Tornillos de sujecion y ajuste

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Tornillos de sujeción y ajuste
Los tornillos de sujeción sirven para mantener firmes miembros o partes diversas de una misma máquina. En las Figuras 4.1 y 4.30 se pueden ver algunos ejemplos de tornillos como elementos de sujeción de partes. Estos ensambles tienen como elementos afines a las “arandelas”, cuya función es mejorar la clase del ajuste y servir como fusible para evitar deterioro enlas partes a ensamblar, y también a las tuercas. En la Figura 4.31 se muestran algunos tipos de arandelas, mientras que en la Figura 4.32 se muestran algunos tipos de tuercas.
Figura 4.30. Algunos tipos de Tornillos y bulones y sus aplicaciones

Figura 4.30. Algunos tipos de Tornillos y bulones y sus aplicaciones

Figura 4.31. Algunos tipos de arandelas

Figura 4.32. Algunos tipos detuercas

Estudio de la carga en los pernos y la unión. La precarga

Las Figura 4.1 y 4.30 muestran las uniones de sujeción típicas por tornillos o bulones. En ellas se presenta la interacción de dos fenómenos de deformación. Los tornillos se estiran y la zona de unión se comprime. Esto se puede analizar con mayor detenimiento en la Figura 4.33, donde se muestra el ensamble tornillo y junta comosi se tratara de dos resortes. Para representar la junta un resorte a compresión de constante km y para representar el tornillo otro resorte a extensión de constante kb.

Figura 4.33. Esquema de representación del ensamble de la junta y el bulón

En las juntas atornilladas suelen prefijarse estados de precarga para evitar que la misma se suelte ante una solicitación determinada bajo servicio.Para entender este fenómeno se puede ver la secuencia ilustrativa de Figura 4.34. En primer lugar (a) se tiene la junta, simulada por un resorte de compresión. Ahora en (b) se ejerce una fuerza de 100 lb sobre el bulón y poniendo un tope para mantener una carga en el resorte de 100 lb. En (c) se tendría el mismo caso de (b) pero de la manera convencional, es decir ajustando la tuerca. Tanto en (b)como en (c) se produjo una precarga en el bulón de 100 lb que no desaparece porque está la traba. En (d) se carga con una fuerza de 90 lb que es menor que la precarga y en (e) se carga el perno con una carga que es mayor que la precarga y se suelta la traba. Esto muestra lo importante que es la precarga especialmente cuando las solicitaciones bajo servicio pueden ser variables y generar riesgos enla unión.
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Figura 4.34. Esquema de representación del ensamble de la junta y el bulón ante precarga

En la Figura 4.35.a se muestra por separado la relación de fuerza a desplazamiento para los resortes correspondientes al bulón y a la junta hasta la fuerza de precarga Fi, mientras que en la Figura 4.35.b se muestra el ensamble armado bajo la acción de una solicitación P.

Figura 4.35.Relación fuerza-desplazamiento. (a) Precarga (b) bajo acción de la carga

La precarga Fi es la misma que actúa en el bulón como en la junta del material, pero genera obviamente distintos valores de deformación según se ve en la Figura 4.35.a. Ahora bien ante una carga tractiva externa P, posterior a la precarga, se verificará una extensión adicional en el perno (lo que significa que el punto B setraslada al C en la Figura 4.35.b) y un alivio en la junta (lo que significa que el punto A se traslada al D en la Figura 4.35.b). De manera que la carga P se reparte de la siguiente forma

Pero la fuerza resistente en el bulón Fb y la fuerza resistente en la junta Fm vienen dadas por:

Téngase presente que la variación de desplazamiento es tal que

Lo que significa que cuanto se estira elbulón, se alivia la junta. De tal manera que teniendo presente (4.57) y reemplazando en (4.58) se pueden obtener las siguientes relaciones para la precarga

Con la (4.60) se puede calcular la precarga en función de la carga a soportar P y la máxima carga que soporta el material del perno y de la junta Fm y Fb. Si en (4.60) se anula Fm se puede obtener la carga que separa la junta como

Y el...
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