Tema_10
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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
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2Diseo de Mquinas - Universidad de Mlaga 3
Tipos de Uniones 2/6
Unin atornillada
Chaveta(Lengeta)
Pasador
Diseo de Mquinas - Universidad de Mlaga 4
Tipos de Uniones 3/6
Soldadura Arco: Electrodo MIG MAG TIG
Soldadura por resistencia Puntos Roldana
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3Diseo de Mquinas - Universidad de Mlaga 5
Tipos de Uniones 4/6
Pegamento:ColaCianocrilatoResina epoxy
Diseo de Mquinas - Universidad de Mlaga 6
Tipos de Uniones 5/6
Remache de traccin
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4Diseo de Mquinas - Universidad de Mlaga 7
Tipos de Uniones 6/6
RemacheRobln (una sola pieza)
Diseo de Mquinas - Universidad de Mlaga 8
UNIONES ATORNILLADAS
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5Diseo de Mquinas - Universidad de Mlaga 9
Elementos 1/5
Tipos1.Tornillo2.Perno: Tornillo+Tuerca3.Prisionero4.Esprrago (DIN 913)
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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
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6Diseo de Mquinas - Universidad de Mlaga 11
Elementos 3/5
Hexgono Externo Interno ALLEN
Hexalobular TORX Interno (ISO 10664) Externo
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Elementos 4/5
TUERCA1. Hexagonal
1. Con arandela2. Autoblocante3. Almenada4. Ciega
2. Cuadrada3. Redonda4. De mariposa
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Elementos 5/5
Arandela1. Plana2. Grower3. Dentada
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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
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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
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Sistema de Roscas 3/4
MTRICA Paso normal
M d(mm)M 8
Paso finoM dxPasoM 8x1
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9Diseo de Mquinas - Universidad de Mlaga 17
Sistema de Roscas 4/4
WHITWORTHPaso Normal
(W) d()W
Paso Fino(W) D x hilos por x20W x20
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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
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Diseo de Mquinas - Universidad de Mlaga 19
Par de Apriete 2/3
Diseo de Mquinas - Universidad de Mlaga 20
Par de Apriete 3/3
http://www.smartbolts.com/
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Diseo de Mquinas - Universidad de Mlaga 21
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
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Materiales 2/4
La marca indica la resistencia del material
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Diseo de Mquinas - Universidad de Mlaga 23
Materiales 3/4
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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
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Diseo de Mquinas - Universidad de Mlaga 25
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
Diseo de Mquinas - Universidad de Mlaga 26
Anlisis Elstico de la Unin 2/11T P
P
Fi
Fi
Fi
FiFbFb
Fm
Fm
I II III
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Diseo de Mquinas - Universidad de Mlaga 27
Anlisis Elstico de la Unin 3/11
II - Aplicacin del par de apriete TFi
Fi
F
bm
kbkm
II
I
F
II
I
Fi
F
b m
kb km
II
I
Diseo de Mquinas - Universidad de Mlaga 28
Anlisis Elstico de la Unin 4/11
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
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Diseo de Mquinas - Universidad de Mlaga 29
Anlisis Elstico de la Unin 5/11
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
= +
=
= +
= = +
= = +
+ = =
Diseo de Mquinas - Universidad de Mlaga 30
Anlisis Elstico de la Unin 6/11
Influencia de la rigidez relativa
Fi Pb
PmP
Fm
Fb
F
b
kb km
m
kbkm
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Diseo de Mquinas - Universidad de Mlaga 31
Anlisis Elstico de la Unin 7/11
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
Diseo de Mquinas - Universidad de Mlaga 32
Anlisis Elstico de la Unin 8/11
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
=
=
+ +
-
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Diseo de Mquinas - Universidad de Mlaga 33
Anlisis Elstico de la Unin 9/11
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
=
-
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Diseo de Mquinas - Universidad de Mlaga 35
Anlisis Elstico de la Unin 11/11
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 de Mquinas - Universidad de Mlaga 36
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
-
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Diseo de Mquinas - Universidad de Mlaga 37
Diseo Precarga 2/2Aumento de la resistencia a la fatiga Cb kb Tornillos Extensibles
Diseo de Mquinas - Universidad de Mlaga 38
Tuerca 1/3
Distribucin de la carga en los hilos de la tuerca
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Diseo de Mquinas - Universidad de Mlaga 39
Tuerca 2/3Distribucin de la carga en los hilos de la tuerca
Diseo de Mquinas - Universidad de Mlaga 40
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
+
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Distancia entre tornillos
Distancia entre tornillos M
(7 8) 3.5 d M d M
Diseo de Mquinas - Universidad de Mlaga 42
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
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Diseo de Mquinas - Universidad de Mlaga 43
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
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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
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Diseo de Mquinas - Universidad de Mlaga 45
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
Diseo de Mquinas - Universidad de Mlaga 46
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
-
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Diseo de Mquinas - Universidad de Mlaga 47
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
Diseo de Mquinas - Universidad de Mlaga 48
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
-
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Diseo de Mquinas - Universidad de Mlaga 49
Carga Cortante 7/7
Resistencia frente a fuerza cortante:
a)Rozamientob)Casquillo tubularc)Casquillod)Resaltee)Chavetaf)Tornillo ajustado
)a F Fm F N Fm < =