Sujetadores y Tornillos de Potencia

1. Sujetadores y Tornillos de Potencia Engineers need to be continually reminded that nearly all engineering failures result from faulty judgments rather than faulty calculations. Eugene S. Ferguson, Engineering and the Mind’s Eye.

2. Perfile roscado • Parámetros empleados para definir un perfil roscado • Diámetro mayor, d. Paso por pulgada p=1/n, nº roscas por pulgada • Diámetro de cresta, dc • Diámetro de paso, dp • Diámetro de raiz, dr Text Reference: Figure 15.1, page 667

3. Roscado (a) Simple, (b) doble, y (c) triple. AVANCE l = tipo roscado x p Text Reference: Figure 15.2, page 667

4. Perfiles de rosca Buttress ACME Uso: potencia, máquina - herramienta UN; 8 series de rosca de paso constante C-basto F-Fino EF-Extra Fino M; C-basto F-Fino Ej.MF8X2-G6 dc/roscas/pulg/ajuste UN -- M Ej.UNF1/2X16-1B dc/roscas/pulg/ajuste

5. Perfil M y UN Detalle dimensiones de perfiles M y UN. ht= 0.5p / tan 30º Text Reference: Figure 15.4, page 668

6. Ajuste Calidad 3(apretado)-9(Suelto) Equivalencias entre roscas Text Reference: Table 15.1, page 669

7. Tornillos de potencia: Perfil ACME Detalle del perfil - Dimensiones. (valores en pulgadas) Buscamos: mayor ventaja mecánica - posicionamiento. Text Reference: Figure 15.5, page 670

8. Perfil ACME Datos cortante para una longitud de roscado de 1 pulg dp=dc-0.5p-0.01 Text Reference: Table 15.2, page 671

9. Tornillo de potencia con collarín , Ángulo de avance=ArcTan[l/πdp] Collarín de empuje Text Reference: Figure 15.6, page 672

10. Tornillo de potencia con collarín y husillos de bolas Text Reference: Figure 15.6, page 672

11. Fuerzas sobre el tornillo de potencia ∑Fv=0 ∑Fh x r =0 DC=OE θn Fuerzas actuando sobre. (a) paralelepípedo ; (b) sección axial; (c) plano tangencial. Text Reference: Figure 15.7, page 673

12. Tipos de sujetadores roscados • Tornillo y tuerca. (c) Tornillo de cabeza. (c) Birlo. • Nota:Arandela o roldana Text Reference: Figure 15.8, page 679

14. Par torsor el tornillo de potencia ∑Fv=0 ∑Fh x r =0 ASCENSO DESCENSO

15. Ejercicios • Determine los pares de torsión, de elevación y de descenso, así coma la eficiencia del tornillo de potencia manufacturado con rosca ACME. ¿es autobloqueante? ¿cual es la contribución de la fricción del collarín, en comparación con la fricción del tornillo, si el collarín tiene, a) deslizamiento, m=0,15 b) rodamiento, m=0,02 ambos en aceite. W=1000lb. Rosca Acme 1,25-5 y Omedio collarín =1,75 in. • Mismo ejercicio con W=1000lb. Rosca Acme 1-5 roscado doble y Omc=1,5 in.m=0,16 rosca y 0,12 collarín. • Igual que el ejercicio dos, pero con roscado simple.

16. Equivalencia de la conexión: Sistema de resortes Bolt-and-nut assembly simulated as bolt-and-joint spring. Text Reference: Figure 15.9, page 680

17. Force vs. Deflection of Bolt and Member Force versus deflection of bolt and member. (a) Seperated bolt and joint. (b) assembled bolt and joint. Text Reference: Figure 15.10, page 680

18. Fueza vs. Deflexión Text Reference: Figure 15.11, page 681

19. Bolt and Nut Figure 15.12 Bolt and nut. (a) Assembled; (b) stepped-shaft representation of shank and threaded section. Text Reference: Figure 15.12, page 682

20. Bolt and Nut Assembly Figure 15.13 Bolt-and-nut assembly with conical fustrum stress representation of joint. di=dw= diámetro menor del cono de presión Simplificación tal que el diámetro de la cara de arandela es aproximadamente 50% mayor que el diámetro de la espiga del sujetador en el caso de tornillos de maquinaria y pernos con cabeza hexagonal de tipo estandar (dw=1,5dc y α=30º)

21. Constants for Joint Stiffness Formula Table 15.3 Constants used in joint stiffness formula [Eq. (15.26)] [From Wileman et al (1991)] Text Reference: Table 15.3, page 684

22. Gasketed Joint Figure 15.17 Threaded fastener with unconfined gasket and two other members. Text Reference: Figure 15.17, page 694

25. Strength of Bolts (Inches) Table 15.4 Strength of steel bolts for various sizes in inches. Text Reference: Table 15.4, page 687

26. Strength of Bolts (Millimeters) Table 15.5 Strength of steel bolts for various sizes in millimeters. Text Reference: Table 15.5, page 687

27. Coarse and Fine Thread Dimensions Table 15.6 Dimensions and tensile stress areas for UN coarse and fine threads. Text Reference: Table 15.6, page 687

28. Coarse and Fine Thread Dimensions - Metric Table 15.7 Dimensions and tensile stress areas for metric coarse and fine threads. Text Reference: Table 15.7, page 69

29. Ejercicio – Cilindro hidraúlico Un cilindro hidráulico de do=150mm y e=2mm sometido a Pi= 250 Kg/cm2 se ha de diseñar con n=1(mínimo). Se embridan las piezas de acero, con una junta elástica. Determinar: tornillo a colocar, calidad, pretensado considerando un 5% de relajación y espesor de juntas. Atornillos=7% At,junta Roscas finas MF

30. Separation of Joint Pretensado Unión permanente: 0,9Fp Unión desmontable: 0,75Fp Fp, carga límite Figure 15.15 Separation of joint. Text Reference: Figure 15.15, page 690

31. Cyclic Load Figure 15.16 Forces versus deflection of bolt and joint as function of time. Text Reference: Figure 15.16, page 691

32. Cyclic Load • Gráfica – Líneas/puntos • L de carga: (si,0) (sm sa) • L de rendimiento: (Sy,0) (0, Sy) • L de Goodman: (Se,0) (0, Su)

33. Factor Concentración Fatiga Ka,e Factor de concentración de esfuerzos, incluye el factor acabado superficial Se=Se´KaKbKcKdKeKg=Se´Ka,eKbKcKdKg=Se´Ka,eKdKg Kb y Kc,axial=1 Text Reference: Table 15.8, page 692

35. Ejercicio Fatiga Diseñar la junta atornillada que se situaría al extremo de un recipiente tal que su presión varia de 75 a 150 kg/cm2. a) Pi y n, tal que a 160kg/cm2 actúe como válvula (suponiendo que no hay fatiga). b) causa de rotura con el Pi y tornillo anterior. c) Diámetro de tornillo para evitar fatiga y n fatiga. Datos: k1=0,153.Tornillo: Calidad 8.8 y 9.8. relajación 5%.,Nt(15:25)

36. Failure Modes of Riveted Fasteners Figure 15.18 Failure modes due to shear loading of riveted fasteners. (a) Bending of member; (b) shear of rivet; (c) tensile failure of member; (e) bearing of rivet on member or bearing of member on rivet. Text Reference: Figure 15.18, page 695

37. Example 15.9 ØA=5/8 ØB=7/8 Group of riveted fasteners used in Example 15.9. (a) centroidof rivet group Assembly; (b) radii from centroid to center of rivets; (c) resulting triangles; (d) direct and torsional shear acting on each rivet; (e) security beding factor (side view of member). (All dimensions are in inches.) Text Reference: Figure 15.19, page 697

38. Text Reference: Figure 15.19, page 697

39. Cortante debido a la torsión Text Reference: Figure 15.19, page 697

40. DATOS Un paso para peatones se remacha a un puente de acero como se indica en la figura. La carga máxima sobre el paso es equivalente a una carga de 3 000 N, localizada a 2 m del costado del puente de acero por cada par de remaches. Se supone un factor de seguridad de 5. HALLAR: El diámetro del remache que se necesita si los remaches estan hechos de acero AISI 1040. Nota: las fuerzas de tensión que actúan sobre los dos remaches son proporcionales a la distancia desde el extremo inferior de la ménsula Text Reference: Figure 15.20, page 699

41. Cylinder End Cap Section Figure 15.28 End cap of hydraulic cylinder for baler application. Text Reference: Figure 15.28, page 717