Un torn tornil illo lo para ara la apl aplicac icació ión n de fuer fuerza za o pote potenc ncia ia mecán ecánic ica a es un disp dispos ositi itivo vo en la maqu maquin inari aria a para para conv convert ertir ir un giro giro o despl desplaza azami mien ento to angula angular r enun en undesp desplaza lazamien miento torect rectilín ilíneo, eo, y transm transmitir itir así, general generalmen mente, te, la acció acción n de una una fuerz fuerza a o pote potenc ncia ia mecán mecánic ica. a. Suel Suelen en empl emplear earse se en los los husillosoejesdeavancedelostornosyenloselementosdefuerzade mordazas,prensasylevantadoresogatos. Una apli aplica caci ción ón de torn tornil illo loss de tran transsmisi misión ón en un gato gato o leva levant ntad adoor mecánico,impulsadoconmotoreléctrico.
Debi Debido do a que que los los torn tornil illo los s se diseñ diseñan an para para ejerc ejercer er fuerz fuerza a con vent ventaja mecánicalasroscassondiferentesalasusadasentornillosde mecánicalasroscassondiferentesalasusadasentornillosdesujeción sujeción. . Formadelasroscas: Rosca osca cuad cuadra rada da (Sel (Selllers) ers): : es el tipo tipo de torn tornil illo lo más efic ficiente ente en lo referenteafricción referenteafricciónpordeslizamientoperotieneventaja pordeslizamientoperotieneventajamecánica mecánicabajaes bajaes difícilycarademaquinar. difícilycarademaquinar.
RoscaACME:Eslamás RoscaACME:Eslamásutilizadaen utilizadaenmáquinas máquinasherramientas herramientas Paso(p): Distanciaentredoshilosconsecutivos
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Diámetromedio(dm):
Avance(l):Distanciaquelatuercaavanzaenunarevolucióndeltornillo
Dónde:neselnúmerodeentradas
Enlafigura8-5semuestrauntornillodepotenciaderoscacuadradade unsolofiletequetieneundiámetromediodm,unpasop,unángulo de avance y un ángulo de hélice , que soporta una carga axial de compresiónF.
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Figura1:8-5
Se desea obtener la expresión matemática del par o momento de giro que se necesita para levantar esa carga y la expresión correspondiente parabajarla. Enprimerlugar,imagínesequeelfiletehelicoidaldelaroscadeltornillo se desarrolla sobre un plano (Fig. 8-6), exactamente en la longitud correspondienteaunavuelta.
Figura 2: 8-6 a) al subir y b) al bajar
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Entonces el borde externo del filete formará la hipotenusa de un triángulo rectángulo, cuya base es la extensión de la circunferencia correspondientealdiámetromediodelarosca,ycuyaalturaeselavance. El ángulo (Figs.8-5y8-6)eselángulodelahélicedelarosca.La fuerzaFeslasumadetodaslasfuerzasaxialesqueactúansobreelárea normaldelarosca. ParaelevarlacargasetieneunafuerzaPqueactúahacialaderecha(8 -6 a);parabajarla,Pactúahacialaizquierda(8-6b). Aplicandolasecuacionesdeequilibrio:
Enformasimilarparahacerdescenderlacargaresultaque:
PuestoquenointeresalafuerzanormalN,hallamoselvalordeP
Yparabajarla:
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Dividiendolasecuacionesparacos yaplicandolarelación:
Sabiendoqueel momentode rotación es el producto dela fuerzayel
⁄,paraelevaracarga;
radio
Vencerelrozamiento delarosca
T,eselmomento requeridoparados fines
Levantarlacarga
Elmomentoderotaciónparahacerdescender:
En la ecuación 8-2, el momento T será negativo o cero Cuando se obtieneunmomentopositivo,eltornillosedenomina“auto-asegurante ”. Lacondiciónparaobtenerestapropiedades:
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Dividiendopara
Elautoaseguramientoseobtienesiempreque elcoeficientedefricción enlaroscaseamayorquelatangentedelángulodehélice.
que el tornillo sea capaz de mover la carga sin la influenciadelrozamiento:
Figura 3: 8-7 a) La fuerza normal en la rosca aumenta debido al ángulo
α
b) el collarín de
empuje tiene un diámetro de fricción dc.
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Lacarganormalquedainclinadaconrespectoaleje,debidoalángulode larosca2αyalángulodeavanceλ. Puestoquelosángulosdeavancesonpequeños,estainclinaciónpuede despreciarseyconsiderarsóloelefectodelángulodelarosca(Fig.8-7a). El efecto del ángulo a es aumentar la fuerza de fricción debida a la accióndecuñadeloshilos. Porlotanto,lostérminosenqueintervienelafricciónenlaecuación(81) deben dividirse entre cosα. Para levantar una carga o apretar un tornilloounperno,setieneque
) ( Enelcasodetornillosdepotencia,laroscaAcmenoestaneficazcomo ladehiloscuadradosdebidoalrozamientoadicionalocasionadoporla accióndecuña,perosuelepreferírselaporqueesmásfácildeformara máquina;además,permiteelempleodeunatuercapartida,lacualpuede ajustarseparacompensareldesgaste.
Porlogeneral,hayqueaplicarunaterceracomponentedemomentode giroenlasaplicacionesdelostornillosdepotencia. Cuandountornillosecargaaxialmente,debeemplearseuncojinetede empujeodecollarínentreloselementosestacionarioyrotatorio,afinde soportarlacomponenteaxial.
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Lafiguramuestrauncollaríndeempujeusual,enelquesesuponeque la carga está concentradaal diámetro medio d. Sieselcoeficientede fricción,elmomentoderotaciónrequeridoes
Tratándose de collarines grandes, probablemente haya que calcular el momentoenformasemejantealaempleadaenlosembraguesdedisco.
La
siguiente
tabla
contiene
coeficientes
de
fricción
obtenidos
experimentalmente:
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Untornillodetransmisiónderoscacuadradatieneundiámetromayor de32mmyunpasode4mm,confiletesdobles,ysevaausarenuna aplicaciónsimilaraladelafigura8-4.Losdatosincluyen f = f c=0.08, d c =40mmyF=6.4KN,portornillo. a) Sedesealaprofundidaddelarosca,elanchodeésta,eldiámetro medioodepaso,eldiámetromenoryelavance. b) Se pide también calcular el momento de rotación requerido para girareltornillo“contra”lacarga. c) Calcularelmomentonecesarioparaelgiro“afavor”delacarga. d) Determinarlaeficaciamecánicatotal. a)Enlafigura8-3alaprofundidadyelanchodelaroscasonigualesala mitaddelpaso,osea2mm.También, P dm d 22mm. 2 dr dp228mm.
lnp2 8mm. 9
b) Aplicando las ecuaciones (8-1) y (8-6) se tiene que el momento requeridoparahacerqueeltornillogirecontralacargaes Respuesta
( ) 6. 8.8 6..8 [ .88 ] 2 2 ..226.8N.m
c)Elmomentonecesarioparahacerdescenderlacarga,oseaparaqueel tornillogireconayudadeella,seobtieneaplicandolasecuaciones(8-2) y(8-6).Porlotanto, Respuesta
) ( 10
[ ]
6. .8 8 6. .8 2 .8 8 2 .66.2.N.m
El signo menos del primer término indica que el tornillo no es autoasegurante yquegiraría solo debidoala acción dela carga,lo queno ocurre debido a la fricción que se tiene en el collarín, la cual debe vencerse también. Por consiguiente, el momento necesario para la rotacióndeltornillo“afavor”delacargaesmenorqueelqueserequiere parasuperarsolamentelafricciónenelcollarín. d)La eficaciatotal. ) Fl 6. (8 e . 2T 2( 26.8 )
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