Conexiones atornilladas

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INDICE

INTRODUCCION        3

CONEXIONES ATORNILLADAS        5

TIPOS DE ROSCAS.        5

GEOMETRIA DEL TORNILLO.        6

ANALISIS DEL EFECTO DE LA TENSION INCIAL CON CARGA EXCENTRICA.        8

HISTORIA DE LOS TORNILLOS DE ALTA RESISTENCIA.        9

VEBTAJAS DE LOS TORNILLOS DE ALTA RESISTENCIA.        10

METODO REMACHADO.        11

CONEXIONES SOLDADAS.        18

CRITERIOS DE DISEÑO EN CONEXIONES SOLDADAS METODO LRFD.        19

SOLDADURA DE CHAFLA O FILETE.        23

Referencias        31

INTRODUCCION

Los métodos más comunes para sujetar 6 ensamblar piezas incluyen el uso de elementos como pernos, tuercas, tornillos de maquinaria, tornillos opresores, remaches y cuñas. Sin embargo, de estos métodos el que tiene mayor aplicación en general es la sujeción por medio de tornillos. Por lo tanto, el objetivo de este estudio es analizar el comportamiento mecánico de los tornillos en varias formas de aplicación, así como seleccionar y especificar el más adecuado para un diseño en - particular deseado. (Zavala, 1985)

Es realmente afortunado el hecho de encontrar directamente te la solución para cualquier necesidad de selección de un tornillo; más si se tienen bien definidas y conocidas las bases fundamentales del diseño de tornillos, éstas nos pueden dar la pauta para analizar con mayor claridad y seguridad la solución antes dicha por complicada que ésta sea. De tal forma que nos da también facilidad para generar alternativas de solución en cantidad y calidad suficiente para escoger la más adecuada a la necesidad requerida.  (Zavala, 1985)

La tendencia actual en lo que respecta a rigidez de ensambles mecánicos es usar solamente la cantidad de material necesario para cumplir con las especificaciones técnicas del diseño a un costo aceptable en el mercado. De allí resulta que en - maquinaria que tiene grandes cantidades de piezas unidas por - tornillos, se transforma rápidamente en un área de oportunidad para analizarla y rediseñarla. Definitivamente que lo anterior es conveniente que vaya acompañado de un estudio económico que indique el ahorro en pesos que se va a lograr, la inversión que se va a desembolsar y la utilidad final resultan te. Ya que si es una máquina que se venda en el mercado industrial entonces puede ser que logre reducir considerablemente su costo de fabricación y poder reducir su costo de venta e incrementar las ventas.  (Zavala, 1985)

En resumen, las tuercas y tornillos son ampliamente usados en ensambles de componentes mecánicos y proveen una fuerza de sujeción entre los componentes unidos. Su basta frecuencia de uso motiva a un análisis detallado y atención cuidadosa por los Ingenieros de Diseño.

CONEXIONES ATORNILLADAS

TIPOS DE ROSCAS.

         En el sistema ingles existen dos tipos de roscas, el tipo unificado y el Nacional Americano. Los pernos y tuercas de ambos tipos son intercambiables, difieren únicamente en pequeños detalles, principalmente en los convenios en cuanto a tolerancias. [pic 8]

        Estos tipos se usan principalmente en Canadá, gran bretaña y estados unidos. La cresta es plana en la rosca nacional americana y puede ser plana o redonda en la unificada. En el resto de los países del mundo han adoptado la rosca métrica Inter nacionalmente (150) que, aunque el ángulo es de 60®desafortunadamente esta rosca no es intercambiable con la unificada. En México el tipo unificado es la que sigue teniendo mayor aplicación, Sin embargo, las refacciones en cuanto a tornillería las sustituye de acuerdo a las necesidades, es decir cerno existe maquinaria con los dos sistemas de medición, ambos sistemas los aplica.

En la industria de México en general se tiene maquinaria tanto americana cano europea por lo que aún está muy lejano un sistema único en el de la rosca de tomillos. Para tornillos guía y transmisión de potencia se emplea mucho la rosca ACME, así como las roscas de perfil cuadrado. Puesto que cada aplicación es especial, realmente no hay necesidad de establecer una norma o estándar.  (Zavala, 1985)

GEOMETRIA DEL TORNILLO.

        La terminología usada para las roscas de tornillo se explica en la forma siguiente:

• Paso (p): Es la distancia que hay entre dos hilos adyacentes, medida paralelamente al eje de la rosca. El paso es el recíproco del número de hilos por pulgada, N.
• Diámetro mayor: Es el diámetro de mayor tamaño de la rosca.
• Diámetro menor: Es el diámetro de mayor tamaño de la rosca
• Avance: es la distancia que se desplaza una tuerca, paralelamente al eje de la rosca de un tornillo, cuando se le da una vuelta. En el caso de una rosca simple el avance es igual al paso.[pic 9]
• Diámetro efectivo: se le llama así al diámetro de un cilindro imaginario coaxial con el que corta a la rosca a tal altura que la anchura de la rosca es igual a la del espacio libre.  (Zavala, 1985)

Un elemento con rosca múltiple es aquel cuya rosca tiene dos o mas filetes. Los tornillos, tuercas comerciales tienen roscas sencillas. En un tornillo de rosca doble el avance es igual a dos veces el paso; en un tornillo de rosca triple el avance es igual a tres veces el paso.

        Las roscas pueden ser por formación a la derecha o por formación a la izquierda. Por formación a la derecha el tornillo avanza conforme se gire este a favor de las manecillas del reloj. Por formación a la izquierda el tornillo avanza conforme se gire en contra de las manecillas del reloj.

ANALISIS DEL EFECTO DE LA TENSION INCIAL CON CARGA EXCENTRICA.

        La junta excéntrica o bridada, manejando una carga de tensión P, puede ser aproximada cano una viga de longitud I y la altura h, como se muestra en la figura 6.1 la carga puede ser debido a una presión interna sobre una longitud de unión equivalente a una distancia de centro a centro entre tornillos.

los tornillos y las partes son frecuentemente hechos de materiales con diferentes Módulos E^ y E2 respectivamente. Cuando esto ocurre, el área del tornillo A (es reemplazado por un área (E^/E^) A^üA A^ localizada a la misma distancia que el tornillo actual tiene de la carga P. [pic 10]

Si el área neta de las partes es A2, el área de entrada equivalente es ^ A 1 + A 2 "tendrá el módulo de elasticidad E1. El eje neutro, o centro de gravedad de la sección trans versal, está localizado a una distancia 07 calculada para el área equivalente. El momento de inercia alrededor del eje neutro también es referido al área equivalente.

La fuerza Fq en el tornillo es considerada para mantener - las partes firmemente unidas de tal forma que se deforman -- como una unidad bajo la acción de la carga P. En la figura 6.2 la fuerza inicial F, antes obtenida por aplastamiento de la tuerca, puede ser considerada como un estiramiento recortando la longitud del tornillo hasta que este coincide con la longitud comprimida de las partes. La fuerza Fq es transferida al extremo izquierdo la viga y es desviada hacia el centro de gravedades. Esto puede darse introduciendo el momento F e cerno se muestra.  (Zavala, 1985)[pic 11]

HISTORIA DE LOS TORNILLOS DE ALTA RESISTENCIA.

Las juntas que se obtienen usando tornillos de alta resistencia son superiores a las remachadas en comportamiento y economía y son el principal método de campo para conectar miembros de acero estructural. C. Batho y E. H. (Jack C. McCormac, 2012)

Bateman sostuvieron por primera vez en 1934 que los tornillos de alta resistencia podrían emplearse satisfactoriamente para el ensamble de estructuras de acero, pero fue hasta 1947 que se fundó el Research Council on Riveted and Bolted Structural Joints of the Engineening Foundation (Consejo para la investigación de juntas estructurales remachadas y atornilladas de la Fundación de Ingeniería). Este grupo publicó sus primeras especificaciones en 1951 y los tornillos de alta resistencia fueron aceptados rápidamente por arquitectos e ingenieros de puentes para estructuras sometidas a cargas, tanto estáticas como dinámicas. Estos tornillos no sólo se convirtieron en el principal tipo de conector de campo, sino que se encontró que poseían muchas aplicaciones en conexiones de taller.

Las conexiones que antes se hacían con tornillos y tuercas ordinarios no eran muy satisfactorias cuando estaban sometidas a cargas vibratorias, porque las tuercas con frecuencia se aflojaban. Durante muchos años este problema se resolvió usando contratuercas, pero los tornillos modernos de alta resistencia proporcionan una solución más satisfactoria. (Jack C. McCormac, 2012)

VEBTAJAS DE LOS TORNILLOS DE ALTA RESISTENCIA.

Entre las muchas ventajas de los tornillos de alta resistencia, que en parte explican su gran éxito, están las siguientes:

1. Las cuadrillas de hombres necesarias para atornillar, son menores que las que se necesitan para remachar. Dos parejas de atornilladores pueden fácilmente colocar el doble de tornillos en un día, que el número de remaches colocados por una cuadrilla normal de cuatro remachadores, resultando un montaje de acero estructural más rápido. 2. En comparación con los remaches, se requiere menor número de tornillos para proporcionar la misma resistencia. 3. Unas buenas juntas atornilladas pueden realizarlas hombres con mucho menor entrenamiento y experiencia que lo necesario para producir conexiones soldadas o remaches de calidad semejante. La instalación apropiada de tornillos de alta resistencia puede aprenderse en cuestión de horas. 4. No se requieren pernos de montaje que deben retirarse después (dependiendo de las especificaciones), como en las juntas soldadas. 5. Resulta menos ruidoso en comparación con el remachado. 6. Se requiere equipo más barato para realizar conexiones atornilladas. 7. No hay riesgo de fuego ni peligro por el lanzamiento de los remaches calientes. 8. Las pruebas hechas en juntas remachadas y en juntas atornilladas totalmente tensionadas, bajo condiciones idénticas, muestran definitivamente que las juntas atornilladas tienen una mayor resistencia a la fatiga. Su resistencia a la fatiga es igual o mayor que la obtenida con juntas soldadas equivalentes. 9. En caso de que las estructuras se modifiquen o se desarmen posteriormente, los cambios en las conexiones son muy sencillos por la facilidad para quitar los tornillos.

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