En el mundo de la construcción y la ingeniería, encontrar soluciones versátiles y eficientes es una prioridad constante. Una de las piezas clave para lograrlo es el tensor adecuado para unir varillas redondas. En este artículo, te presentaremos el tensor de unión roscada ajustable, una herramienta indispensable que proporciona resistencia y flexibilidad en tus proyectos. Descubre cómo esta innovadora pieza puede facilitar tus labores y optimizar tus construcciones. ¡Sigue leyendo para conocer todos los detalles sobre el tensor de unión roscada ajustable para varillas redondas!
Un tensor es una junta o acoplamiento que conecta dos varillas roscadas. Este tensor también se denomina tensor o conexión roscada ajustable para varillas redondas. Veamos cómo podemos diseñar tensores para conectar dos varillas roscadas.
tensor
Con esta conexión roscada ajustable, una de las varillas debe tener rosca a la derecha y la otra varilla debe tener rosca a la izquierda. Las varillas se atornillan entre sí con un par que tiene un orificio roscado. Este par puede ser un cuerpo cerrado o un cuerpo abierto.
El tensor de cuerpo abierto se muestra en la imagen de arriba. El tensor cerrado, por el contrario, se explica a continuación. En este artículo, diseñamos una conexión atornillada de cuerpo cerrado ajustable.
El tensor de cuerpo cerrado tiene un diseño diferente, como por ejemplo: B. una forma hexagonal o rectangular en el medio y en ambos extremos para que sea más fácil apretar o aflojar las varillas con ayuda de una llave si es necesario.
En lugar de una llave, se puede utilizar una barra redonda de hierro para apretar el tensor. La varilla de hierro se inserta en un orificio del acoplamiento, como se muestra en líneas de puntos en el siguiente diagrama esquemático de un tensor de forma hexagonal.
Un tensor se utiliza a menudo en la práctica de la ingeniería, por ejemplo en aviones, como tornillo tensor para tensar cables y cuerdas. El tensor que se muestra arriba está hueco en el medio para reducir el peso.
En este caso también se pueden ver los dos extremos de las varillas. No es necesario que el material de las barras y tensor pueda ser igual o diferente. Depende de la fuerza de tracción que actúa sobre la articulación.
Construcción de tensor/tornillo de tensión/conexión de tornillo ajustable
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Como mencionamos anteriormente, este es un tensor, también conocido como tensor o conexión de tornillo ajustable. Para diseñarlo debemos suponer que el tensor está sometido a una carga axial P, como se muestra esquemáticamente a continuación.
Debido a esta carga, la varilla roscada experimenta un esfuerzo de tracción, cuya magnitud está dada por
donde DC = diámetro del núcleo de la varilla roscada
Para accionar las varillas, el par requerido está dado por
T = P tan(α+φ)(dPAG/2)
donde α = ángulo de hélice,
tan φ = coeficiente de fricción entre la varilla roscada y la tuerca de unión
DPAG= diámetro del flanco o diámetro medio de la varilla roscada
El esfuerzo cortante creado por el par,
Los valores habituales de tan α, tan φ y dPAG son los siguientes: tan α = 0,03, tan φ = 0,2 y dPAG = 1,08 díasC
Sustituyendo estos valores en la expresión anterior obtenemos
Dado que la varilla roscada está expuesta tanto a esfuerzos de tracción como de corte, es decir, al esfuerzo principal máximo,
Teniendo en cuenta el mayor coeficiente de fricción, se puede suponer que la tensión principal máxima es 1,3 veces la tensión normal.
Por lo tanto, al diseñar una sección roscada, asumimos que la carga de diseño es 1,3 veces la carga normal.
Por lo tanto la carga de diseño (pD) = 1,3p
Al diseñar un tensor, se puede utilizar el siguiente enfoque:
1. Diámetro de las varillas
El diámetro de las varillas (d) se puede encontrar teniendo en cuenta el desgarro de las roscas de las varillas en sus raíces.
Conocemos la resistencia a la tracción de los hilos de la varilla.
Igualemos la carga de diseño (PD) podemos escribir sobre la resistencia a la tracción de los hilos
Dónde
DC = diámetro del núcleo de las roscas de la varilla y
σt = Tensión de tracción admisible para el material de la varilla.
El diámetro del núcleo de las roscas se puede determinar a partir de la expresión anterior.
El diámetro nominal de la rosca o diámetro de la varilla se puede consultar en la tabla aquí indicada según el diámetro del núcleo, suponiendo una rosca gruesa.
2. Longitud de la tuerca de acoplamiento
La longitud de la tuerca de unión (l) resulta del corte de las roscas en la raíz de la tuerca de unión.
Sabemos que la resistencia al corte de la rosca de la tuerca de acoplamiento
= (π dC × l) τ
donde τ = esfuerzo cortante para el material de la tuerca de acoplamiento.
Si equiparamos la carga de diseño con la resistencia al corte de las roscas en la tuerca de acoplamiento, tenemos lo siguiente:
PAGD = (π CC × l ) τ
A partir de esta expresión se puede calcular el valor de l.
En la práctica, la longitud de la tuerca de acoplamiento (l) es de d a 1,25 d para tuercas de acero y de 1,5 d a 2 d para tuercas de hierro fundido y tuercas de material más blando.
También se puede comprobar la longitud de la tuerca de acoplamiento para comprobar si la rosca está apretada. Sabemos que la resistencia a la presión de la rosca en la tuerca de acoplamiento.
Dónde
σC = Esfuerzo de compresión inducido en la tuerca de acoplamiento
n = número de hilos por mm de longitud.
Si equiparamos la carga de diseño con la resistencia a la compresión de las roscas, tenemos:
Esta expresión da la tensión de compresión inducida (σC) puede ser determinado.
3. Diámetro exterior de la tuerca de acoplamiento
El diámetro exterior de la tuerca de acoplamiento (D) se puede determinar teniendo en cuenta la grieta de la tuerca de acoplamiento.
Conocemos la resistencia al desgarro de la tuerca de acoplamiento.
Dónde
σt = Tensión de tracción admisible para el material de la tuerca de unión.
Si equiparamos la carga axial con la resistencia al desgarro en la tuerca de acoplamiento, podemos escribir
A partir de esta expresión se puede calcular el valor de D.
En la práctica, se supone que el diámetro de la tuerca de acoplamiento (D) es de 1,25 d a 1,5 d.
4. Diámetro exterior del acoplamiento
El diámetro exterior del acoplamiento (D2) se puede determinar teniendo en cuenta la rotura del acoplamiento.
Sabemos que la resistencia a la tracción del acoplador está dada por
donde D1 = diámetro interior del acoplamiento. Generalmente se toma como (d + 6 mm).
σt = Tensión de tracción admisible para el material de acoplamiento.
Equipamos la carga axial con la resistencia al desgarro del acoplamiento.
Esta expresión da el valor de D.2 se puede calcular. En la práctica, el diámetro exterior del acoplamiento es (D2) se supone que es de 1,5 d a 1,7 d.
Si la sección transversal del acoplamiento debe ser hexagonal o rectangular para adaptarse a la llave, se puede circunscribir utilizando el círculo con diámetro exterior D.2.
5. La longitud del acoplamiento entre las tuercas (L) depende de la cantidad de ajuste requerido. Normalmente se esperan 6 días.
6. El espesor del acoplamiento se suele tomar como t = 0,75d y el espesor de la tuerca del acoplamiento
Estos son todos los parámetros de un tensor que podemos utilizar para diseñar un tensor.
Resolvamos un problema de ejemplo para diseñar un tensor o un tornillo tensor o una conexión de tornillo ajustable para apretar el tirante de una armadura de techo de hierro.
Ejemplo de un problema
La tensión en el tirante de una armadura de hierro para techo es de 50 kN. Diseñe una conexión roscada ajustable adecuada. Las tensiones permitidas son 75 MPa en tensión, 37,5 MPa en corte y 90 MPa en aplastamiento.
Respuesta:
datos dados
Carga de tracción (P) = 50 kN = 50 × 103 norte
Esfuerzo de tracción admisible (σt) = 75 MPa = 75 N/mm2
Esfuerzo cortante permitido (τ) = 37,5 MPa = 37,5 N/mm2
Sabemos que la carga de diseño para la sección del hilo,
PAGD = 1,3P = 1,3 × 50 × 103 = 65 × 103 norte
Para la aplicación respectiva es adecuada una conexión roscada ajustable, como la que se muestra arriba. Las diferentes dimensiones para la unión roscada ajustable se pueden determinar como se explicó anteriormente. Determinemos estos parámetros.
1. Diámetro del tirante
Decimos
d = diámetro del tirante y
DC = diámetro del núcleo de las roscas del tirante.
Considere pelar las roscas del tirante desde la raíz. Sabemos que la carga de diseño (PD),
65×103 = π/4 (es decirC)2 × 75
65×103 = 59 (díasC)2
(DC)2 = 65×103/59
(DC)2 = 1100
DC = 33,2 mm
La tabla proporcionada aquí para series aproximadas muestra que el diámetro estándar del núcleo es de 34,093 mm y el correspondiente diámetro nominal de la rosca o diámetro del tirante d = 39 mm. Respuesta
2. Longitud de la tuerca de acoplamiento
Supongamos que l = longitud de la tuerca de acoplamiento.
Teniendo en cuenta el corte de hilos en sus raíces en la tuerca de unión. Sabemos que la carga de diseño (PD),
P = (π dC.l ) τ
65×103 = (π dC.l ) τ
65×103 = π × 34,093 × l × 37,5
65×103 = 4107 litros
l = 65 × 103 / 4017
largo = 16,2 mm
Dado que la longitud de la tuerca de acoplamiento se toma de d a 1,25 d, tomamos
largo = fondo = 39 mm.
Ahora comprobamos la longitud de la tuerca de acoplamiento en busca de roscas apretadas.
La tabla que se proporciona aquí para series aproximadas muestra que el paso de rosca es de 4 mm.
Por tanto, el número de hilos por mm de longitud,
norte = 1 / 4 = 0,25
Sabemos que la carga de diseño (PD),
65×103 = π/4 [(39)2 – (34.093)2] × 0,25 × 39 × σC
σC = 65 × 103 / 2750
σC = 23,6 N/mm2 = 23,6MPa
Dado que la tensión de compresión inducida en la rosca de la tuerca de acoplamiento es menor que la tensión permitida, el diseño es satisfactorio.
3. Diámetro exterior de la tuerca de acoplamiento
Supongamos que D = diámetro exterior de la tuerca de acoplamiento
Considere arrancar la tuerca del embrague. Sabemos que la carga axial (P)
50×103 = π/4 (D2 – (39)2)
D2 – (39)2 = 50 × 103 / 59
D2 – (39)2 = 848
D2 = 848 + (39)2
D2 = 2369
D = 48,7
Supongamos que el diámetro exterior de la tuerca de acoplamiento es de 50 mm.
Dado que el diámetro exterior mínimo de la tuerca de acoplamiento es 1,25 d = 1,25 × 39 = 48,75 m
Por lo tanto, el valor anterior de D es satisfactorio.
4. Diámetro exterior del acoplamiento
sea d2 = diámetro exterior del acoplamiento y
D1 = Diámetro interior del acoplamiento = d + 6 mm = 39 + 6 = 45 mm
Considere la posibilidad de romper el embrague. Sabemos que la carga axial (P),
50×103 = π/4 [(D2)2– (45)2]× 75
50×103 = [(D2)2 – (45)2 ] × 59
(D2)2 = 50 × 103 / 59 + (45)2
(D2)2 = 2873
D2 = 53,6 mm
Dado que se supone que el diámetro exterior mínimo del acoplamiento es 1,5 d = 1,5 × 39 = 58,5, digamos 60 mm
Por eso tomamos D2 = 60 mm
5. Longitud de acoplamiento entre tuercas (L) = 6 d = 6 × 39 = 234 mm
6. Espesor del acoplamiento (t1) = 0,75 d = 0,75 × 39 = 29,25 tomamos 30 mm
7. El espesor de la tuerca de acoplamiento
Esto le permite calcular todos los parámetros del tensor que se va a construir o seleccionar el tamaño correcto de un tensor para tirar del tirante de una armadura de techo de hierro.
Turnbuckle: Diseño y consideraciones de tamaño
Un turnbuckle, también conocido como acoplador o unión roscada ajustable, es un dispositivo utilizado para unir dos varillas roscadas entre sí. En este artículo, nos enfocaremos en el diseño de un turnbuckle con cuerpo cerrado, que es muy utilizado en prácticas de ingeniería como la tensión de cables y cuerdas en aviones.
Diseño de unión roscada ajustable
Antes de comenzar con el diseño de un turnbuckle, debemos entender que una de las varillas debe tener una rosca a derecha, mientras que la otra debe tener una rosca a izquierda. Estas varillas se enroscan en un acoplador que cuenta con un agujero roscado. Este acoplador puede tener un cuerpo cerrado o un cuerpo abierto.
El turnbuckle de cuerpo cerrado tiene un diseño diferente, como una forma hexagonal o rectangular en el centro y en ambos extremos para facilitar el apriete o afloje de las varillas con una llave inglesa cuando sea necesario. En lugar de una llave inglesa, también se puede utilizar una barra de hierro redonda para apretar el turnbuckle.
El diámetro exterior del acoplador (D2) se puede calcular considerando la capacidad de resistencia al desgarro del acoplador, mientras que el diámetro exterior de la tuerca del acoplador (D) se puede calcular considerando la capacidad de resistencia al desgarro de la tuerca.
Cálculo del tamaño del turnbuckle
Para diseñar el tamaño adecuado de un turnbuckle, debemos seguir los siguientes pasos:
- Calcular el diámetro de las varillas
- Determinar la longitud de la tuerca del acoplador
- Calcular el diámetro exterior de la tuerca del acoplador
- Calcular el diámetro exterior del acoplador
- Establecer la longitud del acoplador entre las tuercas
- Determinar el espesor del acoplador y tuercas
Estos cálculos se realizan considerando las resistencias por desgarro, corte y aplastamiento de las roscas y los materiales utilizados en el turnbuckle.
Ejemplo de diseño de un turnbuckle
Supongamos que necesitamos diseñar un turnbuckle para tensar una varilla de unión en una estructura de techo de hierro. La carga aplicada a la varilla es de 50 kN y las tensiones permisibles son de 75 MPa en tensión, 37.5 MPa en corte y 90 MPa en aplastamiento.
Realizando los cálculos correspondientes, obtenemos los siguientes resultados:
- Diámetro de la varilla: 39 mm
- Longitud de la tuerca del acoplador: 39 mm
- Diámetro exterior de la tuerca del acoplador: 50 mm
- Diámetro exterior del acoplador: 60 mm
- Longitud del acoplador entre las tuercas: 234 mm
- Espesor del acoplador: 20 mm
- Espesor de la tuerca del acoplador: 30 mm
Estos valores nos permiten seleccionar o diseñar un turnbuckle adecuado para nuestra aplicación específica.
Preguntas frecuentes
- ¿Qué es un turnbuckle?
- ¿Cuál es la diferencia entre un turnbuckle de cuerpo abierto y uno de cuerpo cerrado?
- ¿Cómo se selecciona el diámetro adecuado para un turnbuckle?
Un turnbuckle es un acoplador o unión roscada ajustable utilizado para unir dos varillas roscadas entre sí.
La diferencia radica en el diseño del acoplador. Un turnbuckle de cuerpo cerrado tiene una forma hexagonal o rectangular en el centro y en ambos extremos, lo que facilita el apriete o afloje de las varillas utilizando una llave inglesa.
El diámetro se selecciona considerando la resistencia al desgarro, corte y aplastamiento de las roscas y los materiales utilizados en el turnbuckle.