Tornillo de potencia

PRENSA MECANICA DE ACCIONAMIENTO MANUAL

En la imagen se muestra una prensa manual la cual es utilizada para ajustes que requieran poca presión. Estas prensas son comunes en talleres de manufactura, el tornillo esta hecho de acero AISI 1010 con una fluencia de 25KSI y una elasticidad de 30X. Nos enfocaremos al momento de diseñar la prensa en el tornillo en cuál es el instrumento que acciona dicha prensa. El tornillo tiene una longitud de 6in y es de rosca ACME. La fuerza máxima con la que se realizara la síntesis del tornillo de la prensa de accionamiento será 300lbf con ello tenemos un gran margen y somos conservadores ya que es una prensa accionada manualmente.

w

Fuerza de trabajo

El mecanismo mostrado en la figura se somete a una carga axial de 300lbf, la cual es un promedio de la fuerza de presión que se traduce en un torque manual que le puede aplicar un usuario promedio.

Este valor será la fuerza de trabajo del tornillo de potencia.

w=300lbf

Luego de tener la fuerza de trabajo obtendremos el valor de el área de tracción del tornillo con el fin de poder tener una idea del diámetro de dicho tornillo y empezar a estudiar el elemento.

Asumimos un factor de seguridad de FS=3 ya estipulado para ser conservadores.

Buscamos en datos tabulados con el área de tracción calculada el tornillo mas conveniente para empezar el estudio.

El tornillo no deberá ser menor a 1/4 in.

Diámetro nominal

Hilos de cuerda por pulgadas

Paso en pulgadas

Diámetro menor mínimo

Diámetro de paso mínimo

Área de tenciónPor σ tracción

Área de tenciónPor τ corte

¼ 16 0,0625 0,1618 0,2043 0,02632 0,3355

5/16 14 0,0714 0,2140 0,2614 0,04438 0,4344

3/8 12 0,0833 0,2632 0,3161 0,06589 0,5276

7/16 12 0,0833 0,3253 0,3783 0,09720 0,6396

1/2 10 0,1000 0,3594 0,4306 0,1225 0,7278

Se procede estudiar el efecto columna y para ello debemos encontrar la longitud efectiva de el mismo.

Realizamos el estudio para el caso de columnas ya que solo la carga axial no nos da la suficiente certeza de que será seguro, puede existir falla por flexión o pandeo.La relación de Esbeltez describe columna corta, intermedia y larga, para cada una de ellas tendrá un estudio en especifico.Dicha relación se define como:

Donde Le: Longitud efectiva del tornillo K: radio de giro

pandearse por la misma fuerza axial a compresión. Dicho procedimiento mencionado anteriormente se rige por la relación de Esbeltez mecánica

Sr>89 columna larga

89<Sr<C columna intermedia

Sr<89 columna corta

En este caso se aplica limite elástico del material a compresión como un factor limite a fin de compararlo con el esfuerzo calculado.

No pandea el tornillo ya que esfuerzo critico es menor que el esfuerzo de fluencia.

Se determina el valor de torque para elevar la carga el cual en este caso nos sirve para calcular el esfuerzo de corte por torsor.

 

Calculamos los esfuerzos equivalentes por VON MISSES para dos puntos críticos del diente del tornillo.

• El primer punto soporta esfuerzos de flexión, axiales y de torsión.• El segundo punto

Soporta esfuerzos axiales Cortantes y de torsión.

 

 

 

 

 

 

Seleccionamos el esfuerzo equivalente mas critico y evaluamos el factor de seguridad para dicho esfuerzo.

El factor de seguridad no es mayor que tres por ello repetiremos el procesó subiendo el diámetro del tornillo hasta hacerlo lo suficientemente seguro.

• segunda iteración

• Dn=1/2  dr=0.3594in dp=0.4306in

• Columna corta.

• No existe pandeo

Ya que se sale un poco del margen intentaremos optimizar la solución buscando un factor de seguridad más bajo sin pasar por debajo de FS=3 Con esto se puede garantizar un diseño más económico. Bajamos el diámetro del tornillo.

• tercera iteración

• Dn=7/16 dr=0.3253in dp=0.3783in

• Columna corta.

• No existe pandeo

Obtenido el resultado concluimos afirmando que el tornillo no deberá ser menor a 7/16 ya que con ese diámetro obtenemos un factor de seguridad el cual cumple con la condición pre establecida Fs≥3.