pernos y tornillos

1. UNIDAD 01
Ing. Marco Antonio Salas Marín
EPIM – UNSAAC
2018 - I

2. CONTENIDO
• Uniones empernadas
• Uniones soldadas
• Tornillo de potencia
• Resortes

3. CAPITULO I:
ELEMENTOS DE MÁQUINA

4. MAQUINAS Y MECANISMOS
• MAQUINA
• Las máquinas son
dispositivos que se
utilizan al modificar,
transmitir y dirigir
fuerzas para llevar a
cabo un objetivo
especifico.

5. MAQUINAS Y MECANISMOS
•
•
MECANISMO
Un mecanismo es una
parte mecánica de una
máquina, cuya función
es transmitir
movimiento y fuerza
de una fuente de
potencia a una salida.
Es el corazón de la
máquina.

6. INTRODUCCIÓN AL DISEÑO
Consideracionesgenerales de diseño
• Tipos de carga
• Cinemática de la
máquina
• Materiales
• Tamaño y forma
• Lubricación
• Economía
• Partes STD
• Seguridad
• Trabajos de taller
• Producción
• Costos de fabricación
• Ensamblado

7. INTRODUCCIÓN AL DISEÑO
• Factor de diseño
Esfuerzo máximo
n =
Esfuerzo de trabajo o de diseño
Esfuerzo de fluencia
n = (DUCTIL)
Esfuerzo de trabajo o de diseño
Esfuerzo último
n = (FRAGIL)
Esfuerzo de trabajo o de diseño

8. CAP I: UNIONES EMPERNADAS
CAPITULO II: UNIONES EMPERNADAS

9. TERMINOLOGIA DE ROSCAS DE TORNILLO
• En la realidad las roscas no son agudas.

10. PERFIL BÁSICO DE ROSCAS
• Considerar H = 0.866 x paso
MÉTRICAS

11. OTROS TIPOS DE ROSCAS
• Rosca cuadrada – Rosca ACME

12. DENOMINACION ESTANDAR
• Para roscas unificadas, se enuncia diámetro
nominal (R raíz), # de roscas y la serie:
¾ plg – 18 UNRF
• Para roscas métricas,
paso en mm:
se enuncia el diámetro y el
M12 x 1.75 mm

13. DIÁMETROS Y ÁREAS DE ROSCAS
MÉTRICAS
• Según norma ANSI B1.1-1974 y B18.3.1-1978

14. DIÁMETROS Y ÁREAS DE ROSCAS
MÉTRICAS
• Según norma ANSI B1.1-1974 y B18.3.1-1978

15. DIÁMETROS Y ÁREA DE ROSCAS
UNIFICADAS
• Según norma
DE TORNILLO
ANSI B1.1-1974

16. DIÁMETROS Y ÁREA DE ROSCAS
UNIFICADAS
• Según norma
DE TORNILLO
ANSI B1.1-1974

17. DIÁMETROS Y ÁREA DE ROSCAS ACME

18. MECÁNICA DEL TORNILLO DE POTENCIA

19. MECÁNICA DEL TORNILLO
• Desarrollo de una vuelta de la
DE POTENCIA
rosca: (a) al subir la
carga (b) al bajar la carga

20. MECÁNICA DEL TORNILLO
• Para elevar la carga
DE POTENCIA
• Para bajar la carga

21. MECÁNICA DEL TORNILLO DE POTENCIA
• Para elevar la carga (rosca cuadrada):
• Se requiere un torque que supere el efecto de
fricción y que eleve la carga.

22. MECÁNICA DEL TORNILLO DE POTENCIA
• Para bajar la carga (rosca cuadrada):
• Condición de autobloqueo:

23. MECÁNICA DEL TORNILLO
• Eficiencia para elevar la carga
DE POTENCIA
• Si f = 0

24. MECÁNICA
• Para roscas
DEL TORNILLO
ACME:
DE POTENCIA
NOTA: Considerar la
fricción del collarín

25. PROBLEMA 01
En la conexión con pernos de la figura se usan pernos SAE grado 5.
Los elementos son de acero AISI 1018 laminado en caliente. A la
conexión se le aplica una carga cortante de tensión F = 4 000 lb.
Determine el factor de seguridad para todos los modos de falla
posible.

26. De acuerdo al tipo de acero AISI 1018 laminado en caliente se tiene
que la resistencia a la fluencia.
La resistencia mínima de fluencia de los pernos.
Mediante la teoría de la energía de distorsión ,la resistencia al
cortante corresponde a:

27. 1er Modo.- Por el cortante de los pernos.
2do Modo.- Por el aplastamiento de los pernos

28. 3er Modo.- Por el aplastamiento de los miembros.
4to Modo.- Por la tensión de los miembros

29. PROBLEMA 02
Una junta de traslape atornillada con pernos SAE grado 5, que une
piezas de acero SAE 1040 estirado en frío, se muestra en la figura.
Determine la carga cortante y de tensión F que puede aplicarse a
esta junta, sí se especifican los siguientes factores de seguridad:
Para cortante en pernos, 1.8; Para aplastamiento en pernos, 2.2;
Para aplastamiento en piezas conectadas, 2.4; y Para tensión en
dichos elementos,2.6.

30. Mediante la teoría de la energía de distorsión, la resistencia al
cortante corresponde a:

32. PROBLEMA 03
La unión atornillada que se muestra en la figura está sometida a una
carga cortante de tensión de 20 kips. Los pernos son SAE grado 5 y
el material es acero estirado en frio AISI 1015. Determine el factor de
seguridad de la conexión para todos los modos de falla posibles.

33. Mediante la teoría de la energía de distorsión, la resistencia al
cortante corresponde a:

35. PROBLEMA 04
Determine la carga constante total en cada uno de los pernos de la
unión que se aprecia en la figura, y calcule el esfuerzo cortante y el
de aplastamiento que son significativos en los pernos. Calcule el
momento de inercia de área de la placa de 8 mm, en una sección a
través de los tres agujeros de perno, y evalúe el esfuerzo máximo por
flexión en la citada placa.

38. PROBLEMA 01
Una gata de automóvil consta de un tornillo de
potencia y una tuera. El automóvil se levanta
girando el tornillo, el avance de la rosca es de 9mm,
el diámetro de paso es de 22mm, la rosca es métrica,
el coeficiente de fricción es de 0.10 en la rosca y
cero en la otras partes. Se pide calcular:
a) El par de torsión que se necesita para
un automóvil de 1 tonelada
El par de torsión que se necesita para
automóvil de 1 tonelada
¿Es autobloqueante?
levantar
b) bajar un
c)

39. PROBLEMA 02
Un tornillo de transmisión de potencia de rosca
cuadrada tiene un diámetro mayor de 32 mm y un paso
Los datos que se
dc = 40 mm y F = 6.4
de 4 mm con roscas dobles.
proporcionan incluyen f = fc = 0.08,
kN por tornillo.
a) Encuentre la profundidad de la rosca, el ancho de
rosca, el diámetro de paso, el diámetro menor y el
avance.
Determine el par de torsión necesario para elevar,
bajar la carga y la eficiencia durante la elevación de
la carga.
b)

40. PROBLEMA 03
Una carga de 25kN se levanta por medio de dos
tornillos de potencia de rosca ACME, con una
velocidad mínima de 35mm/s y una potencia
máxima de 1750W. Debido a las limitaciones de
espacio, el diámetro del tornillo no debe ser mayor
de 45mm, el coeficiente de fricción para la rosca y el
collarín es 0.09; el diámetro medio del collarín es de
65mm. Si las carga se distribuyen uniformemente,
seleccione el tamaño del tornillo que se debe usar y
calcule su eficiencia.

41. SUJETADORES ROSCADOS
• Los pernos y las tuercas
convencionales generalmente
usan roscas estándar, como
métricas, ACME, etc.

42. CLASIFICACION DE SUJETADORES
• PERNOS Y TORNILLOS PARA
MÁQUINAS
• ANSI establece que un perno está
destinado a mantenerse estacionario y
una tuerca produce un torque sobre
éste para crear la unión, mientras que
un tornillo está destinado a girar en un
orificio con rosca o sin ella, aplicando
un torque en su cabeza.

43. CLASIFICACION DE SUJETADORES
• ESPÁRRAGOS
• Un espárrago es un sujetador sin
cabeza, roscado en ambos extremos,
cuya finalidad es estar atornillado
semipermanentementepor
la mitad de un ensamble.
un lado en

44. CLASIFICACION DE SUJETADORES
• ESTILOS DE TORNILLOS DE MÁQUINAS

45. TUERCAS Y ARANDELAS
• Básicas y de bloqueo

46. MANUFACTURA DE LAS ROSCAS
•
•
CORTADOR DE ROSCAS
Se pueden elaborar en
tornos
Para alta producción se
usan máquinas para
tornillos
Aplicaciones ligeras y no
críticas
Más débiles y menos
costosas
•
•
•

47. MANUFACTURA DE LAS
• ROLADO DE ROSCAS
• Formado de roscas en frío
a través de dados de acero
endurecido
• Material más duro y
resistente
• Aplicaciones con cargas
críticas y de fatiga
ROSCAS

48. JUNTAS CON EMPAQUES
• Muy utilizados en sellos de presión, que aseguran
la hermeticidad de la unión.

49. PROPIEDADES

50. PROPIEDADES

51. PROPIEDADES

52. SUJETADORES ROSCADOS
RESUMEN DE CARGAS
• Fs: carga de corte
• Ft: carga de tracción
• Ff: carga de fricción
• Fi: carga de ajuste
inicial o apriete
FS FS
Ff Ff

53. CARGA PARA UN AJUSTE ADECUADO
• Fuerza de tracción en el perno para que éste no
tome la carga de corte (Fe)
• El perno se fijará con un ajuste de:
• Sy = Esfuerzo de fluencia del material del perno
• μ = Factor de fricción entre las superficies en
contacto, se puede tomar desde 0,2 a 0,35

54. CARGA PARA UN AJUSTE INADECUADO
• Para esta situación, la carga equivalente de
tracción será:

55. AREA DE ESFUERZO REQUERIDO
• Fórmulas Seaton – Routhewhite
• db: diámetro nominal exterior

56. TORQUE DE AJUSTE
• Se presentan dos casos:
• Equivalencia importante:
N kg
�420 MPa = 420 = 42
mm2 mm2

57. CARGA DE TRACCIÓN DIRECTA
Ft
P P
Ft
P
Fti =
n

58. CARGA PRODUCIDA POR FLEXIÓN
P
C1 Ft1
Ft2
C2
Ft3
Fti
C3
Ci
M Ci
Fti =
Cj2i
j=1

59. CARGA DE CORTE DIRECTO
FS1 FS2
1 2
P
F F
Fsi =S3 Si
n
3 i

60. CARGA DE CORTE PRODUCIDA POR TORSIÓN
T C i
Fsi =
Cj2i
j=1

61. PROBLEMA 01
Un perno ISO M12 x 1.75, clase = 12.9 se usa para sujetar tres miembros como se observa en el
boceto: El primer miembro es de hierro fundido, el segundo de acero de bajo carbono y el tercero
de aluminio. El factor de seguridad para carga estática es 2.5. Las dimensiones se dan en
milímetros, determine:
a) La longitud total. La longitud roscada y la longitud roscada en la junta.
b) La rigidez del perno y la junta usando un cono de 30°
c) La precarga para conexiones permanentes.
d) La carga estática máxima que el perno puede soportar.

62. PROBLEMA 04
La unión empernada de la figura soporta una carga
F. Los seis pernos son M20 de paso fino, clase 8.8
lascon coeficiente de fricción μ = 0.25. Todas
dimensiones en mm Se pide calcular:
a)
b)
c)
La carga F para ajuste inadecuado
La carga F para ajuste adecuado
El torque de ajuste inicial

63. PROBLEMA 04
F

64. PROBLEMA 05
Para la unión atornillada con µ = 0.25, calcular la
fuerza F, si los pernos son de rosca métrica M24 x
2, de acero clase SAE 5.8 aplicando todos los
criterios usados.
Todas las dimensiones en mm.

65. PROBLEMA 05
F

66. PROBLEMA 06
Determinar el diámetro de los pernos de acero
ASTM A325, µ = 0.25. Todas las dimensiones en mm.
P = 4800 kgfP

67. CAP II: UNIONES SOLDADAS

68. PROCESOS DE SOLDADURA
• Soldadura de arco eléctrico
• Zona afectada por el calor (ZAC ó HAZ)
• Concentraciones de esfuerzos

69. TIPOS DE SOLDADURA DE ARCO ELÉCTRICO
• SHIELDED METAL ARC WELDING (SMAW)

70. TIPOS DE JUNTAS
• A tope (butt joint) • En T (T joint)
• De esquina (corner joint)
• De extremo (edge joint)
• Traslapada (Lap joint)

71. TIPOS DE SOLDADURA
• Filete (fillet)
• Ranura CJP (groove)
• Tapón/ranura (plug/slot)
• Ranura PJP

72. TIPOS DE SOLDADURA
• Gargantas en uniones soldadas

73. ESPECIFICACIÓN DE
• Simbología para uniones
Slmbolo de acabado
Slmbolo de contorno
LA SOLDADURA
soldadas
Ángulo de ranura, ángulo
incluido de avellanado para
soldaduras
de tapón Longitud de la
soldaduraAbertura de la ralz: profundidad del llenado
en soldaduras de tapón y de ranura--�
Tamaño de la soldadura de ranura----.
Separación (espaciamiento de
centro a centro) de las
soldaduras
Profundidad de
preparación:
tamaño o resistencia de
ciertas soldaduras
� � Sfmbolo de soldaduras
de campo
,....
.._
S (E) {
�
REspecificació
n,proceso u -------1�
otra referencia >-----,-��i::------�-
�-""T"---4-.1..J
_
- Cl li
��
......
._..,
Slmbolo de
soldadura en todo el
derredor
(N)
Cola /
Número de puntos,
postes o proyección de
soldaduras
(se
omitecuando no se
usa
referencia)
Sfmbolo básico de
soldadura o referencia de
Linea de
referencia

74. ESPECIFICACIÓN DE
• Simbología para uniones
LA SOLDADURA
soldadas

75. ESPECIFICACIÓN DE
• Preparación de la junta
LA SOLDADURA

76. PRINCIPIOS DE DISEÑO DE SOLDADURA

77. PRINCIPIOS DE DISEÑO DE SOLDADURA

78. PRINCIPIOS DE DISEÑO DE SOLDADURA

79. SOLDADURA DE FILETE
• he = w = pierna, cateto, leg
• te = t = wcos45°

80. SOLDADURA DE FILETE
• Las soldaduras de filete fallan por cortante en la
sección mínima (garganta).

81. ESFUERZO CORTANTE EN FILETE
• El esfuerzo en soldadura de filete se considera
como esfuerzo cortante en la garganta, cualquiera
que sea la dirección de aplicación de la carga:

82. ESFUERZOS PERMISIBLES AISC
• Ss: esfuerzo permisible cortante 0.30Sut (el
esfuerzo cortante en el metal base no debe
exceder de 0.40Sy del metal base)

83. CARGA DE CORTE DIRECTO
• La carga pasa por
el centro de
gravedad.fw1 fw1
𝑃
� 𝑤
1
= (𝑘
��)
fw1 fw1 �𝑤

84. CARGA DE CORTE DEBIDO A TORSIÓN
𝑇𝑐
� 𝑤
2
=
�𝑤fw2
𝑇 = 𝑃
�fw2
• C es la distancia
del eje CG al
extremo del
cordón
fw2
fw2

85. CARGA DE CORTE DEBIDO A FLEXIÓN
�𝑐
� 𝑤
3
=
�𝑤
(+) fw3 �
� 𝑤
3
=
𝑍 𝑤
• Zw es el
módulo de
sección
(-) fw3

86. CARGA DE CORTE RESULTANTE
• Para el caso de cargas que actúan en planos
mutuamente perpendiculares:
• Tamaño del cordón de soldadura de filete:

87. RESISTENCIA DE LA SOLDADURA

88. TAMAÑOS MÍNIMOS DEL CORDÓN
• El código de
soldadura estructural
AWS D1.1 define
tamaños mínimos de
soldaduras, con base
del
esté
en el espesor
material que
soldando
se

89. CORDONES INTERMITENTES
• Cuando por cálculo, el tamaño del cordón resulta
ser pequeño, por debajo del valor mínimo
recomendado,
intermitentes.
se puede hacer uso de cordones
• La intermitencia se calcula por la expresión:
wcalculado
R = x 100%
wmínimoo

90. CORDONES INTERMITENTES

95. PROBLEMA 07
Para la unión soldada que se
muestra en la figura, la placa
soldada soporta una fuerza
lbs, el
acero
inclinada P de 10000
material base es de
A36, se pide determinar el
tamaño del cordón.

96. PROBLEMA 08
En la figura se muestra una estructura soldada que
soporta las cargas P = 3000 kgf, si el soldador utiliza
cellocord AP, se pide calcular el tamaño del cordón.
Considerar todas las dimensiones en milímetros.

97. PROBLEMA 08
PP

98. PROBLEMA 09
La figura muestra una unión soldada, el tamaño del
cordón es de 6 mm, se pide calcular la carga máxima
P que se podría aplicar sobre dicha unión
Considerar
utilizando
un electrodo overcord M. todas las
dimensiones en mm.

99. PROBLEMA 09
P
P

100. FIN DE LA UNIDAD