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Nstor Vera Marco Ortega

Tornillos de Fijacin

Normas y definiciones de roscas 1) El paso es la distancia entre dos cuerdas adyacentes, medida en forma paralela al eje de la rosca. 2) El dimetro d es el mas grande la rosca. 3) El dimetro menor dr o d1 es el mas pequeo de la rosca. 4) El avance l, es la distancia que se desplaza una tuerca en forma paralela al eje del tornillo cuando se le da una vuelta. En el caso de una rosca simple, el avance es igual al paso.

Un elemento con rosca mltiple es el que tiene dos o mas roscas cortadas lado a lado. Los productos estandarizados como tornillos, pernos y tuercas tienen roscas sencillas; un tornillo de doble rosca tiene un avance igual al doble de paso, el avance de un tornillo de rosca triple es igual a tres veces el paso, etctera.

Todas las roscas se hacen de acuerdo con la regla de la mano derecha, a menos que se indique de otra forma. De ah surgen las roscas a derechas y roscas a izquierdas.

Sujetadores Roscados En la siguiente figura se muestran tres tipos de sujetadores roscados: el de perno y tuerca, el tornillo de cabeza y el birlo. La mayora de los sujetadores roscados consiste de un perno que pasa por un agujero de los miembros que se van a unir y acoplado con una tuerca, como se muestra en la figura 15.8a.

En ocasiones, el perno se acopla con roscas en lugar de una tuerca, este tipo se denomina tornillo de cabeza. Un birlo tiene rosca en ambos extremos y se atornilla, mas o menos permanentemente, en el agujero roscado de uno de los miembros que se van a unir.

Rigidez del sujetador Cuando se desea una conexin que se pueda desensamblar sin emplear mtodos destructivos y que sea suficientemente fuerte para resistir cargas externas, una buena solucin es la unin atornillada. Como los miembros se estn sujetando, la fuerza de sujecin que produce tensin en el perno induce compresin en los elementos

El agarre de una conexin consiste en el espesor total del material sujetado. En la figura 8-13 el agarre esta de terminado por la suma de los espesores de ambos elementos y ambas arandelas

La rigidez de la parte de un perno o de un tornillo dentro de la zona de sujecin en general consistir en dos partes. 1) La de la parte del cuerpo sin roscas. 2) La de la parte con roscas. As, la constante de rigidez del perno equivale a la rigidez de dos resortes en serie.

Las relaciones de resorte de las partes roscada, y sin rosca en la zona de sujecin son, respectivamente,

Sustituyendo las rigideces anteriores se obtiene kb

Donde kb representa la rigidez efectiva estimada del tornillo de cabeza en la zona de sujecin.

Uniones: Rigidez del elemento En conjunto los elementos actan como resortes de compresin en serie.

Existen casos en el que las rigideces relativas de unos con respectos a otros son muy pequeas, en tales caso estas rigideces se desprecian.

Resistencia del perno En las especificaciones para pernos, la resistencia se especifica expresando cantidades mnimas, la resistencia mnima de prueba y la resistencia mnima de tensin.

La carga de prueba es la carga mxima(fuerza) que un perno puede soportar sin adquirir una deformacin permanente. La resistencia de prueba esta dada por el cociente de la carga de prueba y el rea de esfuerzo de tensin.

Ver las tablas si se usan en los ejercicios Pag476.

Uniones a tensin: la carga externa Que sucede cuando se aplica una carga externa de tensin P a una unin con pernos.

Se emplea la nomenclatura siguiente:

La carga P es de tensin, y causa que la conexin se alargue o se estire a travs de una distancia d.

Como P=Pb + Pm ;

Por lo tanto la carga resultante en el perno se expresa como:

Y la carga resultante en los elementos conectados corresponde a:

Los coeficientes de P en ambas ecuaciones, describen la proporcin de la carga externa tomada por el perno y por los elementos

En todos los casos, los elementos toman mas del 80% de la carga externa. Esto es muy importante cuando se presenta una carga por fatiga. Al hacer el agarre mas largo causa que los elementos tomen un porcentaje aun mayor de la carga externa.

Ver si entra relacin del par de torsin

Pag 479.

Juntas a tensin: Carga dinmica

En la tabla 8.16 se listan los factores promedio de la reduccin de la resistencia a la fatiga para el entalle debajo de la cabeza del perno y tambin en el inicio de los hilos en el cuerpo del perno.

Dichos factores ya estn corregidos y toman en cuenta la sensibilidad a la muesca y al acabado superficial. Estos valores son solo valores promedio. Los diseadores deben estar conscientes de que tal vez se originen situaciones en las cuales seria recomendable investigar estos factores en forma mas minuciosa. La distribucin de fallas comunes de pernos esta aproximadamente 15% debajo de la cabeza, 20% al final de la rosca y 65% en la rosca, en la cara de la tuerca.(Peterson)

En el laminado en roscas la cantidad de trabajo en frio y de endurecimiento por deformacin se desconoce por el diseador; por lo tanto en la tabla 8.17 se da la resistencia a la fatiga axial completamente corregida(incluyendo kf).

Para roscas cortadas, resultan tiles los mtodos descritos en el capitulo Fallas resultantes por cargas variables (capitulo 7)

En la unin se desea que el perno brinde la seguridad contra la fatiga y que su precarga sea un poco menor que la deformacin permanente del sujetador. El lugar geomtrico de la falla de Gerber es:

Una aplicacin comn de la unin con pernos a tensin se observa en dispositivos como los cilindros a presin, donde la carga externa varia de un extremo inferior de P=0 a uno superior de P. (Carga en forma repetida) Las componentes de amplitud y de la carga constante, Pa y Pm son la mitad de la carga mayor P.

La ecuacin de esfuerzo es:

Se escriben expresiones para esfuerzo mximo y mnimo: