tema_10

1Diseo de Mquinas - Universidad de Mlaga 1

UNIONES

1. Uniones2. Uniones Atornilladas

1. Elementos2. Sistema de Roscas3. Par de Apriete4. Materiales5. Anlisis elstico de la unin6. Diseo - Precarga

1. Carga Esttica2. Carga de Fatiga

7. Tuerca8. Distancia entre tornillos9. Juntas de cierre10. Carga cortante

Diseo de Mquinas - Universidad de Mlaga 2

Tipos de Uniones 1/6

Desmontables: Tornillos, chavetas, pasadores

No desmontables: Soldadura y pegamentosSemi-desmontables: Remaches y roblones



Unin atornillada

Chaveta(Lengeta)

Pasador



Soldadura Arco: Electrodo MIG MAG TIG

Soldadura por resistencia Puntos Roldana



Pegamento:ColaCianocrilatoResina epoxy



Remache de traccin



RemacheRobln (una sola pieza)


UNIONES ATORNILLADAS


Elementos 1/5

Tipos1.Tornillo2.Perno: Tornillo+Tuerca3.Prisionero4.Esprrago (DIN 913)


Elementos 2/5

Forma de la cabeza1. Hexagonal (DIN 933)2. Cilndrica (Allen DIN

912)3. Cnica o Avellanada

(Allen DIN 7991)4. Gota de sebo (DIN

7380)5. De carrocero (DIN

603)6. Moleteada


Elementos 3/5

Hexgono Externo Interno ALLEN

Hexalobular TORX Interno (ISO 10664) Externo


Elementos 4/5

TUERCA1. Hexagonal

1. Con arandela2. Autoblocante3. Almenada4. Ciega

2. Cuadrada3. Redonda4. De mariposa


Elementos 5/5

Arandela1. Plana2. Grower3. Dentada


Sistema de Roscas 1/4

ROSCALa parte roscada del tornillo toma la forma de un filete o hilo que se enrolla de forma helicoidal alrededor de un ncleoSISTEMA DE ROSCASGrupo de roscas con la misma forma y proporcin en el filete. Est normalizado


Forma del filete Sistema de Rosca N orma

Rosca Sistema Internacional Paso Normal DIN 13 H1 Series de seleccin

DIN 13 h2 Rosca Mtrica DIN

Paso fino DIN 244 a 247 DIN 516 a 521

Paso Normal DIN 13 h31 Rosca mtrica ISO Paso fino DIN 13 h 35-41

Paso Normal DIN 11 Paso Fino DIN 259 h1-2

Cilndrica

Rosca Witworth

BSP Cnica

DIN 2999

Basta NC Fina NF (SAE)

Triangular

Rosca Sellers

Especial NS

Normas americanas

ACME Normas americanas

Normal DIN 103 Fina DIN 378

Trapecial Rosca Trapecial

DIN

Basta DIN 379 Rosca Redonda DIN 405 Redondeado Rosca Elct rica DIN 40400

Normal DIN 513 Fina DIN 514

Trapezoidal Rosca en diente de sierra

Basta DIN 515



MTRICA Paso normal

M d(mm)M 8

Paso finoM dxPasoM 8x1



WHITWORTHPaso Normal

(W) d()W

Paso Fino(W) D x hilos por x20W x20


Par de Apriete 1/3

Reparto del par 50% rozamiento

en la cabeza 40% Rozamiento

en la rosca 10% traccin del

tornillo1/8 vuelta hacia atrs

( )tg cos2 cos tg

2tg cos

2 cos tg 2

- CONSTANTE DE PAR No depende le tamao del tornillo

0.15 - Rosca Lubricada0.20 - Rosca S

c

tc

t

DmT W Tc

DcTc W

dm dcT d Fid d

T C Fi dC

C

+ = +

=

+= +

=

=

in Lubricar

10


Par de Apriete 2/3


Par de Apriete 3/3

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11


Materiales 1/4

Carga de prueba Fp: Carga mxima de traccin que se puede aplicar a un tornillo sin que sufra una deformacin permanente mayor al 0.2%. Por encima de esa deformacin el tornillo no es reutilizable

Esfuerzo de prueba Sp: Esfuerzo que produce la carga de prueba


Materiales 2/4

La marca indica la resistencia del material

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Materiales 3/4


Materiales 4/4

MARCA 100 (Mpa)

10 (Mpa)(0.8 0.9)

Lmite de roturaLmite de fluenciaEsfuerzo de Prueba

XYSu XSy X YSp Sy

SuSySp

=

=

=

10.9 Su = 10 100 = 1000 Mpa Sy = 10 9 10 = 900 Mpa Sp = 0.85 900 = 765 Mpa

13


Anlisis Elstico de la Unin 1/11

Reparto de cargas en la unin

Fuerza en el tornillo despus de aplicar el par de apriete y la carga exterior P

F=0 Se analiza un

solo tornillo

2P

2P

F

F


Anlisis Elstico de la Unin 2/11T P

P

Fi

Fi

Fi

FiFbFb

Fm

Fm

I II III

14



II - Aplicacin del par de apriete TFi

Fi

F

bm

kbkm

II

I

F

II

I

Fi

F

b m

kb km

II

I



III Acta la carga exterior P

FiPb

PmP

Fm

Fb

F

b m

kb km

III

II

I

Fi

F

b m

kb km

II

I

15



IV Si P=F0 m=0 Se abre la unin

FiPb

PmP

Fm

FbF0

F

b m

kb km

IIIIV

II

I

Constante de la Unin

; (2 3)

Fb Fi PbFm Fi PmP Pb Pm

kbPb P Cb Pkb km

CbkmPm P Cm P

kb km

kb kmFo Fi Fo Pkm

= +

=

= +

= = +

= = +

+ = =



Influencia de la rigidez relativa

Fi Pb

PmP

Fm

Fb

F

b

kb km

m

kbkm

16



Rigidez del tornillo kb

22 3

2

3

4 20.649531.22687

pi

=

+ =

=

=

At Ekbl

d dAt

d d Pd d P

Rosca d (mm) P (mm) d 2 (mm) d 3 (mm) At (mm 2 )

M 3 3 0.5 2.675 2.387 5.0M 4 4 0.7 3.545 3.141 8.8M 5 5 0.8 4.480 4.019 14.2M 6 6 1.0 5.350 4.773 20.1M 8 8 1.25 7.188 6.466 36.6

M 10 10 1.5 9.026 8.160 58.0M 12 12 1.75 10.863 9.853 84.3M 16 16 2.0 14.701 13.546 156.7M 20 20 2.5 18.376 16.933 244.8M 24 24 3.0 22.051 20.319 352.5M 30 30 3.5 27.727 25.706 560.6M 36 36 4.0 33.402 31.093 816.7M 42 42 4.5 39.077 36.479 1120.9M 48 48 5.0 44.752 41.866 1473.1M 56 56 5.5 52.428 49.252 2030.0M 64 64 6.0 60.103 56.639 2676.0

M 8 x 1 8 1.0 7.350 6.773 39.2M 10 x .75 10 0.75 9.513 9.080 67.9M 10 x 1 10 1.0 9.350 8.773 64.5

M 10 x 1.25 10 1.25 9.188 8.466 61.2M 12 x 1 12 1.0 11.350 10.773 96.1

M 12 x 1.25 12 1.25 11.188 10.466 92.1

Rosca Normal Serie 1

Rosca Fina Serie 1



Rigidez de las placas kmMismo material

d

t1t2

l Lo

L

1.5 d

300.5770.577 0.52ln 50.577 2.5

Edkml dl d

pi

=

=

+ +

17



Rigidez de las placas kmMismo material Tornillo sin tuerca

t1

d

D

h

l

t2

Lo

L

1.5 d

22

1

2

;2

;2

30

=

18



Constante de la unin CbMismo materialAcero

Constante de la unin Cb - AceroE = 2.1 105 MPa

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

0.45

0.50

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100L (mm)

Cb

M3M4M5M6M8M10M12M16


Diseo Precarga 1/2 0.6 0.9Conexiones ConexionesRutilizables Permanentes

CARGA ESTTICA

CARGA DE FAGIGA 12

Coeficiente de carga1.5

Fp Fi Fp

Fi Sp At Cb n P

Cb n P SpFi Sp AtSe

n

n

=

= +

Grado o marca Intervalo de

Tamaos Lmite de Fatiga

Se(MPa) 8.8 M 6 M 36 129 9.8 M 3 M 16 140

10.9 M 5 M 36 162 12.9 M 3 M 36 190

19


Diseo Precarga 2/2Aumento de la resistencia a la fatiga Cb kb Tornillos Extensibles


Tuerca 1/3

Distribucin de la carga en los hilos de la tuerca

20


Tuerca 2/3Distribucin de la carga en los hilos de la tuerca


Tuerca 3/3

Formas de mejorar la distribucin de carga

Material de la tuerca ms suave

Tuerca Especial

Altura de la tuerca

Acero 0.175 0.065

Fundicin (1.5 2)

HdH d H dP

H d

+

21


Distancia entre tornillos

Distancia entre tornillos M

(7 8) 3.5 d M d M


Juntas de cierre

La fuerza Fm sobre los elementos unidos debe generar al menos la presin de brida Pg para garantizar la estanqueidad

Material Presin de brida Pg

(MPa) Mdulo de elasticidad E

(MPa) Corcho y Caucho 10.5 69/86

Corcho 19 86 Amianto 23.2 480

Junta de cierre

22


Carga Cortante 1/7

El esfuerzo cortante producido por la Fuerza Cortante F se combina con el esfuerzo de traccin debido a la carga Fb inducida por P

Esta situacin muy probablemente fracture el tornillo

P

P

F

F


Carga Cortante 2/7

Forma de fractura en una unin sometida a

a) Fuerza cortanteb) Flexin de las placasc) Cortadura del roblnd) Traccin en las placase) Aplastamiento placasf) Desgarro cortadurag) Desgarro traccin

23


Carga Cortante 3/7

2

2)4)

)

tFMbW WF F

cA dF FdA L nd

pi

= =

= =

= =

F

F

F

F

F

F

d

L

d


Carga Cortante 4/7

) Espesor de la

placa ms delgada) 1.5) 1.5

F Fe

A t dt

f L dg L d

= =

F

F

F

F

F

F

d

L

d

L

d

24


Carga Cortante 5/7

FUERZA CORTANTE Fi SOBRE CADA TORNILLO O ROBLN1. Hallar el cdg de la distribucin de tornillos o roblones2. Hallar la fuerza y momento inducidos en el cdg por las

carga exteriores V, M3. Repartir VFi4. Repartir MFi5. Componer Fi=Fi+Fi


Carga Cortante 6/7

1 1

1

1 1

1

2

1

2 2

1 1

' ; "

" ; "

' "

= =

=

= =

=

=

= =

= =

= =

= =

= =

= +

n n

i i ii i

n

iin n

i i ii i

n

ii

ii i n

ii

Yi XiXi Yin n

i ii i

i i i

A x xx

nA

A y yy

nA

M rn

r

M r M rF F

r r

VF F

F F F

25


Carga Cortante 7/7

Resistencia frente a fuerza cortante:

a)Rozamientob)Casquillo tubularc)Casquillod)Resaltee)Chavetaf)Tornillo ajustado

)a F Fm F N Fm < =

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