderas sometidas a presin interior, y a presin ex-tcrior hasta un dimetro de 100 mm.

I Lo. ,&lor~. '''Ie,,"~,~,," .. debI-litadas de la ch.lpa ) la" no debihtadas;

(", en mm: factor complementario para compenl>ar lal> Insuficienciasde espesor de la pared; en los aceros ferrosos 1.\ tolerancia negati-va conforme a la norma de medidas y en alguno) tasos la dismi-nucin de espesor de la pared origmada en la fabritac;6n (p. ej ..por la embUllelnj. En caso contrario se lOma Cl ,. O;

C2 en mm: faclor complemenlario de desgastc (factor complementariode corrosin) _ I mm. Se desprecia cuando .~ 1: 30 mm o cuandose protege suficienlemenle el acero a base de emplomado. plalca-do, engomado, recubrimiento con malcrial plsllCO y anlogos (pe_ro no recubnmientos galvnicos). Si no es posible inspet:cionar elinterior del depsito, es necesario delcrminar un factor comple.menlario mjs c1evado;

e, en mm factor complementario preliisto para compensar los ata-ques que pueda pro\ocar la obra de albaileria en los depsitos apresi6n mamposteados.. En C'.l.SO contrarIO, se loma c", = O.

28

para:

"--o, ---'

UNIONES ~1JAS

faclor de calculo (v, tabla 8 ) los dalos que se ioclu_len a continu;lclon);faelores complemenlarlOS de compensacin de las Irre.gularldades de espesor, ,er la nomenclatura de laecuacin l. En los casos de calderas de vapor se des.precIan los faclores CI Y cJ'en mm factor de COmpensacin de presin elIlerior.En I~ depo.lollOS 11 preslOn se loma C.. "" 2 mm _- lOOmm ' D ) en calderas de vaporc;f. = 2mm.Tieneen cuenla las diferencias r~pecto a la forma tericafabombamiemos ) zonas hundidas~ Cuando se tieneD. ;: SO mm y en ClI!;()$ de presin inlenor. se tomae.. - O:en mm: faclor complementario de construcx:in. Endep.lonos con {s - c I - c,l D. < 0,005 se loma Cs _- I mm, de lo conlrario se loma c, = O. En l;3lderasde 'apor se tiene (" l - 0.2 (6 mm - so), Siendo So el espe-sor de la pared sin faclores complemenlanos. Con ~ >> 6 mm sc toma c, '" O Y en l;3lderas para buques seloma Cs - I mm Siempre,

.. ~b) ... 8 - LL.-.LJG"'.,-,,""?) - -O, -

"

Con H D. = 0,2, la altura cilndrica h debe ser, por lo menos,3,5 s. Cuando se tiene H D. > 0,2, las alturas h deben disminuir

FIGURA 13Fondos arqueados.: al fondo liso; b) fondo eon orificos; c) fondo con solape;

dl fondo con injerto; el fondo soldado.

(3)


D.pPs = -- -- + el + e2 + cJ + c. + e,K4-vS

J, D p. K Y S segn la nomenclatura de la ecuacin 1;v factor de debilitamiento; en fondos formados por va.

nas partes soldadas enlre s (fig. Ik) se toma ~ _ 0.8a 1, segn la calidad de la soldadura; en caso contra.rio se toma v _ 1;

T "liLA 7.. V.lort"f de kgurirlad S para delJ'~jlo~ pn:SKHI y calo.l",u dI'! ~avor (toxlra.dOll de las hojas "0 y TRO

30

, [n dq>"'OI para Iuet ...........abl.,. , ",,,adu..- CCIn COIlI""' (""elido eooolrafilO panulado > I

U".,~~ =- -

! .. ," .. !I~ f " Ot-pII.

con:

JJ

1o1,L11---_, -I}-2l-

. '=f-,-

~.J!:='.,=8-q

UNIONES FU....S

U5: e .. 0,4 con S $ 3s" e - 0,45 con s> 3'1;U6: e .. 0,45 eon s $ 3s l , e_0,5 oon s> }s,;VI' e _ 0,4 con , ~ 3s l e .. 0,45 con s> 3,,;V2: e _ 0,3 con s $ 3s l e - 0,35 oon s > 3s,;VJ. V4: e _ 0,25 oon r:::: 0,035 D.. pero para r s:

il: 30 mm. r s: 1.3$. h ;; 3,5s;en mm: di.1metro de clculo segUn la figura 14;en mm: dlametro de caJculo del amarre. En fondos o placas sm amarre. se tiene di .. O:en mm: factor complementario de dc::sgaste utilizado condepOsitos destmados a alOjar productos peligrosos, o condepsitos culo \Dtmor no se puede IDSpeoc1onar. En casocontrario se loma eJ - O.

"

o,d,

~ ~"".0, ---D,~ --~ -, -" R~ . -J, __ 1-- -,f- ,-"

..... U1

,

1I -', :i :i -,.- h -.

" - "-1

FIGUR.... 14Fondos y placlls planos: U sin reforzar, V con refuer-zo, U 1 fondo rebordeado, U2 fondo plano forjado oembutido, U3 placa plana con ranura de descarga, U4

-01,-1 placa plana soldada interiormenle por ambos lados,U:=~-:'~=:-=:..:: US placa soldada por ambos lados, U6 placa soldadainleriormcDle por un solo lado, VI placa soldada LOteriormente por un lado, con refuerzo transversal, V2

placa soldada interiormente por ambos lados, con refuerzo transversal, JI) rondoplano rebordeado, con rcfuer".(o transversal, 1/4 fondo plano rebordeado, con solape.J-ELEloUlIJllolO

Cuando se trata de placas reforzadas o placas de alojamientode tubos (v. figs. 12 Y 15), pueden aplicarse las frmulas de calcu-lo deducidas de la ecuacin 4 (v. la hoja AD 85, as como lasTRD 305 Y 306) segn sea la disposicin (forma~

(4)

ELEMENTOS DE MAQUINAS32

1" D.dpar .. 1 d PIra (",, 3sh

"(6)

UNIONES FIJAS

con:

A A en mm- seccin de refuerzo (d~ - df)Jl 4 (de acuerdo con la fi-gura IS~

La ecuacin 6 puede aplicarse tambin para los cJculos deinjertos soldados (v. fig. 11).

1.1.4 l.i fliofles soldadas en {as construcciones metlicasEn la construccin de cdificios, gras y puentes, se utilizan

perfiles, llantas, tubos y chapas en forma de vigas de celosa o dealma llena, tales como por ejemplo cerchas para tejados, estruc-turas para naves de fabrica, vigas carriles de gras, etc. En lafigura 100 se muestra una dga de celosa. Sus perfiles exterioresse denominan cordones (superior e inferior). Ambos van unidosfirmemente entre si mediante tirances (verticales y diagonales). Enlos fludos concurren siempre varios perfiles. Las vigas de almapueden ser de doble T (fig. 16b) o de cajn (fig. 1oc). Para evitarabombamientos, a determinadas distancias se sueldan unos re-fuerzos que en las vigas de cajn se denominan tabiques transL.'er-sales.

Unicamente pueden emplearse aceros de propiedades garanti-zadas para la soldadura, como son los tipos St 37-1, St 37-2,St 37-3 Y St 52.). En la fabricacin de elementos soportantes nopueden emplearse aceros efervescentes de calidad grado l. Paralas construcciones soldadas previstas para trabajar con cargasmuy estticas, se aplican las normas DIN 4100. Para aplicacion~sen gras, es ms indicada la norma DIN 120 que pu~e ser SUSti-tuida por la DIN 15018. Las normas expuestas contienen, entreotras, las siguientes indicaciones:

l. El espesor mnimo de los elementos soportantes de acero conun riesgo leve de corrosin debe ser de 4 mm, para gras3 mm, para cartelas 4 mm y en tubos 2 mm. Cuando I?s ries-gos de c~rrosin son superiores al expuesto, es preciso au-mentar los valores de espesor minimo indicados.

2. Los elementos soldados deben construirse de modo que seobtenga un flujo de fuerzas lo menos perturbado posible. Espreciso evitar cambios de seccin perjudiciales, as como ra-nuras y taladros grandes en las chapas a soldar. Tambin es

(5)

,.~

,-

o-

s--

FSg ~ 0,4 d . K

.- ~$.

~~ i~"""''''

-'-f--d; ~


,

-

FIGUU 15Tubos soldados: al placa de tubos.

anchura de la costura

g en mm: anchura de la costura;F en N: esrucn:o en el tubo = p' AR, sltndo AR la componente

del campo del mismo (superficie rayada de la fig. 15). Concampos parcialmente entubados se incluye la componente delcampo de contorno, es decir, hasta el comienzo del reborde delrondo;

d. en mm: dimetro exterior del tubo;S, K ver la nomenclatura de la ecuacin 1.

s --

34

con:

En tubos soldados, segn la figura 15, las costuras de soldadu.ca deben estar en condiciones de soportar el esfuerzo que setransmite al tubo. En la superficie de corte debe verificarse, comomnimo:

Con refuerzos longitudinales, tubos de refuerzo o virotiflos, apli.cados todos ellos por soldadura, la superficie de corte dcl cordnde soldadura debe ser, como mnimo, 1,25 veces la seccin delvrotillo o del tubo de refuerzo:

11

37UI'-lONI'.S FIJAS

6. En general, y mientras no existan motivos particulares de latcnica de soldadura que lo contradigan, las coSfuras angula-re!i de fas flancos deben ser de lados iguales, y no deben tenermayor espesor que el requerido por el clculo. En los cordo-ne!i angulares romafes es recomendable una ejecucin de la-dos desiguales por la suave desviacin del flujo de fuerza(fig. 19). En este caso, se tiene h/b ;;;;: 1.Para realizar cordones de soldadura enfrentados entre s, es

FIGURA 18Costura angular cerrada.

'- tl -

l~;;; C=? ,;dJ-F ~*t!=f

4. Las platabandas que van unidas directamente a las almas, nodeben tener un espesor superior a 20 mm para evitar peligrosde rotura por fragilidad. mientras que las restantes plataban-das no deben sobrepasar los 50 mm dc espesor. Las juntas delas platabandal> deben formar ngulo recto con la direccindel flujo de fuerzas.

5. En las construcciones para intemperie o donde se pre\-'eanpeligros especiales de corrosin, las costuras interrumpidas serealizarn en forma de soldadura angular cerrada, tal comose representa en la figura 18.

1,

FfOLaA 17Unin soldada cu)a hnea de carga comcW:le con la linea de carga de la barra.

a)

,

-----

a---~-

a

.rf '>-'" 'g 1 v~ , vv1--' b)r>-.

b

necesario cuidar que no se produ7can intersecciones de costuras de soldadura.

3. Los ejes de carga de las barras deben coincidir en lo posiblecon las lineas del sistema. Segn esto. es tambicn con ....enlenteque el eje gra .... itatorio de la unin soldada cOincida con el ejede la barra. De acuerdo con la figura 17, a igualdad de espe-sores en los cordones de soldadura. debe '\crificarse l. el == 12 "t'2'

ELEMENTOS OE MAQUINASJ6

FIGURA 16Vigas de acero soldadafo: al 'lga de a:losia; b) "'ga dealma; el nI" de caJOn. a. Cordon supenor; b. cordnn(crior: r. liranle ,erlicill; d, tirante diagonal; r, alma;/. unIn del alma; 9. umn de platabanda; 11. refucno;i. pared; l. unin de pa~ l. rnuerza trans\"l:~1; 11,

rellculols de la ,'iga.

a g g

l' 11"" "

v

"

"11

"

e)1111 7.

39

Tti

SecciOo -S SccOOn C-O

UNIONES FUAS

A"i

,...

, ~

'1 di-'D

-',

V-.) r:,

!_LI

, ~FIGURA 22

Uniones de barras y platllbandas: uJ con costuras angulares de nanco; h) concosturas angulares de naneo, y de frente; (jcon una costura angular en aml.l0;dJ con costuras a tope y en Ilngulo; tJ con una co~tura a 1Op,c de Ctrcunvalaclon;

f) con una costura angular de clrcunvalaCton.

Las costuras allgulares deben tener un espesor a = 3 mm, co-mo mnimo, y en general no debe sobrepasarse el valor a = 0,7 t,siendo t el espesor de la pieza ms fina.

11. La longitud analiliea del cordn I es igual a la longitud totalI del mismo. En los cordones a tope, la longitud analticadebe coincidir con la anchura de la pieza a soldar, si se procura que la costura sea uniforme en toda su extensin. En lasuniones de cubrejuntas )' barras, tal como se representa en lafigura 22, la longitud analitica f de los diferentes cordonesangulares de nancos no debe superar el valor 1 = lroa, en lasuniones del tipo de la figura 22a no debe ser inferior a 1 == ISa y en las que aparecen en las figuras 22b y c no debeser inferior a I = lOa.

~-..

FIGUA 20Cordones de soklildura Opueslos.


preciso que el espesor de las chapas a soldar sea, como mni-mo, de 6 mm (fig. 20).

8. No se admite una transferencia comn de fuerzas en lasuniones de costuras de soldadura con pernos DI 7990.

9. ~bido al peligro que representa cortar las zonas de segregu-Clon (zonas de estructura no uniforme) en los aceros eferves-centes, y a causa de las tensiones internas en dichas lonasdebido a los procesos de laminado y enfriamiento. no se admiten las costuras angulares en los chananes de los aceroslaminados (v. fig. 23). Se exceptan, a este respeclo, las placasde cabeza y de base. En las zonas conformadas en fro de laspiezas a soldar (p. ej. dobleces), solamente se admite la solda-dura cuando la relacin entre el espesor de la chapa y elradio del doblez no sea inferior a un valor determinado. Dicho valor depende tambin del material de que se trate.

10. El espesor analtico a de los cordones de soldadura a topedebe ser igual al espesor de las partes a soldar. Cuando ~trata de soldar piezas de diferente espesor se aplica el menorde los espesores (fig. 2Ia). En las costuras angulares el espesor debe ser igual a la altura del tringulo issceles inscrito.

FIGURA 21Espesor de la costura II ti) en las costuras a tope; b) en las costuras en angulo.

38

FlGu... 19_ TranSICIn de un cordn angular rrontal de lado~ dcsi,guales. a ouocordn de llaoco de lados ill:uab.

j

"1

El clculo de la resistencia se realiza como si los cordonesrueran elementos aparte. La superficie de soldadura constituye lasuperficie de corte sometida a esruerzo. Cuando existen posibilidades de error con otros esruerzos distintos, los smbolos querepresentan Jos esruerzos en las costuras de soldadura llevarn elsubndice w; por ejemplo C1", o 1:....

Cuando la ruerza F acta perpendicularmente sobre la superficie de la soldadura, el clculo se realiza con el

41

(9)

(8)

F

F

Fr~ --

1:(0 -1)

--

"t- '.---f, ~ )"_ _ bJ_h- 1,..

~1}"--,)--r,

.l>- J

UNIONES fIJAS

Mesfilerzo normal (1h = r y

esfuerzo tangencial

,

en N,mm!: esfuerzo normal (flexin) en la costura a una distanciay del eje de gravcdad de la Ul1ln soldada (traccin o eompresi6n);en Nmm: par de flexi6n sobre la superficie de soldadura;

r en N mm J : esfuerro tangencial sobre la soldadura;F en N: fuena sobre la superficie de la soldadura.

M

",

,

-eL..

- - 1-,1,. I'=>

"""

En una unin resistente a la nexin (fig. 23) con una superfi-cie de soldadura sometida a un solo par de nexin M, el esruerzonormal a una distancia y viene determinada por

con:

Cuando la ruerza F acta sobre la superficie de la soldadura(tangencialmenle a dicha superficie) el clculo se lleva a cabo conel

FIGUkA 23Unin resistente a la Rexin de vigas con soldaduras en ngulo: 0:1) de una viga

lammada; b) de una VIga soldada.

donde:

(7)

220)22b)21e)22J)lle)ll!)

figurafigurafigurafigurafigurafigura

de lade lade lade lade lade la

uninuninuninunin

F(1 11 = .(a.n


esfuerzo normal

11., en N/mm1: esfuerzo normal sobre la sold\crsales F/l' lal comose presentan en las piezas sometidas a flexin. se consIderansolamente las costuras de unin que, por su situacin, estanen condiciones de transmitir esfuerzos transversales; por ejem-plo, en los perfiles en /, en U y similares. generalmente, slolas costuras de almas de longitud I que se representan en lafigura 23. Cuando aparecen conjuntamente costuras en nguloy a tope (v. fig. 224) es preciso calcular la suma de las superficies de ambas costuras. Ejemplo:I(a' t) = lo1 en la unin

= a(b + 2f) en la unin= a(/ + 12 + 2b) en la=40I+sh en la= a{d - a)n en la= a(d + a)n en la

40

donde:

'1 '1 '1'. '.

, , "

Vista Xcon:

I"

di1\11111l1111ll m

1

,

,'" Fqt

F,

)" s" l:~ ,,;.'~ I -J~I < I,

43

(12)

(JI)F(J,: I' = At'sjill'r=n normal

esfuer=o rangencial

6" u en N mm! lr

"UNIO~ES FIJAS

Todos los esfuerzos que aparecen en las ecuacioncs 7 a ~4(con excepcin dc los esfuerzos normales (1, que se manejan enlas ecuaciones 10 y 11) dcben compararse con los esfilerzos mxi-mos admisibles que se agrupan en la tabla 9. La misma considera-cin es extensiva a los esfuerzos que se originan en las seccionesde las piezas. Sus valores se determinan conforme a las conocidasecuaciones del estudio de las resistencias. Los esfuerzos mximosadmisibles para estos casos estn indicados en la tabla 10. En loscasos de aparicin conjunla de costuras a tope y en ngulos enuna misma unin, se aplican los valores admisibles que se facilitan en la tabla 9. Los esfuerzos vienen representados con el sm-bolo u.

Las estructuras metlicas de edificios se calculan siguiendo lanorma nlN 1050, mientras que para gruas o caminos de rodadu-

0. en!'l mmJ - e"fuerlo comparatu-o;o. f en:'l.1 mm2. \er la nomenclatura de la ecuacin 110l en N mmJ ; esfuel70 normal sobre Id seccin dc soldadura, de

acuerdo con la ecuaCIn 10 u 11. o como suma o diferencia deambas ecuacIOnes

con:

esfller;o comparatiro (1, = '\ (12 + (1:

acuerdo con la ligo 23b). la de la fuerza transversal maxlmapor las costuras del alma (ecuac. 8 con L(a f) = 2a 'l) y lade la fuerza longitudinal por todas las costuras (ecuac. 7con L(a ,/) = 0(21 + 2b + 4c + 4r) segun la lig. 23b).

3. En las costuras a (opt:. costuras angulares HV, costuras an-gulares dobles K del alma )' costuras angulares dobles K.

4. Cuando ni el esfucr70 normal (1 aisladamente considerado,ni el esfuerzo tangencial constante resultante '\ 'r~ + d porSI slo superan los 95 mm: en piezas de acero St 37 olos 120 N mm 2 en plczas dc acero St 52, o cuando se ven-fica (1 + '\. r~ + r: ~ 135 N mm 2 en aceros St 37 o (J ++ '\. r; + rf ~ 170 N mm 2 en aceros St 52.

Siguiendo la norma DI 15018 aplicada a vigas de gras, elclculo del esfuerzo comparativo se lleva a cabo, teniendo encuenta el signo de (1 )' de (1. (tensin positivo, y presin negati-

vo~ con arreglo a la ecuacin siguiente:

ELEMENTOS DE \tAQUINAS

..

FIGURA 2SPoslblc:s esfue:rzos normal y tangencial sobre una costura

angular_

en N mm'- esfuerzo l;omparali~o en la costura en N mm - esfuerzo normal sobre la tostura SI (1.1 ) (l. delUdO

slmulEancamc:nlc, es pret"1SO determinar la sum.l o dlferenclJ (J selun el St'ntido de actuacin;en N mm l . esfuerzo tangencial en el sentido del perfil de 1.1 sold..dura. de-u:rmmado. en general medIante la ecuacin 8-

N .en mm esfuerzo tangeDCiaI en el sentido longnudmal de la MlI-dadura determinado mediante las tcuac:ionc:s 8 12. dependIendode la SituaCIn de la costura. o mediante: la suma o dlfcrc!lClol de:ambas ecuaClOnc:s..

'.,

P\.Ino de' llnin

esfllerzo comparatiw (J" = v 0 2 + t~ + .1 (13)con:

En un punto de una costura en ngulo del plano de cierre.pueden presentarse simultneamente esfuerzos normales y tangenciales perpendiculares entre s (fig. 25). En estos casos. tos calcu-las se realizan mediante un esfuerzo resultante denominado

NQ es nece,mrio determinar el esfuerzo compara/ita u,,:l. En las costuras en ngulo carentes de esfuerzos transversa-

les u y u9 o en las costuras angulares de naneas entre pla-tabandas.

2. Cua.ndo .una ~nin resistente a la nexin (lig. 23) se ve so-metida Simultaneamente a un par de flexin M, a una fuer-z~, transversa~ F" Y a una fuerza longitudinal F, y la absor-clon del mXimo par de flexin es efectuada por las costu-ras de las alas (ecuac. 9 con J w= 2a b Y~ + 4a c' Yi de

44

..,

11

T\II1.~ 9. E~rul'n'< lIdmi~ibles. 1\ 'mm'. pa la.., co~IlUil' 47UNIONES FIJAS

gas invariables (peso propio, agregados, revestimientos de suelo yfactores similares). la carga accidental como carga variable mvilsobre la estructura (personas, enseres, material almacenado, car-gas de nieve y similares) y las fuerzas libres de inercia de las m-quinas.

Carga HZ correspondiente a la suma de las cargas principalesy secundarias. Entre las cargas secundarias se cuentan las cargasde delito, las cargas de freno, las cargas hori=ontales sobre loscostados (p. ej., en las gras) y las influencias trmicas (de funcio-namiento y atmosfricas).

En el dimensionado de las piezas y de los cordones de solda-dura. se aplica el caso de carga que arroje mayores secciones declculo. Cuando una pieza esta sometida nicamente a cargas se-cundarias, aparte de a su propio peso, se considera carga princi-pal a la mayor de las citadas cargas secundarias. Como puedededucirse de las tablas 9 y 10, los esfuerzos mximos admisiblespara el caso de carga HZ son superiores a los de caso H, debidoa que el encuentro simultneo de todas las cargas posibles espoco probable. Aparte de los clculos de los esfuerzos, deberanefectuarse tambin los clculos de la estabilidad y resistencia delas estructuras.

Las l'igas de las gras unas \ece5 se ven sometidas a cargas yotras a descargas, por lo que sus tensiones no pueden suponersecstaticas. Por esta razn, adems de los clculos generales de lastensiones anteriormente descritos, hay que efectuar tambin loscalculos de resistencia a la fatiga (resistencia a las vibraciones).

S. 33 DO para "'la' oold ..du n, "" ... "p. d. I"'U, Se ...dlu 5146 ""lo P". ~Ip. d~ loa'Dl;-" 15018

T>.BL~ 10. E~ru"n.. ~ r_

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49UNIONES FUAS

FIGUIlA 27Nudos de IUbos: aJ nudo sencillo; b) con ",mda; e) con canda doblada alrededor

del tubo; d) con los e.lUremos dd tubo aplanados.

delgadas. La forma de unin que se representa en la figura 26d esde mejores caracteristicas, aunque de precio ms elevado. Resul-tan ms econmicas las chapas de asiento en u, tal como la re-presentada en la figura 26e, que producen un amplio reparto delesfuerzo sobre los tubos. La unin suplementada a un remacha-do, como es el caso de la figura 26j, es mt:nos recomendable yexige, adems, un rebordeado y ranurado del extremo del tubo.La unin que se muestra en la figura 26g es aconsejable paraaplicaciones secundarias. El tubo se aplana por presin en su extremo, se somete a' un corte recto y se suelda.

La figura 27 muestran nudos de unin de rubo.~ de forma nor-mal, la figura 28, escuadras de llIbos, y en la figura 29 se repre-senta un ejemplo prctico de estructuracin de la cabeza de asen-tamiento de una gra giratoria.

con tubo de acero son de una gran importancia. La fuerza debeser encauzada a travs de un sector lo ms amplio posible delcontorno del tubo, a fin de evitar tensiones locales elevadas. Enlas uniones entre tubos se obtiene una mejor transferencia de fuer-zas ensanchando el extremo del tubo segn la figura 26c, en com-paracin con las uniones segn las figuras 200 y 26b. No obstan-te, este procedimiento slo es aplicable a los tubos de paredes

ELEMENTOS DE MAQVINA548

Los esfuerzos mximos admisibles se refieren, segn Jos gruposde funcionamiento de las gras (clase de elevacin, periodicidadde la carga mxima, duracin de la utilizacin) mediante la relacin 1\ = (J",(Jo o t..lTo enlre los esfuerzos mximo y mnimo so-bre una unin soldada (relacin esfuerzo inferior esfuerzo supe-flor) )' de acuerdo con la peligrosidad de las entalladuras en unaunin soldada (grados de entalladura: W sin innuencia, o reduci-da mnuencia, I moderada, 2 media. 3 fuerte, 4 muy fuene). Lasnormas DIN 15018 indican a este respeclo:

Por su peso reducido (estructuras ligeras) las construcciones

,,\fentrdS que, en un principIO, durante la fe\lsin de la norma DIN 120 porcntonCfi Cll\1Cnle, se creia que, a b~ de las medidas de In lilbracK)nes" podran

hace~ las \gas de las ruas ms ligeras que hasta enlonces, a partir del at\o1960, aproXImadamente, )C trata de adaptar las cargas supuolas a las condicionesreales e:IUSlentes para, de esta forma, garantizar. en cualqUier caso, por un lado laeconomla, y por olro la st'gundad. Esto DO conduce a una alteracin fundamentalde los ~, de las \lgas de las gras, sino a una adaptacin me,or de ~tos pesosa hu cargas que se origmen ...

FIGURA 26Uniones soldadas de tubos: al sin refuerzos; b) con chapas angulares; e) con elextremo del lubo ensanchado; d) con el extremo del tubo ranurado y chapas deadJplaein; t) con chapas de asiento; 1) con el extremo del tubo rebordeado y

ranurado; gJ con el extremo del tubo aplanado.

1I1

I1

1

I,,1

I1

._-+--

I+==~"""""',"""",lri-':1.-t--'il"F~~-r'1 :

. .

FIGURA 29Sistema de la pluma de una gra giratOria: a) cabeza de pluma; b) unin de la

pluma eon la vIga intermedia.

e).)

ELEMENTOS DE MAQUIN"S

a)

.._._-

50

Las piezas ligeras de acero debeD protegerse contra la corro-sin, con ms cuidado que las estructuras normales de acero dela construccin de edificios. El espesor de Jos elementos de sopor-te debe ser, como mnimo, de 1,5 mm. Para emplazamientos enrecintos sin cerrar y al aire libre, asi como en los casos de peligrode corrosin dicho espesor no debe ser inferior a 3 mm.

Para conseguir una soldadura perfecta en las uniones de tu-bos, las inclinaciones no deben ser nunca inferiores a 30 . Cuan-do se sueldan entre s dos tubos de distinto dimetro, el dimetroinferior no debe ser menor de 1/4 del dimetro mayor.

Los esfuerzos admisibles sobre las piezas vienen indicados enla norma DIN 1050 (tabla 10). La soldadura por arco solamenteest admitida cuando el espesor mnimo de las piezas a soldarsea de 2 mm. El espesor minimo u del cordn de soldadura so-portante debe ser de 2 mm, siendo, por lo dems, de aplicacinla norma DIN 4100 (ecuac. 7 a 13), que cita asimismo los esfuer-zos admisibles en las costuras de soldadura (tabla 9).

Cuando se unen tubos sin cartelas ni otros elementos, sinodirectamente uno con otro, la superficie del cordn de soldaduratomada como base para el clculo no debe ser superior a la me-

La norma DIN 4515 (estructuras ligeras de acero y estructu-ras de tubos de acero) indica: solamente las piczas con cargasestticas pueden destinarse sin cuidados especiales a las construc-ciones ligeras de acero. Las vigas de lubos pueden utilizarse en laconstruccin de gras, incluidas en los grupos I y 11 de la normaOIN 120. Con otros tipos de piezas es preciso una autorizacingeneral para la construccin de estructuras ligeras o estructurasde tubos.

FIGURA 28Escuadras de tubo: al sin refuerzo; b) con chapa de refuerzo; e) curvado.

I

i 11

1II

1I11

,l :1

..

53

(17)M-yl.

I

UNIONES FIJAS

de j1a::in

a)

esfuer=o(fig. 32)

a_ en Nmm1: esfuerzo de traccin o dc compresin sobre la costurade soldadura;

r en N mm1; esfuel70 tangencial s.obre la costura de soldadura;F en N fuerza tangencial sobre la SUperflCIC del cordn de sol-

dadura (tangencial a dicha supeicie~ En la frgura 31u, setiene Jo _ T r, Siendo T el momenlo de giro que correspondea una costura;

1:(u 1) en mm l ; supeicie del cordn dc s.oldadura. En la figura 31u:se tiene 1:(0' f) - 0(2/, + '1). y en la figura 31b se ticne 1:(u'

11 - a(d + uJJIl.En las Unlonn soldadas rCSJstentn a la lkxin. tal como la dc la figu-ra 32b, ~bre las costuras actan tambien C$fucrzos tangenciales que secalculan asimismo a base del factor 1:(0 ') - la l .11,

cl:-'-.t: a-[1+-/ tt";JL Compresin

FlGl;ItA 32Cosluras de soldadura rhistcntes a la nellin: al costura a tope; b) costura en

ngulo; So centro de grave(!:ld dI: la supeicie de soldadura.

FIGURA 31Uniones soldadas resiSlentes al esfuerzo tangencial: a) con costura angular dcnanco )" de frente; b) con costuras angulares de circunvalacin, sometidas a pares

de giro y de neJljD.

con:

(16)

(15)FI:(a 1)

F, ~---

:E(a '1)

b) '~

~ ~;~r===::: dFIGURA 30

traccin: u) con costura a lope; h) con COSluraangular.

o compresin

ELEMENTOS DF MAQUINAS

a)

en N mm!; esfuerzo de traccin (1. o de comprensin (1, so-brc la costura de soldadura;en N: fucrza dc traceln o dc compresin, \ertical a la costura soldada;en mm!; superficie del cordn dc soldadura. En la figura 30ase ticnc I(u' f) = u' 1. y en la figura JOb I(u f) - a(d + ti)!\".cn mm; espesor del cordn dc soldadura;cn mm; longitud de una costura.

esfuer=o tangencial(fig. 31)

traccin(fig. 30)

a, ,

F

,

I

nor de las superficies de seccin del tubo, mienlras que la tenslOOadmisible en la costura soldada en ningn caso puede superar elvalor de 0,65 a..tm (aad... segn la tabla 10).

1.1.5 Uniones de soldadura ell la con_~lrucci611 de mqllina.~En la construccin de maquinas. las piezas a unir por solda

dura pueden ser, por ejemplo, poleas, ruedas dentadas. cajas deengranajes, soportes de cojinetes, patas de apoyo y mnsulas, carcasas y cajas, barras de traccin, barras articuladas. palancas,portapiezas, etc. Las tensiones sobre las costuras de soldadura secalculan generalmente lo mismo que en las estructuras de acero,y se designan con el subindice w cuando hay peligro de confusincon otras tensiones. El calculo se extiende, por lo menos, a loscasos siguientes:

Uniones soldadas reSistentes a la

con:

"

111

111

I

t~1

A111

~II

Cuando en un punto crlico de la costura (punto muy carga.do) se produce simultneamente un esfuerzo de traccin o decompresin y otro esfuerzo de nexin (de traccin o de compre-sin), se impone el clculo del esfuerzo normal resultante (1, de-pendiente de los correspondientes sentidO\; de actuacin de losesfuerzos componentes. Cuando en un punto crtico de la costu-ra, aparte de un esfuerzo normal o esfuerzo normal resultante.concurre un esfuerzo tangencial perpendicular al norm::!.!. el es-fuerzo comparativo viene determinado por:

En el caso de la figura 31h, las costuras de soldadura se vensometidas, aparte de a un esfuerzo tangencial. a un par de flexinM sobre el eje. El esfuerzo de flexin sobre la raz costura coinci-de con el esfuerzo de flexin sobre el corte A del eje, es decir,q :::: M/O,l dJ El esfuerzo comparativo viene determinado por laecuacin 18.

En la figura 33 se representa una unin de costura en ngulosometida a una fuerza F que no se ve afectada por el centro degravedad de la superficie de la soldadura. La mencionada fuerzatiende a hacer girar la pieza (barra plana) alrededor del centro degravedad So de la soldadura, de forma que, aparte de los esfuer-zos tangenciales 1 q dados por la ecuacin 16 (fig. 33d), se presen-tan tambin esfuerzos tangenciales 't, (de torsin) que no se re-parten uniformemente sobre la superficie de la soldadura. Se su

"

(190)

(19b)

'J'J

UNJONf.s FIJAS

en N/mm J : componente de torsin transversal a la costu-ra f,'COSO!;en Nmm J esl'uerzo trans\'ersal producido por la fuerza Fsegun la ecuacin 16;

esfuerzo tangencial 1 = J(1" + 1.)2 + r;

esfuerzo de rorsi6n 1,

con:

FL

= a.t(~cosa+b'sena)La correspondiente resultante de ('t, + 't.) y 't.., corresponde al

maximo

pone que estos esfuerzos de torsin son directamente proporcio-nales a los tra)cctos que van trazando los diferentes puntos de labarra, respecto a la costura en su desplazamiento de rotacin, yque poseen la misma direccin que los citados trayectos (fig. 33h).Dichos esfuerzos de torsin pueden descomponerse en las compo-nentes 't.., y T cn sentido longitudinal y transversal a la costura(fig. 33c~ La: componentes t, se distribuycn como esfuerzos deflexin sobre un plano, mientras que las componentes 't.., muestran una magnitud uniforme en todos los puntos. Mediante lasrelaciones geomtricas que presenta este caso particular de anlisis de fuerzas, conrorme a la figura 33, resulta:

~r :,;t~ \+,~F'G",,~I _~r,

Unin de soldadura en angulo resistente a La torsIn; So centro de gra\'edad de: lasupetcie de la soldadura_

~I- .)

r

I I~ :7- -~-t"---

I

i II ---l

(18)esfuerzo comparativo (f~ = ..... q2 + 2


M en Nmm: par de ncxin sobre la superfICie del cordn de soldadu-ra F L,

J.. en mm" momento de incn::ia de la superficie del cordn de solda-dura. Para su determinacin, en las COSluras en ngulo se conslde-Tan las lneas de la raz de las superfktes de soldadura como li.neas de accin (v. la nomenclatura de la ccuac. 9~

y en mm: distancia entre el esfuerzo de ne:lln y el eje de gra\cdadde la costura de soldadura.

a. en N mm!: esf'ucn:o comparatl\O sobre la costura;a en N mm!.. esfuer'lO normal sobre la costura, t....ms\ersal a la di-

reccin del cordn de soldadura. determinado mediante las ecua-ciones 15 17. o la suma o diferencia de ambas:en N mm!: esrueno tangeocial sobre la costura. transversal o lon-gitudinal a sta.

con:

"

I

"11

~'I'

"UNIONES FIJAS

1.2.1 Procedimientos, tipos de costuras, materialesSegn DI 1910, se denominan soldaduras por preslOn las

que se realizan bajo una determinada presin. El proceso se posi~bilita produciendo un calentamiento local, limitado, que puedellegar hasta la fusin del material. Los procedimientos mas im-portantes son: soldadura por ullrasonidos. en la cual las piezas sesueldan mediante vibraciones mecnicas dentro del campo de losultrasonidos. Soldadura de gas por presin (tabla 12, nm. 1 y 2).En ella las piezas se unen, bajo presin, calentndolas con unallama de gas combustible-oxgeno. Soldadura por resistencia ypresin. Aqu el calor se produce mediante una corriente elctricay la resistencia de paso de las zonas de contacto. asi como por laresistencia hmica de las piezas que se unen. La corriente se con-duce a travf-s de unos electrodos o bien se aporta por induccin.Se divide en: soldadura por pUlltos (tabla 12, nm. 4 y 5), en lacual la corriente y la fuerza se transmiten a travs de electrodos.Las superficies de las piezas, presionadas entre s, se sueldan porpuntos. Soldadllra por resaltes (tabla 12, nm. 6); tambin aqu lacorriente y la fuerza se aportan a travs de electrodos. Las pe-

1.2 Uniones de soldadura por presin

En las uniones de costura en angulo, es preciso comprobaranalticamente la resiSlencia de la seccin A de unin de la pieza(v. ligs. 30 a 33).

En la tabla 11 se dan los valores de los esfuer=os admisiblesen las costuras de soldadura y las seccones de piezas en condi-ciones de carga estable y en \'ibracin. Valores generalmente vali-dos no se pueden establecer, debido a que la resistencia de unacostura depende mucho de la estructura de las piezas soldadas yde la realizacin de la soldadura. Los fabricados en serie no ad-miten los ensayos de fatiga.

Como ejemplo, la figura 34a muestra la construccin inade-cuada de una pequea polea. Su ejecucin exige un coste elevadode materal junto con costuras de soldadura muy anchas; ademas,hay que soldar por puntos antes de la soldadura definitiva. Estosinconvenientes se evitan en la forma de construccin ligera de lafigura 34b.

FIGu.", 34Polea soldada: 01 mcorrecto;

b) correcto,'2L

D)

t~ en N mm l : componenle de torsion longItudinal .1 la cos-tura f,sen::r..

L. /. (1 Y b en mm: dimensiones de la unlon de soldadura

56 ELEMENTOS DE MAQU1NAS

T.uu 11. Valores.de esrueruK admisible. en ~ mm:. d~ Iu oo&llIru de lHIld.dul1I)de 1" se

T&p en mm 0.6'''1 1" '1,6 1.6" '1 2 ... , , .. 6Dit-.ro

61

(21)

(22)

UNIONES fUAS

FCompresin al - ---

- n' d s

0"1 en N mm'; COmpresin en el punto de soldadura;d en mm: dimetro del punlo de soldadura;$ en mm: C$pe:$Or determinante de la chapa (v. tig. 37). Si la suma

de los espesores de las chapas eneriores es mis ptlIuea que elespesor de la chapa media, enlonces debe tomarse esta suma enlugar de $.

T~8l.A 14_ Tensionet .dmisiblCII en N/mm l J)'r. In uniones IlOld.dlls por puntos enCe"n

" '00'"

u,'" '" '"eDIl ....0 .""ci60 " ""t14m. .... , ... ". ... ." ,," ".COn d.,. .""ci

6JUNIONES FIJAS

FIGURA. 40Resaltes en piezas de rorma para soldar en tubos.

T\DL\ 15. Dimenfionea en milirnetro de t(lo!; rl'~ahe r.-doodOl< (segnSiem ..n.o . G.,Erlang..nl

FIGURA 39Resaltes en piezas sllua.das perpendicularmente: e:ntre s.

Los resaltes anulares, segun figura 38d. se ejecutan cuando laschapas son delgadas, puesto que aumentan su rigidez. Las posibi-lidades de unin de las piezas situadas perpendicularmente entres pueden verse en la figura 39; las de chapas con piezas de for-ma, en la figura 40.

Para el clculo de la resistencia no existen datos. Por eso, serecomienda operar como en el caso de las uniones soldadas porpuntos (ecuacs. 20 y 21), Y ciertamente con m = 1 Y A = d Zrr4para resaltes redondos, o bien con A ~ d(l - 0,5d). en el caso de

[_... 10

65UMOl'oES FIJAS

mviles, carrocerias. recipientes pequeos, construcciones ligerasde acero, pieza!> de mquinas. aparatos y similares.

Se conoce por .~oldadura COII meta/es dl! bajo punto dl! fusin launin de materiales metlicos (materiales base), mediante otrosde aportaCin quc se funden (.~ofdadura) y cuyo punto de rusinqueda por debajO del que corresponde a los materiales base delas piezas que se \an a unir. Hay que distmgUlr entre soldadurasblandas y fuerte~. En las soldaduras blandas, el material de apor-tacin runde por debajo de los 400 C; en las soldaduras fuerteslo hace por encima de los 450 C.

Segn DIN 8505 (soldadura de materiales metlicos, con metales de bajo punto de fusin) se entiende por campo de fusin deuna soldadura con estos metales, el campo de temperaturas desdeel comienzo de la fusin (temperCJ/IIra del slido) hasta la fusincompleta (tempermllra del lqllido). Por temperalUm de trabCJjo seentiende la temperatura superfiCial ms baja de la pieza en lazona de la soldadura, a la cual el material soldante moja al material base, se extiende sobre l y se une con el mismo. La tempe-ratura de trabajo debe ser siempre ms alta que la temperaturadel slido; pero no puede quedar por debajo o por encima de latemperatura del liquido.

Esta temperatura produce una aceleracin de los tomos. So-bre la superficie limite soldadura material base tiene lugar undesplazamiento de stos y con ello una difusin (una aleacin).Por eso, las superficies que van a soldarse deben estar lo mslisas que sea posible (profundidad de rugosidad no mayor de20 pffi)' Ydeben estar bien limpias. Adems, al objeto de eliminar lapelcula superficial an existente y de que el metal de aportacinmoje bien la superficie de soldadura, se emplean los fundentes (v.DIN 8511). Tambin pueden emplearse gases de proteccin, queeviten o reduzcan la ox.idacin de las superficies que se sueldan,antes de alcanzar la temperatura de trabajo.

Los procedimientos ms importantes de soldadura con mera/esde bajo PWltO de fusin son (v. DlN 8505):

1. Soldaduras COII /lama. Las zonas de unin se calientan conun quemador o mediante dispositivos calentados, a suvez, por gases. El metal de aportacin se aplica, antes odespus del calentamiento, a los lugares que van a unirsea la unin a soldar. El procedimiento es apropiado parasoldaduras blandas y fuertes.

FIGl.:kA 42CigiJeilal unido mediante soldadura a tope: por chiSpa.

ELEMEf'o'TOS DE MAQUI"'AS

1.3.1 Procedimiemos, soldadurasLa soldadura con metales de bajo punto de fusin, que al

principio era solamente una cuestin de artesania, adquiere cadavez ms importancia. Actualmente, este tipo de soldadura se utiliza en la construccin de bastidores de acero, radiadores de auto-

1.3 Soldaduras con mela les de bajo punlo de fusin

.--- hJ

FIGUkA 41Va.~tago untdo mediante soldadura a

tope por chispa.

resaltes longitudinales, asi como con sus tensiones de cortaduraadmisibles (v. 1.2.2).

1.2.4 Soldadura a tope por chispaUna ventaja muy importante de la soldadura a tope por chispa

es que la resistencia de la unin soldada alcanza el 90 ... 100 1) o dela resistencia de la pieza base. Se emplea cuando su aplicacinpermite alcanzar importantes ahorros de material o en los casosen que es posible obtener una conformacin sencilla y barata delas piezas frente a una ejecucin enteriza de las mismas. Ejemplosde esto pueden verse en las figuras 41 y 42.

64

11

Adems, segn la forma de las zonas a soldar, hay que distinguir lo siguiente:

1. Soldadura de resquicios, en la cual las superficies a unir semantienen separadas entre s por una pequea distancialo ms uniforme posible (resquicio de soldadura) que, engeneral, no debe pasar de h = 0,25 mm. La soldaduraaportada penetra en el resquicio por efecto capilar (figu-ra 43).

2. Soldadura de jumas, en la cual las superficies a unir estnseparadas entre s por una distancia mayor que h = 0,5 mm;o cuando los lugares a soldar (la junta a soldar) tienepreparados los bordes en forma de V o de X. En esteltimo caso las costuras se realizan de igual modo que enla soldadura oxiacetilnica por fusin.

Para realizar la soldadura blanda de metales pesados (p. ej.:hierro, cobre, nquel), conviene emplear un material de aporta-cin plomo-estao (Pb-Sn), O bien estaoplomo (Sn-Pb)DIN 1707; en el caso de los melales ligeros (aluminio y aleacio-nes de aluminio), se emplean materiales de aportacin segn

67

T.\81 \ 16. Suld.duru con mel.le. norm.liladu y SIU e.mp06 de fll~iiin\S .. lemper.llIta de I6lido: 1. tempenlllra de liquido)

UNIONES FIJAS

C.",pode 1~IIIPOde c.mpodeSimbnl... 1 fu_n S....... fv.toio6oI Sim........ ruai..S-C--IL'C.'1 C I L-C s'C L'C

Soid..:lv.n bI.no. Pl'n _u.la _d.. DIN 1701'-

f.-~II

FIGURA 47. Uniones de tu-bos soldadas con metaJes,;al unin a tope cn)c, blumon con manguito. el

unin solapada.

UNIO:-

----''

11

(23)

UNIOf\lES fUAS

muestran cmo puede conducirse ms suavemente el nujode fuerza dando una forma adecuada a los cubos. La fi-gura 49 muestra algunas barras soldadas a piezas de cha-pa. Disponiendo dos puntos de apoyo (puntos de solda-dura), las uniones pueden ser muy lijas y resistentes.Recipientes. En las soldaduras de recipientes sirve igual-mente lo dicho para las chapas. En la ligura 50 puedenverse algunos fondos de recipientes soldados.

4.

La resistencia (aL = resistencia a la traccin; tL = resistenciaa cortadura) de las uniones soldadas con separacin de intersticio(soldadura en el intersticio) es, en el caso de las soldaduras blan-das,aproximadamente aL = 20 ... 30 N/mm 2 y tL = 15 ... 20 N/rnm 2 ;para las soldaduras fuertes aL = 300 ... 400 N/mm 2 y 't L == 150 ... 280 N/mm 2 si la soldadura es con plata; aL = 250 ...... 350 N/mm2 y 't L = 150 ... 250 N/mm 2 cuando las soldaduras sehacen con cobre y latn. En el caso de soldaduras fuertes de alu-minio, la resistencia de la unin soldada alcanza la de las piezasbase. Los valores ms pequeos pueden considerarse para inters-ticios con h~O.25 mm; los mayores, cuando h~O.l mm (puedenestimarse valores intermedios).

La resistencia a la fatiga por r;ibraci6n de las uniones soldadasalcanza aproximadamente el 80 ~-~ de la resistencia a la fatiga de

S en mm l - sctlCin trans\ersal de la pieza sometida a traccin;ITa en N mm}; resistencia a la traccin del material de la pieza;A en mm}; SUperfiClC de la unibn soldada 50metida al esfuerzo de

cortadura;fL en N mm1. resistencia I cortadura de la unin soldada.

1.3.3 ResistenciaExisten pocos puntos de partida para fundamentar los clcu-

los de resistencia. En general, se da a la zona de unin (uninsoldada) la misma resistencia de clculo que para las piezas-base,de manera que, tericamente, ambas deberan romperse con lamisma fuena. Es conveniente proyectar las soldaduras para es-fuerzos de cortadura. Entonces, para los casos representados en lafigura 46 debe cumplirse:

t)

ei

FIGUlA 49Apoyo doble de barras redondas:a) en una palanca doblada en foroma de U, b) en una boquilla

cnica_

b)

.__.~._-

FIGURA 50Fondos de recipientes soldados con metales.

')

al

a)

Barras redondas. No es recomendable efectuar la soldadu-ra frontal de los extremos de las barras (lig. 480). Es mejor introducirlas en un agujero, cuyo juego permite quepenetre la soldadura (figs. 48b Y e). Las figuras 48e y f

ELEMENTOS DE MAQUlNAS

J.

_.__ .

o

FIGl:AA 48Barras soldadas tope ) con CIja: a) en c:I frenle. bl en la perderla, el en laperiferia del mun, di en un cubo ri!ldo. t) t fJ en un cubo con extrcmm

c:laslicos.

70

1. Pegamento3 de revestimientos. Son pegamentos de revesti-mientos de fieltro, cuero, tejidos, lminas y similares, sobreotras piezas como placas o vigas.

2. Pegamentos de cupas. Son pegamentos para unir elementosde construccin (elementos de unin) entre s.

En la construccin de mquinas y aparatos lo ms importan-te es la unin de capas con pegamentos fuertes, de manera quesolamente se tratar de ellos en lo sucesivo. Los pegamentosfuertes estn formados por resinas sintticas a base de fenal, urca,melamina, epxido o polister y se utilizan en estado lquido,pastoso o slido (Jos ltimos en forma de lminas). Se endurecenen estado fro a temperatura ambiente (efldurecedores en fro opegamentos en fro); o bien, a 80 ... 200 e (endurecedores en ca-

7JUNlO~.E$ FUAS

Los pegumelllos unen uno con otro los materiales, actuandoentre las superficies puestas en contacto. Generalmente se dividenen los tres grupos siguicntes:

1. Pegamentos adhesil'Os. Tienen poca cohesin y elevada ad-hesin; con ellos las partes pegadas pueden volver a despe-garse sin sufnr daos, por ejemplo, peliculas adherentes co-mo el cesafllm (Beiersdorf A. G., Hamburgo~

2. Pegamentos por contacto. Poseen cohesin media y adhe-rencia elevada; con ellos, en general, las partes unidas nopueden separarse nuevamente sin sufrir daos, por ejemplo,el pallex en solucin semiliquida (Henkel u. Cie., Dssel-dorf).

3. Pegamentos fuerte.~. Tienen elevada cohesin y muy elevadaadherencia que, despus de fraguar (endurecerse) se con-vierten en materiales duros, dando lugar a una unin inse-parable de las piezas pegadas.

mantienen la estanquidad, son resistentes a la corrosin y no ha-cen variar las propiedades del material de los elementos que seunen. Como inconveniente debe citarse la pequea resistencia quepresentan frente a otros tipos de uniones (soldaduras normales,soldaduras con metales, remaches). Por ejemplo, se pegan refuerzas sobre tabiques de chapa, largueros de planos de sustentacinde aviones, rodetes de soplantes, paletas de \'entiladores, armadu-ras de velo motores, recipientes de chapa y similares. Se diferen-cian:

1.4.1 Pegamentos, propiedat/es, procedimientosSe entiende por pegado la accin de unir cuerpos (materiales

como elementos de unin), adhiriendoJas superficies por mediode pegamentos (v. DIN 16921: pegamentos, elaboracin de pega-mentos). Debe advertirse que se llaman pegamentos para plsti-cos los que pegan materiales plsticos y pegamentos de plsticosaqullos que estn elaborados con material plstico y que, porcjemplo, pueden pegar tambin metales, es decir, que son pega-mentos para metales. Las uniones pegadas ofrecen, entre otras, laventaja de que exigen poco volumen y peso, de manera que lastensiones en las zonas de unin se distribuyen uniformemente,

1.4 Uniones pegadas

ELI;MLNTOS DE "lAQLINAS

Seguridad conua , ..~i)I.."da o la uurcin S _ 4 con cefuneado de recepcin demJterial; S = 4.5 con cerllficado de taller. Factor Ji' ('ulidad de /0 cos/ura soldadaL' 0.7 como valoracin normal en el caso de costuras de soldadura fuerte sola-pJdas: espesor de pared m~imo admisible en este caso $ _ 5 mm; v _ ...0,9cuando ras costuras son de soldadura fuerte y solapadas, siendo el ancho delsolape 6 veces, como mnimo, el espesor de pared; espesor de pared mximo ad-misible: s = II mm; t' .....0,8 en el caso de uniones de soldadura blanda en chapade cobre con cubrejuntas continuos, cuando d ancho de los eubrejuntas se extien-de sobre ambos lados de la uni6n 12 veces, como mnimo, el espesor de pared;espesor de pared maximo admisible $ ""- 4 mm; sobrepresi6n de servicio admisiblep"'2 bar =0,2 MPa.

Las costuras redondas de soldadura blanda, solapada, en chapa de cobre, tie-nen que ejecutarse con 10 veces como mnimo el ancho del solapado hasta unespesor de pared $ _ 6 mm y hasta con DI . P _ 250 N mm1 No son admisibleslas costuras longiludltlalei de soldadura blanda solapadas, FI espesor de pared delos recipientes a presin soldados con soldadura fuerte, con excepcin de losconstruidos en aluminio puro o aleaciones de aluminIO de dureza similar, no pue-de quedar por debajo de s _ :2 mm. Para los recipientes a presi6n en los materia-les lllmamente citadO

/jeme o pegamentos en ca/ieme}. Muchos pegamentos pueden endurecerse lanto en fro como en caliente, por lo que pueden elegirse a voluntad de uno o de otro modo. Segun sca el tipo depegamento, puede ser necesario para el fraguado (endurecimiento)efectuar una determinada presin sobre la zona de unin. Ade-ms, hay que distinguir entre pegamelllos de UII solo compunente yde dos componen/es. Cuando los pegamentos son de dos componentes, el verdadero pegamento (el primer componente), debemezclarse antes de la aplicacin. con un endurecedor (el segundocomponente), que produce el fraguado)' determina el tIempo deendurecimiento. Los pegamentos de un solo componente se endu-recen sin adicin de endurecedor.

Para lograr el endurecimiento de los pegamentos en calientees necesario, en comparacin con los pegamentos en frio. realizarunos gastos de inversin bastante ms aitos (hornos de secado,placas calentadoras, soportes). Sin embargo, no es posible renunciar a ellos, puesto Que alcanzan posibilidades de unin muchoms altas que los pegamentos en fria.

En contraposicin a los pegamentos fuertes, que son dis.olu-ciones de sustancias macromoleculares (como los Uhu-Alleskleber,Uhu-coll y Uhu.hart de la Uhu-Werk H. u. M. Fischer,Bhl Baden~ los otros pegamentos fuertes se endurecen por unproceso de rericulacin irreversible (no reversible), es decir, duran-te la reaccin tiene lugar la formacin de macromolculas de mu-chos enlaces y su interrelacin en el espacio.

Los pegamentos fuertes con proceso de reticulacin puedenadquirirse, por ejemplo, bajo los siguientes nombres comerciales:BOSlik (Bastan Blackin, Oberursel(faunus), Redu);, Araldit (CibaAG, Wehr Baden). Agomet (AllasAgo, Wolfgang bei Hanau),Vhu-plus (Uhu-Wer H. u. M. Fischer, BhlfBaden). Metallon(Henkel u. Cie, Dsseldorf). Lipatof (Sichel-Wcrke, HannO\,'cr-Lindcn), Desmodur, Desmocoll (Da)er AG. Le"erkusen).

De extraordinaria importancia para la duracin de una uninpegada es el estado de la.~ superficies que han de pegarse. Lasfuerzas en la superficie lmite (fuerzas de adherencia), solamentesern efectivas si esta superficie base para la unin est limpia,rugosa y desengrasada. La rugosidad, por la formacin de micro-protuberancias, aumenta la superficie de unin. Cuando se tratade unir metales se hacen rugosas las superficies mediante cepillosfinos, esmerilo chorro de arena, limpindolas y de

71

1\

7*0 1&0 180 200 2ZD 2*0"C

20 If) 50 SO 100 120I'em~ratura _

oBO -$1) -/{J -20

UNIONES fUAS

1 en N 'mm): tensin de corladura en la unin pegada;F en N: fuerza de corladura;A en mm l . superficie de la unin pegada.

"12

"8,,2

~100 ~

FIG""IA 54Resistencia al deslilamiento de algunos pegamentos con proceso de retlculaclnen relacin con la temperatura ambiente: 11, A.aldit 1; h, Redull 775. (, Araldl1

1238; d. Agomet E; e, Agomet R.

!~

... eampo op...u .....w; ., ..... apt"'...ado ,... '",_os coa u... H

79

di

FI(il;aA 58Forma de los aguJcros para

remaches.

FIGtJkA 57Cierre dc un remache redondo: aJ antes.

bl despuC:s.

U~IOl

81

FIGURA 60RelacIOnes entre los csfuen:os enuna umn para vanas scriC$ de

~~""

r

l~' 1 r.1 Lz l\' JI zJ"" ~ 1.-~.

UNID~ES FIJAS

-1-

83

Anulo au.xiliar

UNIONES ruAS

mlnlmO, exceptundose ligeros enrejados, barandillas y ele-mentos secundarios (p. ej., la pieza transversal representadaen la figura 61 debe unirse con cinco remaches). En una piezatransversal slo es admisible disponer uno detrs de otro. endireccin de la fuerza, 6 remaches como mximo Y. cuandolas tensiones son alternativas, 5 como mximo por cada serie.

4. Cuando, por estar sometidas las barras a grandes esfuerzos,son necesarias ms de cuatro o cinco filas de remaches, endireccin de la fuerza, se dispone un ngulo auxiliar (fig. 61).Este se une por una de sus alas con la fuerza proporcional, ypor la otra con el 50 % restante.

5. En un nudo deben preverse, en lo posible, iguales di

"------

"' ...............

,,,,=,=~~~~~~:~~~3~f,~~~

el" ............,,,;-- ..... ,--

-----'"

,

,

..

,-

,

- ----------4

'Z _'411_

~ c_f:: - iJ-~,-$-$-~

--&- .. ~-;~r-- ...l-J~---

-t--++ $-

UNIONES FIJAS

Tensin de traccin

Tensin de compresin

(1 en N mm! seccin tran5"crsal de la Pieza sometida a traccin ocompresin;

F en N fucna de traccin o de COmprcslOn en la barra;S. en mm l . seccin transversal ulll de la pieza considerando los agu-

Jeros de los remaches que la debilitan;S en mm l : seccin transversal lotal de la pieza.

>-1"- siendo n" el nmero de los remachesde esta serie. Pero si ocurre como en la figura 68, que F3 > F';2 == Fr n entonces debe tomarse F l = F 3'

Adems, cada grupo de remaches debe todava absorber lafuerza transversal F, de manera Que cada remache estara sometI-do a la parte de fuerza:

construccin de automviles, barcos, aviones, edificios, gras ypuentes.

Como l'e'llajas frente a las construcciones de acero presentan sureducido peso, una resistencia mecnica casi igual de alta y bue-na resistencia a la corrosin; como tlcOIweniemes estn el elevadoprecio y el reducido mdulo de elasticidad (E ~ 70000 N mm'").La exrrusin, econmica. posibilita el empleo de perfiles especialeshuecos'j semihuccos (fig. 69). Vease a este respecto la DIN 1748(perfiles por eJttrusin de aluminio~ y la DI 9711 (perfiles porextrusin de magnesio).

91UNIOS[S HJAS

(30)

ELEMENTOS DE M"QUlNAS90

el''1

F, en N: fuer7a de cada remacl~ debido al esfuerzo trans\ersal F;F en N fuena trans\'ersal en la unin del remache;.. numero de remaches eD el grupo.

Las fuerzas F" Y F.. se componen para dar la fuer;a resullameen los remaches F., Sus valores son, para:

Con F. deben calcularse luego los esfuer=os de cortadura ycompresin (ecuac. 25 y 26, suprimiendo n). Las secciones peligro-sas en la pieza y en la cartela (las secciones de las primeras seriesde remaches desde M) deben adems recalcularse todavia conrespecto a los esfuerzos de flexin (tngase en cuenta la debilita-cin por los agujeros de los remaches~ Las tensiones admisiblesestn dadas en la tabla 10 (pg. 47).

1.5.3 Uniones de remaches en las construcciones merlicasligeraS'"

Las uniones por remaches en metales ligeros se han mantenido,en comparacin con las uniones soldadas, porque los roblonesremachados en fro llenan totalmente los agujeros (no hay juegopor contraccin). La soldadura influye desfavorablemente en laspropiedades de los metales ligeros, de modo que las uniones porremaches, a pesar de los elevados efectos de entalladura en losagujeros, son ms duraderas que las uniones por soldadura. Elroblonado de metales ligeros se emplea principalmente en la

dondos DIN 660, los remaches avellanados DIN 661 (tabla 24,pg. 97); los remaches de lenteja OIN 662 Y los remaches de cabe-za rebajada OIN 674. Los remaches ciegos pueden unir piezas ac-cesibles solamente desde un lado, por ejemplo, en los perfiles se-mihuecos y huecos (figs, 71 a 73), Los remaches explosivos se cie

FIOliR.... 69Ejemplo de pC"rfiles C'lltruidos de rnC'lal hgero.

FIGUlA 70Diversas formas de cabeza dc cierre dc remaches de lIlelal ligero (la cabeza propiaconstruida de forma lenticular): a) cabeza troncoc6nica; b) cabeza cnica; e) cabe-

za plana; d) cabeza redonda.

Puesto que los remaches en fro no se contraen como los re-maches en caliente, las cabezas solamente necesitan fijar el vsta-go contra los desplazamientos axiales. Por eso, son suficientes pe-queas cabezas de cierre (fig. 70). Predominan los remaches re-

(32)

(31 )unin 1: F"=F,, + F,

unin 2: F,,=JFi+F:

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93UNIONES BJAS

~AA

-Av??

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1. Para los remaches de aluminio deben emplearse los materiales mencionados en la tabla 22, que se corresponden conlos de las piezas que se van a unir. Debe procurarse unirentre s solamente piezas de igual material.

2. Cuando venga impuesto por motivos constructivos o de latcnica de fabricacin, pueden emplearse remaches de acerocolocados en fria o en caliente (hay que procurar proteger-los contra la corrosin). Adems. se recomienda situar de-bajo de la cabeza arandelas de acero cadmiadas, para au-

FIGURA 74Punto nodal de una vIga armada de metal ligero.

Tran por el efecto de una carga explosiva, alojada en el vstago,que acta mediante un percutor situado sobre la cabeza. La pre-sin producida por la explosin expansiona la caa del remache y conforma una cabeza de cierre hueca.

Para el dimensionado de Jos remaches de metales ligeros (figu-ra 74), sirven los siguientes valores normativos: d = 1,5 ... 2s (5 == espesor mnimo de chapa en la unin); distancia entre agujerosen direccin de la fuerza el = 2,Sd 1; distancia entre bordes e2 == ] = 2d.

Respecto al calculo y ejecucin de las piezas de aluminio enconstrucciones de edificios y de gras, es determinante laD1N 4113:

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"J.!TIe) ')

ELEMENTOS DE MAQU1NAS

~wwa) b) e) ')

FIGURA 73Remaches ciegos (Kerb-KorllH-Gesells.:l1afr, SchnaillenbachOberfal:.c): )redondo;

bl avellanado; cJ con cabeza bombeada; d) cierre de un remache cIego.

FIGUlA 72Remaches de mandril entallado (Grbr. Tigrrntl'yrr. o"nabriJch): al con cabe7.a re-donda, bl con cabeza avellanada; el oon cabeza bombeada; dI con cabc1.a plana;

e) remache introducido; fl retraccin del mandril; ti) remache cerrado.

FIGUI.A 71Remaches de expansin por mandnl Interior (Grbr, lIappich GmbH, Wuppertal-

Elberfeld~ al de cabeza bombeada: bj de cabeza a\ellanada; 1"1 remache IntroducI-do; d) eX.!racl6n del mandnl cnICO; rj remache cenado con un pasador macu:o.

92

1,

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.,UNIO"lES nJAS

FIGUIIA 76Remachados fronlales en barras redondas.

FIGLaA 75. Anillos polares de un acoplamiento electromagntICO. remachados:al cabeza propia; b) cabeza de cierre.

Determinadas piezas de materiales elasticos o muy fragiles nopueden unirse con remaches macizos redondos o avellanados acausa de los elevados esfuerzos que originan. Para este caso sonapropiados los remaches de la$ formas, segn OIN 7338 (fig. 77a)y remaches lUtlllares OIN 7340 (lig. 77b). Para remachar piezas demateriales muy sensibles, como goma blanda, materiales prensa.dos. papel endurecido y similares, deben colocarse arandelas me-talicas debajo de las cabezas de los remaches tubulares para au-mentar la superficie de presin (fig. 78~ Los remaches huecosDJN 7339 (como la forma e, fig. 77), tienen mayor espesor de pa-red que los remaches tubulares. Los ltimos sirven principalmen-te para fijar forros de frenos y de acoplamientos.

Otros elementos de unin son los pasadores de remache a;e-llanadas OIN 7341 para recalcar dos cabezas planas o avellana-

1.5.4 Uniones roblonadas en la consrruccion de mquinas yapa-rafOS

En la construccin de maquinas y aparatos predominan lasuniones con remaches en fria con d = 10 mm (remaches redondosOIN 660 Y remaches al'effanados OIN 661, segn tabla 24, pagi-na 97). Como ejemplo. la figura 75 muestra los anillos polares. uni-dos con remaches avellanados de un acoplamiento electromagn-tico. Frecuentemente se remachan tambin piezas en la partefrontal de barras o de ejes (fig. 76).

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99UNIONES FIJAS

bao de aceite pueden alcanzarse temperaturas hasta de aproxi-madamente +350 C. En el segundo caso la pieza interior se en-fra de tal manera que pueda deslizarse dentro de la pieza exte-rior. Al calentarse hasta la temperatura ambiente se dilata presio-nndose contra la pieza exterior. Con nieve seca (nieve carbni-ca), pueden alcanzarse - 72 oC; con aire lquido -190 ce. Usual.mente, la ms pequea de las piezas que van a unirse sufren untratamiento trmico. Cuando, con solamente un proceso no pue-de compensarse la sobremedida, se emplea el ajuste a presin pordilatacin-contraccin, en el cual la pieza exterior se calienta y lainterior se refrigera.

En el caso de ajustes a presin longitudinales, se unen las pie-zas en estado fro mediante una fuerza axial (fuerza longitudinalmecnica) (fig. 81). La pieza interior debe achaflanarse en el extremo 2 ... 5 mm a 5, para que durante el prensado no se gripeel material, sino solamente se aplanen las rugosidades superficia-les. En el caso de que las dos piezas sean de acero, para evitarque se gripen, deben lubricarse las zonas de unin con aceite ocon grasa. Si las piezas son de materiales distintos pueden unirseen seco.

1.6.2 Clculo de los ajustes a presin cjfindricosEl ajuste a presin debe garantizar una resistencia suficiente-

mente alta al desplazamiento o al giro de las piezas que se unen.Puesto que la resistencia que opone el rozamiento de adherenciaes mayor que la correspondiente al rozamiento por deslizamiento,la fuerza necesaria para producir el aflojamiento en el primer ca-so es tambin mayor que la que provoca el resbalamiento, en elsegundo caso. Sin embargo, cuando existen esfuerzos alternativos,la fuerza de aOojamiento desciende hasta el valor de la de resba-lamiento. En el clculo de la transferencia de esfuerzos se operasiempre, por razones de seguridad, slo con la fuerza de resbala-miento. En los clculos de ajuste a presin normalizados en laDIN 7190, no se tienen en cuenta las fuerzas centrifugas ni lasoscilaciones de temperatura que se presentan en el servicio. Poreso, la fuerza del servicio debe quedar con suficiente seguridadpor debajo de la fuerza de resbalamiento. Sin embargo, cuandolas fuerzas adicionales son considerablcs, deben incluirse en losclculos.

FIGL'Il" 81Ajuste a presin longi-

tudinal.

t)


e)')

Los ajusres a presin rransversales se ejecutan por un procesode contraccin dc las piezas exteriores (ajusre a presin por con-traccin), o por un proceso de extensin (dilatacin) dc la piezainterior (ajuste a presin por di/atacin). En el primer caso la pie-za exterior se dilata por calentamiento de forma tal que puedapasar fcilmente sobre la pieza interior. Al enfriarse contrae aesta ltima presionndola fuertemente contra la parte interior. En

1.6.1 Ajustes Iramil'eriaJes }' IOllgitudinales, proceso de ensam-blado

El ensamblado de piezas a presin produce uniones slidas yseguras contra vibraciones que pueden transmitir grandes fuerzasintermitentes o alternativas. Principalmenle se montan a presinpiezas giratorias como ruedas de labes, rotores de turbinas, ruedas de soplanles, discos de inducidos, etc., sobre ejes. Las piezasinteriores (ejes) se unen con las piezas exteriores (cubos), dando alas primeras una sobremedida U (fig. 80).

1.6 Uniones a presin

El clculo de fas uniones roblonadas se efectua como en laconstruccin de acero a cortadura y a presin en la superficie(ecuacs. 25 y 26); el calculo de la seccin trans\-crsal de las piezasunidas se dectua a traccin. compresin (ecuacs_ 27 y 28), o fle-xin. Los 'Valores orientatlvos para las tensiones admisibles puedeverse en la tabla 25.

FiGUl'" 80Unin a presin (ajuste I presin traos\'ersal~a) pieza exterior. rria; b) pieza exterior caknta-da; e) pieza mtenor: d) piezas exterior e Intenorumdas. U, sobrcmedKla; S, Juego de mtro-

duccin

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101

Pieza inleriorPieza uto:l"io.

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UNIONES FIJ"S

T~BU 26. C.]dI...I.. ~ de la superficie tlCllun D1~ 140 ~ 3141

Lo p!O>fundulad de la ",p,dad ptI~l., 1.,. bUla 250 .m... put:de .dlDlunc: .., ca_~~;p..",

FIGURA 83Alisado de la superficie decanlaeto de las piezas en las

uniones a presin.

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103

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FIGURA SSFuerzas en las uniones a presin: o) en direccinperifrica; b) en dlrec:cin lonSlludinal; l") en la di-

reccin resultante.

rICU"" 84Magnitudes au~liues K, segun OIN 7190,para. acero con E _ 200 000 H mm1 y run-

dJCln gris con E _ 100000 N mm!

UNIONES FlJ"'S

41

0)5j,

(35)

(36)

ELEMENTOS DE \lAQUll'iAS

La resistencia al resbalamienlO, sobrepasando la cual se afloja-ra la unn sometida a fuerzas alternativas (fig. 85), es en:

y

Las magnitllde,~ allxiliares K A Y K 1 son medidas de la dilata-cin o de la conlraccin de las piezas que se unen. En la figu-ra 84 se representan estas medidas para el acero y la fundicin gris.Sus valores dependen de las relaciones de los dimetros:

DA dlamctro exterior de: la pll::la exterior;DI damctro Intenor de la pieza mterlor:DF dlametro de la supcrrlCic de UDlon,

Para orros metales distintos del acero o la fundicll>n gris. lasmagnitudes auxiliares deben calcularse con K ~ E.-.. K -'0 E.siendo E el mdulo de elasticidad del metal considerado (tabla 27).

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FIGURA 86Tensiones en las piezas interior y el(erior: al ajuste I presin ron eje hueco;

b) ajuste a presin ron eje maC1ZO.

que se reduzca la resIstencia al deslizamiento. La OIN 7190 detalIa sobre ello: en muchos casos basta la tolerancia de ajuste paralas piezas con el esfuerzo elstico. SI no ocurre asi, puede sobre-pasarse ampliamente el limite elstico calculado, como se ha de-terminado mediante ensayos para el St 50. Cuando se sobrepasa,disminuyen en el acero las fuerzas de adherencia al aumentar lamedida de sta, tanto ms cuanto ms delgadas sean las piezasexteriores o interiores, es dec

elementos de maquina decker

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