Diseño 2 - 1.1 - Remaches

Facultad de Ingenieria Departamento de Ingenieria Mecanica

UNIVERSIDAD UNIVERSIDA D DEL ATLANTICO ATLANTICO FACULT FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO DEPARTAMENTO DE D E INGENIERÍA INGENI ERÍA MECÁNICA

DISEÑO MECANICO II Docente: Milton Fabián Coba Salcedo Ingeniero Mecánico


INTRODUCCION Los elementos de máquinas tales como roblones, chavetas, poleas, resortes, engranajes, etc. son partes constitutivas de distintos mecanismos, que cumplen distintas funciones en éste último, ya sea de unión entre las piezas, de soporte de órganos en movimiento, de transmisión del movimiento, etc. Por tal motivo están expuestos a solicitaciones de distinta índole, principalmente mecánicas, como esfuerzos, choques, rozamientos, deformaciones, etc., por lo que deben cumplir con distintos requisitos técnicos a los efectos de soportar estas exigencias y lograr el comportamiento lo más eficiente del mecanismo. Deben por lo tanto ser calculados de acuerdo a principios teóricos y experimentales de la mecánica.


INTRODUCCION Los elementos de máquinas tales como roblones, chavetas, poleas, resortes, engranajes, etc. son partes constitutivas de distintos mecanismos, que cumplen distintas funciones en éste último, ya sea de unión entre las piezas, de soporte de órganos en movimiento, de transmisión del movimiento, etc. Por tal motivo están expuestos a solicitaciones de distinta índole, principalmente mecánicas, como esfuerzos, choques, rozamientos, deformaciones, etc., por lo que deben cumplir con distintos requisitos técnicos a los efectos de soportar estas exigencias y lograr el comportamiento lo más eficiente del mecanismo. Deben por lo tanto ser calculados de acuerdo a principios teóricos y experimentales de la mecánica.


INTRODUCCION. INTRODUCC ION. UNIDAD 1 Los mismos deben tener suficiente resistencia y duración funcionando con el menor desgaste y reparación posibles y cumplir su finalidad con el costo mínimo de fabricación y mantenimiento. Pueden agruparse los mismos como elementos “activos”, que son aquellos que transmiten movimiento (poleas, ruedas dentadas, etc.) y “pasivos” los que tienen como misión soportar, sujetar o guiar los anteriores (roblones, cuñas, tornillos, etc.) En esta unidad analizaremos distintos elementos de unión, que por su importancia, merecen un estudio.


UNIDAD 1. ORGANOS DE UNION Se deben distinguir dos tipos de uniones, las fijas o permanentes que para ser retiradas deben ser destruidas, no siendo posible usarlas nuevamente, y las desmontables o no permanentes, que pueden ser retiradas sin deterioro y usadas nuevamente. UNIONES FIJAS O PERMANENTES

Se tienen dos tipos de uniones fijas: 1) roblones y remaches. 2) soldaduras. UNIONES DESMONTABLES O NO PERMANENTES

El tornillo y las uniones atornilladas y los sujetadores roscados, son el tipo de un móvil o no permanente mas común.


TEMA 1. UNIONES REMACHADAS VENTAJAS DE LOS REMACHES SOBRES LOS TORNILLOS

Las razones para escoger remaches en vez de sujetadores roscados son las siguientes: 1. 2. 3. 4.

Las uniones remachadas no se aflojan por vibraciones. Son baratos, especialmente en el tiempo de ensamble. Son ligeros. Se pueden ensamblar desde ambos lados.


TEMA 1. UNIONES REMACHADAS Se los utilizan generalmente para unir chapas, planchuelas, perfiles, etc. En el remache se pueden distinguirse las siguientes partes: el cuerpo o vástago de longitud l y diámetro d el cual se expande hasta un diámetro d 1 luego del remachado y que es el que se utiliza para el cálculo de la resistencia del remache, la cabeza propia de diámetro D y altura K , generada con un radio R en los de cabeza esférica, presentando en la unión con el vástago un radio r para evitar la concentración de tensiones en las aristas agudas, y la cabeza estampada o de cierre.


TEMA 1. UNIONES REMACHADAS La forma y tamaño del remache dependen de las características de la unión, recibiendo distintas denominaciones según el tipo de cabeza propia que posea. Así, en las construcciones metálicas (puentes, torres, edificios, etc.) se tienen (a) remaches de cabeza redonda, (b) remaches de cabeza perdida y (c) remaches de cabeza gota de cebo.


TEMA 1. UNIONES REMACHADAS En las construcciones mecánicas (calderas, máquinas, etc.), en las cuales el tamaño de los remaches por lo general no sobrepasan los 13 mm de diámetro d del vástago, se tienen (a) remaches de cabeza redonda, (b) remaches de cabeza perdida, (c) remaches de cabeza troncocónica y (d) remaches de cabeza chata.


TEMA 1. UNIONES REMACHADAS El largo del vástago depende del espesor a remachar, estando normalizado el mismo de acuerdo al tipo de cabeza. Generalmente este largo es igual al espesor de las chapas más 1,5d 1. Para la ejecución del remachado se practican previamente los agujeros ya sea a punzón o taladro y luego, calentando previamente el remache se lo introduce a presión remachándose con una remachadora o estampadora el extremo del vástago, estampando de esa forma la cabeza de cierre.


TEMA 1. UNIONES REMACHADAS


TEMA 1. UNIONES REMACHADAS Según el destino del remachado se lo puede clasificar en: 1 ) R em a c h es p ar a c a ld e ra s d e v a p o r : debe resistir elevadas presiones y temperaturas y

ofrecer al mismo tiempo hermeticidad.

2) Remaches para recipientes herm é ticos y s om etidos a grandes presiones : deben

asegurar su cierre hermético y la resistencia mecánica del mismo. 3) Remaches para constru ccion es m etálicas y m ecánicas: deben resistir la acción de grandes cargas o momentos de fuerzas considerables. El Roblonado cuando se practica entre dos perfiles o chapas solapadas se denomina roblonado por recubrimiento o solape (a) y cuando se utilizan chapas o planchuelas adicionales se denomina roblonado a cubrejuntas, pudiendo ser a simple (b) o doble (c) cubrejuntas.


TEMA 1. UNIONES REMACHADAS FORMAS DE FALLA EN UNIONES REMACHADAS

a) Falla por flexión

b) Falla por corte

c) Falla por tensión

d) Aplastamiento por compresión



Rotuta por Tracción de las chapas

Rotuta por aplastamiento o flexión en el remache

Rotuta por desgarramiento de las chapas



Flexión primaria en la junta

Flexión secundaria en la junta

Flexión en el perno


TEMA 1. UNIONES REMACHADAS RESISTENCIA DEL REMACHE AL CORTE SIMPLE

Si actúa la fuerza P según indica la figura, sobre cada plancha de espesores S y S1 (pudiendo ser S = S1) cada una de ellas, la sección del remache entre las dos chapas está sometida al corte. El área A de la sección que soporta este esfuerzo de corte está dada por la expresión:

 =

 ∗  4

siendo d el diámetro del remache remachado.



Si es τ el esfuerzo unitario admisible al corte del material del remache, el esfuerzo P que el remache puede soportar es: adm

 =  ∗  despejando A , de la ecuación de la diapositiva anterior;

=

 ∗  4

∗ 

Por lo tanto, conociendo el esfuerzo unitario admisible al corte del material del remache y el esfuerzo máximo al que puede ser sometido, se lo pude dimensionar, es decir, conocer el diámetro que debe tener el mismo para soportar la carga a la que estará expuesto.



Despejando de la ecuación anterior d se tiene: d =

4 P π*τ

adm

El esfuerzo unitario al corte τ que podrá soportar el roblón deberá ser menor que el admisible a fin de asegurar su resistencia: τ <τ

adm

Si fueran z roblones, la fuerza que deberá soportar cada uno de ellos será: π*

P z * =

d 2

4

* τ adm

y despejando d de la: d

4 P =

z *

π*τ

adm



Además se debe tener en cuenta la sección de debilitamiento de la chapa, a fin de calcular el ancho mínimo necesario de la misma, según muestra la figura, causada por el agujereado que se le practicó para el remachado.



El área de la superficie de la pieza que ofrece resistencia a la rotura de la misma, teniendo en cuenta su espesor S o S1, tomándose el menor espesor por ser la condición más desfavorable, y su ancho ( b – d 1), ya que se descuenta del ancho total b el diámetro d 1 del agujero, lo que debilita la pieza, es: A´ = ( b - d 1 )S

Siendo A’ la sección debilitada de la pieza. Si es σadm la resistencia unitaria admisible a la tracción de la pieza, para la fuerza P actuando sobre cada plancha, se deberá cumplir la siguiente condición para que presenten la resistencia necesaria al mismo:

P

≤σ adm

( b * d * S )



Para un número z de remaches, la ecuación anterior se transforma en P

(b * z * d ) * S

≤σ adm

Cuando se tiene más de un remache de diámetro d 1, si se denomina paso a la distancia entre centros de los agujeros en la pieza indicándoselo por t , si es S el espesor de la misma, se pueden distinguir dos secciones en las chapas a roblonar, una es la sección total A entre centros de agujeros para un ancho igual al paso t , y la otra es la sección debilitada A’ que surge de restar al paso t el diámetro d1. La sección total A para el paso t está dada por la expresión: A = t * S

y la sección debilitada A’ dada por la expresión: A’= (t –d) * S



Efectuando el cociente entre el área de la sección debilitada A’ y el total A se obtiene el rendimiento de la unión, denominado coeficiente de debilitamiento o módulo de resistencia , indicándoselo con la notación v

v

=

sección debilitada A' ( t - d ) * S t - d =

sección total A

=

t * S

t

Cuanto mayor es v el remachado resulta de mejor calidad, siendo el valor de la fuerza transversal admisible por centímetro de ancho de la plancha, indicada como P 1, para una tensión admisible σadm, el dado por la expresión: =

− 

∗  ∗ 

 



En el remachado se deben respetar ciertas dimensiones mínimas a los efectos de lograr la resistencia y comportamiento adecuado de las chapas y roblones, como son las distancias del agujero a los bordes, la cantidad z de roblones que se consideran por paso t , algunas de las cuales se indican en la figura

A los efectos de facilitar los cálculos existen tablas, como las que presenta el Manual del Constructor de Máquinas de H. Dubbel, que dan los valores de P1 en función de v , del diámetro d1 y según la disposición del roblonado y el tipo de esfuerzos y condiciones a los cuales estará expuesta la pieza. Se distingue especialmente el roblonado para calderas atendiendo a la variación que presentan las dimensiones del vástago de los roblones al estar sometidos a solicitaciones por variaciones térmicas además de las mecánicas.


TEMA 1. UNIONES REMACHADAS VERIFICACION DEL APLASTAMIENTO

El vástago del remache presiona contra las paredes de las chapas deformándose o causando la deformación de éstas, ovalándose los agujeros hasta que se raja la pared y se destruye la unión. La presión se supone se ejerce en forma uniforme sobre la sección del plano diametral de la chapa la que está dada por la expresión: A = d 1 * S



Donde es A la sección de aplastamiento. Si es σ la tensión unitaria de compresión a la que está sometido el roblón y la chapa, la fuerza P que soportan está dada por la expresión: P = σ * d1 * S Si fueran z roblones los que soportan el esfuerzo P : P = z * σ * d 1 * S

Si la tensión unitaria de compresión admisible fuera =

 ∗∗

σ

debe cumplirse:

adm

≤ 



En este caso el roblón produce el desgarramiento de las chapas a lo largo de las superficies laterales A’ paralelas a las generatrices de los extremos del diámetro d 1 del mismo.

A’ = S * I A = A’ = 2 * S * I



Si es τ el esfuerzo unitario al corte al cual está sometida la chapa, la fuerza P será: c

P = 2 * S * I * τ c

Debiendo verificarse que sea: τ

c

≤ τ adm

Si las chapas estuvieran unidas por z remaches, el esfuerzo de corte sería :  =

 2∗∗∗

≤ 

Para el caso de más de una fila de remaches se debe considerar la sección debilitada de la chapa.


TEMA 1. UNIONES REMACHADAS CUBREJUNTAS

La metodología de cálculo es similar a lo visto para remaches por solape. Se debe tener en cuenta que el remache en la doble cubrejuntas, al ser sometida las chapas por la fuerza P, presenta dos secciones que resisten el corte, soportando cada una la fuerza P/2, al igual que las cubrejuntas.

Debido a las condiciones favorables de esfuerzo de la chapa en la primera fila de remaches se utilizan cubrejuntas desiguales, lo que además expone a la misma, a menor peligro de rotura en los borde calafateados con respecto a la doble cubrejuntas iguales.


TEMA 1. UNIONES REMACHADAS FORMULAS DE CALCULO DE REMACHE

El cálculo de remache se realiza por lo general con fórmulas semi-empíricas que tienen en cuenta la gran experiencia existente al respecto y que han sido recopiladas en tablas o manuales lo que facilita la selección del roblonado a ejecutar y asegura su resultado. Suponemos un recipiente hermético de diámetro D y longitud l sometido a una presión interior p. El diámetro de los roblones se determina en función del espesor de la chapa. El esfuerzo al que se someterán los roblones se contrarresta en parte por la resistencia al deslizamiento que existe entre las chapas por efecto del rozamiento.


TEMA 1. UNIONES REMACHADAS JUNTAS REMACHADAS CARGADAS AXIALMENTE Cuando la línea de acción de la carga pasa a través del centroide del grupo de remaches la carga se distribuye proporcionalmente, se dice que la junta remachada esta cargada AXIALMENTE, como se muestra en la figura.


TEMA 1. UNIONES REMACHADAS JUNTAS REMACHADAS CARGADAS EXCENTRICAMENTE Cuando la línea de acción de la carga no pasa a través del centroide del grupo de remaches y por lo tanto la carga no se distribuye proporcionalmente, se dice que la junta remachada esta cargada excéntricamente, como se muestra en la figura.


TEMA 1. UNIONES REMACHADAS JUNTAS REMACHADAS CARGADAS EXCENTRICAMENTE El efecto es que se genera un cortante primario directo debido a la carga, y un cortante secundario debido a la excentricidad de la carga.


TEMA 1. UNIONES REMACHADAS EJEMPLO 1. JUNTA CARGADA AXIALMENTE Dos placas de 15x1/2 pulgadas están unidas por medio de una junta traslapada. Los remaches que se usaran son de 7/8 de diámetro y los esfuerzos de trabajo son los siguientes: corte 13500 lb/in 2, aplastamiento, 27000 lb/in2 , tensión 18000 lb/in 2, Diseñar la junta.


TEMA 1. UNIONES REMACHADAS EJEMPLO 2. Una junta a tope, cuya configuración de remaches se muestra en la figura va a ser utilizada para construir un recipiente hervidor circular de acero. El diámetro del recipiente es de 5 pies y es capaz de resistir una presión interna de p = 500 lb/in2 Determinar el espesor de las placas principales y la eficiencia de la junta. Los remaches son de 7/8 plg de diámetro y los agujeros de los remaches están taladrados a 15/16plg de diámetro. Los esfuerzos de trabajo son los siguientes; tensión 20000 lb/in 2 , corte 16000 lb/in2 , aplastamiento 20000 lb/in2 , para corte simple y 28000 para corte doble.

Diseño 2 - 1.1 - Remaches

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