TP Tornillo

MECANISMOS Y SISTEMAS DE AERONAVES
MECANISMOS Y ELEMENTOS DE MÁQUINAS
TRABAJO PRÁCTICO TORNILLO
Ejercicio Nº1
Sea el siguiente crique a tornillo con rosca cuadrada.
Q
ri
ro
B
A
Superficie de apoyo (no gira)
Palanca de accionamiento
Q
Tuerca (Fija)
Alfa
P
P/2
P/2
di
dm
de
Se tienen los siguientes datos:
-Carga a levantar: Q = 20 Tn
-Material del tornillo: Acero SAE 1025 Laminado
Tensión de fluencia: f = 2400 Kg/cm2
Tensión última: u = 5000 Kg/ cm2
Tensión admisible al corte a = ½ a
Tensión normal admisible = a
-Factor de seguridad en el diseño: S = 2
-Paso del tornillo: p = 0.2 di
(di = diámetro interior; de = diámetro exterior; dm = diámetro medio; ri = di/2; ro = 5 mm)
-Material de la tuerca: Bronce fosforoso engrasado
Tensión de fluencia: f = 1000 Kg/cm2
Tensión última: u = 2000 Kg/ cm2
Tensión admisible al corte a = ½ a
Tensión normal admisible = a
Tensión de aplastamiento = 1900 Kg/cm2
-Material de la pieza (A): fundición gris
-El extremo plano del tornillo (B) tiene rozamiento por deslizamiento con lubricación con respecto a la
pieza (A) cuando el tornillo gira, por la acción del sistema crique-palanca, para levantar la carga. 
(acero-fundición) = 0.12
-Coeficiente de fricción (lubricado) entre el tornillo y la tuerca:  (acero–bronce) = 0.1
-Presión máxima admisible del lubricante para el par tuerca-tornillo: Plmax = 150 Kg/cm2.
Calcular:
a) Dimensionar el tornillo: (hallar di y de) utilizando la hipótesis de Guest
b) Hallar el ángulo de la hélice del tornillo. Es irreversible este par cinemático? Porque?
c) Calcular el Momento Torsor TOTAL necesario para levantar la carga Q
d) Calcular el rendimiento del tornillo
e) Calcular el brazo de la palanca para que el crique pueda ser operado manualmente para levantar con
el tornillo la carga Q
f) Verificar a pandeo el tornillo si la altura máxima del mismo llega a 35 cm.
g) Calcular la altura de la tuerca. (Verificar los filetes de la tuerca al corte y tener en cuenta además la
presión máxima admisible del lubricante)
h) Si se tomara un tornillo con rosca métrica más próximo al diámetro calculado para el tornillo del
inciso anterior, cuál sería el momento torsor total necesario para levantar la carga Q? Que valor tomaría el
rendimiento del tornillo para este caso?
Ejercicio Nº2
Sea el siguiente esquema representativo del sistema de accionamiento de flaps de una aeronave, el cual es
accionado mediante un tornillo de rosca cuadrada, el mecanismo trabaja entre los ángulos α1= 5º y α2 =
50º, la carga máxima actuante en el punto A es de 3.200 Kg.
C
D
α
Tuerca (no gira)
B
A
P
Alfa
de
di
P/2 P/2
P
Motor
Se tienen los siguientes datos:
Longitudes:
AB: 40cm
BC: 12cm
BD: 30 cm
-Carga máxima en punto A Q = 3.200 Kg.
-Material del tornillo: Acero SAE 1020 Laminado
Tensión de fluencia: f = 2400 Kg/cm2
Tensión última: u = 5000 Kg/ cm2
-Factor de seguridad en el diseño: S = 2
-Paso del tornillo: p = 0.1 di
-Factor de fricción tornillo – tuerca = 0.11
a-Determinar di y de del tornillo en estudio utilizando la hipótesis de Guest.
b-Determinar la potencia necesaria del motor para que la tuerca que desliza en el tornillo posea una
velocidad lineal de 0.07 m/s
c-Calcular la eficiencia mecánica del tornillo en estudio.
Ejercicio Nº3
Para el acople del caño estructural del enganche del trailer de la sembradora, se utiliza una unión
abulonada como se muestra en las figuras abajo.
De los ensayos realizados se obtiene que la máxima fuerza de tracción sobre el enganche es de 90 kN.
Datos de los bulones: M12 x 1.75 (acero calidad 5.6)
cantidad: 12
diámetro: 12 mm
diámetro de la cabeza: 22 mm
Tensión de fluencia: 300 MPa
Módulo de elasticidad: 200 GPa
Datos de la junta: (acero)
Espesor de la chapa: 10 mm
Módulo de elasticidad: 200 GPa
a) Calcular la carga de pretensado (Pi) teniendo en cuenta un factor de seguridad de pretensado de C =
1.8.
b) Calcular la máxima carga que actúa sobre el bulón y la máxima tensión del mismo. Verificar para un
factor de seguridad de 2 (con respecto a la tensión de fluencia)
c) Obtener la carga para la cual se produce la pérdida de estanqueidad. ¿Qué remanente de carga le queda
al bulón cuando se alcanza la condición de pérdida de estanqueidad?
d) Con la intención de bajar costos, se solicita bajar la cantidad de bulones a 6. Verifica el bulón para esta
nueva condición?
Ejercicio Nº4
Para el trailer de la sembradora del ejercicio 1) realizar el análisis de la unión abulonada cuando se la
somete a una carga alternada con fuerzas que varían entre un mínimo de 4.2 kN y un máximo de 7.8 kN.
a) Calcular la carga media, la carga alternada y la carga máxima de trabajo del bulón y también para la
junta. Considerar que se aplica una carga de pretensado equivalente al 75% de la fluencia del bulón.
b) Cual es el valor de pretensado mínimo. Que sucede con la carga total sobre el bulón.
c) Si se mantiene la carga de pretensado impuesta en el inciso a) y se modifica el material de la junta a
aluminio (Módulo de elasticidad: 70 GPa), calcular nuevamente la carga media, la carga alternada y la
carga máxima de trabajo del bulón. Verificar la perdida de estanqueidad (que se concluye?).
d) ¿Cuál sería el torque de ajuste del bulón para llegar a la carga de pretensado? Considerar un coeficiente
de fricción para los filetes de 0.25 (bulón-tuerca).
Ejercicio Nº5
Para la torre de 100m de altura de un generador eólico de 2MW de potencia, se pide calcular la unión para
el tramo superior.
Las cargas máximas que experimenta la unión, correspondientes a un sitio de vientos moderados, son las
siguientes:
Momento flector: Mf = 6000 kN.m
Carga axial (compresión) P = 640 kN
Para calcular la carga Z, en el segmento más cargado se utilizan las siguientes expresiones:
(carga debida a flexión en el segmento más solicitado)
(carga de compresión en cada segmento)
Datos de los bulones:
cantidad (n): 64
M24x3 (cabeza hexagonal)
Tensión de fluencia: 640 MPa
Módulo de elasticidad: 210 GPa (acero)
Datos de la junta:
Altura de cada brida: 100 mm
Diámetro de la brida (D): 3000 mm
Módulo de elasticidad: 210 GPa (acero)
c = 1.3
a) Calcular el pretensado necesario para el segmento más solicitado.
b) Para el pretensado hallado en a), verificar que el bulón más solicitado no supere la tensión admisible.
Considerar un factor de seguridad para el bulón de 1.5.
¿Qué margen de carga presenta este bulón cuando se alcanza la pérdida de estanqueidad?
c) Se desea ver la posibilidad de colocar el aerogenerador en un sitio de vientos intensos. Verificar si el
bulón más solicitado cumple para la nueva condición de carga:
Momento flector =9000 KNm
Carga axial (compresión) = 640 KN
Factor de seguridad para el bulón = 1.5
d) En caso de no verificar lo indicado en inciso c), calcular la cantidad de bulones que debería tener para
cumplir con la nueva condición.