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Diseo de Elementos de Mquina

UNIDAD I

TOLERANCIAS Y AJUSTES1. TOLERANCIAS En tiempos pasados, cuando la fabricacin de partes y piezas de mquinas era artesanal y se hacan una por una, el obrero poda corregir las discrepancias de las diferentes piezas compensando los errores de una u otra forma hasta lograr el encaje o ajuste perfecto entre ellas. La industria moderna ha abierto el camino a la fabricacin en serie, esto es; la produccin masiva y continuada de cada pieza que ha de integrar determinado mecanismo, con absoluta independencia de la produccin de las restantes. Por ms perfecta o precisa que sea una mquina herramienta, es prcticamente imposible producir piezas exactamente iguales entre s e iguales a su vez a la pieza terica representada en un plano de fabricacin. Es absolutamente necesario, por lo tanto, sealar el rango de desviacin o discrepancia entre la MEDIDA NOMINAL que manda el plano y la MEDIDA REAL que tiene la pieza despus de fabricada para que pueda ser montada en el conjunto del mecanismo y ste pueda funcionar efectivamente y sin ningn problema. Lo ideal es que una pieza fabricada en serie pueda ser montada y pueda trabajar en cualquier sistema sin dificultad alguna y sin necesidad de reajuste, es decir, que se permita la nter cambiabilidad de piezas. Para garantizar esto cada medida (cota) terica o nominal que se coloque en un plano tendr que consignar los lmites mximos y mnimos de desviacin aceptables a la dimensin real de la pieza. Todos estos conceptos dan origen a lo que denominamos AJUSTES Y TOLERANCIAS, que describiremos a continuacin. DEFINICIONES PREVIAS: EJE. Trmino convencionalmente empleado para designar cualquier medida exterior de una pieza, aunque sta no sea cilndrica (por ejemplo, la distancia entre dos planos paralelos). AGUJERO. Trmino convencionalmente empleado para designar cualquier medida interior de una pieza, aunque sta no sea cilndrica (por ejemplo, la distancia entre dos planos paralelos).

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1.1.

DIMENSIONES PRINCIPALES Como se ha expresado, una medida o cota sealada en un plano no puede mantenerse exactamente al fabricar la pieza. Segn las variaciones se definen las siguientes dimensiones principales: a) Cota o medida nominal (N) Tambin llamada cota o medida terica, es la medida principal a la cual se refieren todas las diferencias. Es la que se expresa en el dibujo o plano de la pieza y corresponde a la dimensin exacta calculada por quien proyecta o disea la pieza. Determina la Lnea Cero

Figura 1.1 COTA REAL, COTA MAXIMA, COTA MINIMA Y TOLERANCIA

b) Cota o medida real (R) Es la medida que tiene la pieza ya fabricada c) Cota o medida mxima admisible (CM) Es la mayor medida de la pieza. Tambin se representa como dM o IM en caso de dimetros o longitudes mximas, respectivamente. d) Cota o medida mnima admisible (Cm) Es la menor medida de la pieza. Se representa tambin como dm o lm en el caso de dimetros o longitudes mnimas, respectivamente.

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e) Desviacin o diferencia superior ( DS ) Es la diferencia entre la cota mxima CM y la cota nominal N. DS = CM - N f) Desviacin o diferencia inferior ( Di ) Es la diferencia entre la cota mnima Cm y la cota nominal N.

DI = Cm - N De aqu se deduce que las diferencias o desviaciones pueden ser positivas o negativas, es decir, con signos (+) o (-). Por ejemplo, si: N = 50. 00 mm. CM = 50.05 mm. Cm = 49.98 mm. Entonces: DS = CM - N = 50.05 - 50.00 = + 0.05 mm. DI = Cm - N = 49.98 - 50.00 = - 0.02 mm. Todas las diferencias se cuentan a partir de la Lnea de Cero que queda determinada por la cota nominal N (figura 1.2A y 1.2B). Las diferencias con signo (+) estn situadas por encima de la lnea de cero y las diferencias con signo (-), por debajo de ella. Es decir, el signo indica la posicin de la tolerancia respecto a la lnea de cero y los nmeros indican la magnitud de esa tolerancia. g) Desviacin o diferencia real ( DR ) Es la diferencia entre la medida real R y la nominal N. DR = R - N

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1.2.

MAGNITUD DE LA TOLERANCIA Se define tolerancia como la diferencia entre las medidas o cotas mximas y mnimas, la zona comprendida entre estos lmites es llamada Zona o Campo de Tolerancias.

Figura 1.2 Representacin de las desviaciones o diferencias.

La magnitud de una tolerancia se expresa por la altura del campo o zona de tolerancia y se rige por la utilizacin que vaya a tener la pieza. Por regla general, cuanta ms pequea es la tolerancia ms caro es el producto pues es ms difcil de fabricar. Las medidas lmites de la pieza no deben sobrepasarse en ninguna seccin de la pieza ni por encima ni por debajo, pero si pueden fluctuar dentro del rango de la tolerancia. As, una pieza tericamente cilndrica puede ser, dentro del marco de la tolerancia, encorvado, abombada, cnica, etc. Lgicamente en mecnica se trata con valores de tolerancias en el orden de los centsimos o milsimos de milmetro, por lo que las desviaciones rara vez son observables a simple vista.

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1.3.

UTILIZACIN DE TABLAS DE TOLERANCIAS - NORMAS IS0 1.3.1. DETERMINACIN DE LA MAGNITUD DE LA TOLERANCIA El instituto de Normalizacin ISO para evitar complicaciones estableci una divisin para las medidas nominales comprendidas entre 1 mm. y 500 mm. (Que son las ms usuales en los elementos mecnicos) en trece (13) escalones de medidas nominales, del siguiente modo: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. Ms Ms Ms Ms Ms Ms Ms Ms Ms Ms Ms Ms Ms de de de de de de de de de de de de de 1. ...3 mm. 3..6 mm. 610 mm. 10.18 mm. 18....30 mm. 30....50 mm. 50....80 mm. 80..120 mm. 120...180 mm. 180...250 mm. 250...315 mm. 315...400 mm. 400...500 mm.

Algunos escalones se han subdividido para casos de grandes juegos y aprietes (Ver Tablas siguientes). Para cada campo o zona de medida nominal existen 20 tolerancias de distinta magnitud, designados con los nmeros 01, 0, 1, 2 hasta 18 y se llaman Grados de Tolerancia o tambin ndices o Grados de Calidad. A la calidad 01 le corresponde tolerancias menores (mayor exactitud) y a la calidad 18 tolerancias mayores (menor exactitud). Cada calidad nos da un valor de la magnitud de tolerancias para cada medida, es decir, la diferencia entre la cota mxima y la cota mnima de la medida. Como es de suponer, con la misma calidad de tolerancia no se puede alcanzar el mismo objetivo para piezas grandes que para piezas pequeas y viceversa. Para las piezas grandes habr que prever tolerancias mayores para los mismos fines. Por esta razn, a cada calidad se le asignan tolerancias que crecen con el escalonamiento de las zonas o campos de medidas nominales. El conjunto de tolerancias dentro de una calidad se denomina Serie de Tolerancias Fundamentales (DIN 7151). Apoyndose en las cifras de calidad, estas series llevan las designaciones IT01 a IT 18 (IT= ISO -Tolerancia).

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1.

Los grados de calidad desde IT01 hasta IT5 se han previsto para la fabricacin de calibres y piezas de extraordinaria precisin. Los grados de calidad desde IT6 hasta IT13 se aplican en mecnica general para piezas que se han de ajustar y que han sido fabricadas por procesos con arranque de viruta. Los grados de calidad desde IT14 hasta IT18 se aplican en la fabricacin basta para piezas que no se han de ajustar y para tolerancias de piezas fabricadas sin arranque de viruta (laminado, prensado, forjado, estampado, etc.)

2.

3.

Figura 1.3 Escalonamientos de las tolerancias.

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1.3.2.

DETERMINACIN DE LA POSICIN DE LA MAGNITUD DE TOLERANCIA (P) Es muy importante fijar la posicin de la magnitud de tolerancia respecto a la lnea cero, que queda determinada por la cota o medida nominal. Es decir, hay que prefijar la posicin relativa de las dimensiones mxima v mnima respecto a esta lnea referencia para que la tolerancia que escogemos asegure unas determinadas condiciones de funcionamiento a la pieza. El Sistema de Normalizacin ISO ha establecido 28 posiciones que se denominan con letras del alfabeto y que se sitan a una distancia de la lnea de referencia o lnea cero, segn una cierta funcin de la cota nominal. Las piezas exteriores (agujeros) se representan con letras maysculas, desde A hasta Z (Tambin CD, EF, FG, ZA ZB y ZC). Las piezas interiores (ejes) se representan con letras minsculas, desde a hasta z (tambin cd, ef, fg, za, zb y zc ). Las Fig. 1.3 y 1.4 muestran la posicin de las regiones de tolerancia respecto a la lnea cero tanto para agujeros como para ejes.

Figura 1.4 Posicin de la tolerancia para piezas exteriores (agujeros).

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Figura 1.5 Posicin de la tolerancia para piezas interiores (ejes).

CONCLUSIN: En el sistema ISO, una medida con tolerancia tcnicamente se escribe: (a) Una medida (la cota nominal) (b) Una letra (mayscula para agujeros y minscula para ejes) que define la posicin de la zona de tolerancia. (c) Una cifra, por la magnitud de tolerancia o una cifra del grado de calidad. Ejemplos: 40 40 35 57 F8 (agujero) h7 (eje) 0,02 0,05

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Figura 1.6 Posiciones de las tolerancias de ejes y agujeros.

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1.3.3.

DETERMINACIN DE LA TOLERANCIA Frmulas Importantes: T = CM - Cm CM = Cm + T EJEMPLOS: Hallar la posicin y magnitud de la tolerancia, las cotas mximas y mnimas para las siguientes medidas con tolerancias: a) 40 F8 a)