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Tolerancia y Ajuste Tolerancia Introducción Toda máquina, estructura o, en general, sistema puede considerarse como una cadena constituida por elementos acoplados. Las tolerancias dimensionales fijan un rango de valores permitidos para los cotas funcionales de la pieza. Lo cual supone admitir tolerancia en las desviaciones, siempre que se hallen entre ciertos límites. ➢ Por imposibilidad técnica de reproducir exactamente las cotas del plano y, ➢ Para que la intercambiabilidad pueda realizarse Tolerancia Conceptos Toda máquina, estrucutura o, en general, sistema puede considerarse como una cadena constituida por elementos acoplados. Las tolerancias dimensionales fijan un rango de valores permitidos para los cotas funcionales de la pieza. Lo cual supone admitir tolerancia en las desviaciones, siempre que se hallen entre ciertos límites. Cada par de elementos se articulan en sistemas, móviles o rígidos, que reducidos a su más simple expresión, se dividen en: ➢ Pieza hembra: que contiene – se conoce por agujero ➢ Pieza macho: (macho del acoplamiento)- conocido por eje El acoplamiento eje – agujero no puede ser nunca perfecto: ➢ Por imposibilidad técnica de reproducir exactamente las cotas del plano y, ➢ Para que la intercambiabilidad pueda realizarse TOLERANCIA DIMENSIONAL TOLERANCIA DIMENSIONAL TOLERANCIA DIMENSIONAL Eje y agujero Pareja de elementos, uno macho y otro hembra, que encajan entre sí, independientemente de la forma de la sección que tengan. TOLERANCIA DIMENSIONALE La imposibilidad de poder obtener una dimensión exactamente igual a la correspondiente cota indicada en el plano de la pieza, puede ser debida a múltiples causas: • Falta de precisión de los aparatos de medida • Errores cometidos por los operarios • Deformaciones mecánicas, • Dilataciones térmicas, • Falta de precisión de las máquinas- herramientas Definiciones: Dimensión: Es la cifra que expresa el valor numérico de una longitud o de un ángulo Dimensión nominal (dN para ejes, DN para agujeros): es el valor teórico que tiene una dimensión, respecto al que se consideran las medidas límites. Dimensión efectiva:(de para eje, De para agujeros): es el valor real de una dimensión, que ha sido delimitada midiendo sobre la pieza ya construida. Dimensiones límites (máxima, dM para ejes, DM para agujeros; mínima, dm para ejes, Dm para agujeros): son los valores extremos que puede tomar la dimensión efectiva. Desviación o diferencia: es la diferencia entre una dimensión y la dimensión nominal. Diferencia efectiva: es la diferencia efectiva entre la medida efectiva y la dimensión nominal. Diferencia superior o inferior: es la diferencia entre la dimensión máxima / mínima y la dimensión nominal correspondiente. Definiciones: Diferencia fundamental: es una cualquiera de las desviaciones límites (superior o inferior) elegida convenientemente para definir la posición de la zona de tolerancia en relación a la línea cero. Línea de referencia o línea cero: es la línea recta que sirve de referencia para las desviaciones o diferencias y que corresponde a la dimensión nominal. Tolerancia (t para ejes, T para agujeros): es la variación máxima que puede tener la medida de la pieza. Viene dada por la diferencia entre las medidas límites, y coincide con la diferencia entre las desviaciones superior e inferior. Zona de la tolerancia: es la zona cuya amplitud es el valor de la tolerancia. Tolerancia fundamental: es la tolerancia que se determina para cada grupo de dimensiones y para cada calidad de trabajo. Definiciones: Ejemplo DN= 50 DM=50.03 Dm=50.01 T=DM-Dm=0.02 Ds=DM-DN=0.03 Di=Dm-DN=0.01 dN= 50 dM=49.98 dm=49.95 t=dM-dm=0.03 ds=dM-dN=-0.02 di=dm-dN=-0.05 Ejemplo 32.1 31.8 30.5 min Denominación ISO 30 h 7 Dimensión nominal Posición de la tolerancia Calidad de la Tolerancia IT Calidad o índice de calidad • Es un conjunto de tolerancias que se corresponde con un mismo grado de precisión para cualquier grupo de diámetros. Cuanto mayor sea la calidad de la pieza, menor será la tolerancia. • La norma ISO distingue dieciocho calidades (o dieciocho grados de tolerancia) designados como IT01 IT0, IT1, IT2, ..., IT16, Calidad o índice de calidad Posición de la zona de tolerancia: ejes Ejes Posición de la zona de tol: agujeros Agujeros CARACTERISTICAS DE LAS PIEZAS INTERCAMBIABILIDAD La fabricación de máquinas en serie precisa que las piezas de que se componen, construidas conjunta o independientemente, puedan montarse sin necesidad de un trabajo previo de acondicionamiento, al igual que las piezas desgastadas o deterioradas para que puedan sustituirse por otras de fabricación en serie, considerando que esta sustitución pueda efectuarse lejos de su lugar de fabricación. FUNCIONALIDAD A su vez, para que un mecanismo funcione correctamente, es necesario que las distintas piezas que lo forman estén acopladas entre sí, en condiciones bien determinadas. A J U S T E Para que un mecanismo funcione correctamente, es necesario que las distintas piezas que lo componen estén acopladas entre sí en condiciones bien determinadas. Se entiende por ajuste, la relación mecánica existente entre dos piezas cuando acoplan entre sí (una de ellas encaja en la otra); esta relación resulta con “juego” (holgura) cuando las dos piezas pueden moverse entre sí con cierta facilidad, y con “aprieto” cuando verificado el encaje las piezas han quedado sin posibilidad de movimiento relativo entre ellas. A J U S T E DEFINICION AJUSTE. Es la diferencia, antes del montaje, entre las medidas de dos piezas (eje y agujero) que han de ser ensambladas. Las dos piezas deberán tener una medida nominal común. A J U S T E PIEZAS AJUSTADAS. Son todas las piezas que forman o componen un ajuste. PIEZA EXTERIOR, PIEZA HEMBRA O AGUJERO. Es la pieza ajustada que envuelve a otra o a otras piezas ajustables. PIEZA INTERIOR, PIEZA MACHO O EJE. Es la pieza ajustada envuelta por otra o por otras piezas ajustables. PIEZA INTERMEDIA. Es la pieza ajustada situada entre la exterior y la interior de un ajuste formado por más de dos piezas ajustadas (ajuste múltiple). A J U S T E JUEGO. Diferencia entre las medidas, antes del montaje, del agujero y del eje, cuando esta diferencia es positiva, es decir, cuando la medida del agujero es mayor que la medida del eje. APRIETO. Diferencia entre las medidas, antes del montaje, del eje y del agujero, cuando esta diferencia es positiva, es decir, cuando la medida del eje es mayor que la medida del agujero. TOLERANCIA DE AJUSTE. Es la oscilación máxima del juego o del aprieto, según el tipo de ajuste. Su valor viene determinado por la suma aritmética de las tolerancias de las piezas que componen el ajuste. CLASES DE AJUSTE AJUSTE CON JUEGO Es el tipo de ajuste que asegura siempre un juego entre las piezas que componen el ajuste, siendo móvil una respecto a la otra. La zona de tolerancia del agujero está situada completamente por encima de la zona de tolerancia del eje. Se utiliza para las piezas que tienen que deslizarse o girar una dentro de la otra. JUEGO MINIMO (Jmin). En un ajuste con juego, es la diferencia positiva entre la medida mínima del agujero y la medida máxima del eje. Jmin=Dm-dM CLASES DE AJUSTE JUEGO MAXIMO (Jmax). Es la diferencia positiva entre la medida máxima del agujero y la medida mínima del eje. Jmax=DM-dm TOLERANCIA DE AJUSTE (TJ). Es la oscilación máxima del juego, es decir, la diferencia entre el juego máximo y el juego mínimo. TJ=Jmax-Jmin TJ=(DM-dm)-(Dm-dM) TJ=DM-dm-Dm+dM TJ=(DM-Dm)+(dM-dm) TJ=T+t AJUSTE CON JUEGO AJUSTE CON APRIETO Es el tipo de ajuste que asegura siempre un aprieto entre las piezas que componen el ajuste. La zona de tolerancia del agujero está situada completamente por debajo de la zona de tolerancia del eje. Este tipo de ajuste se elegirá para piezas que sea necesario asegurarse que han de quedar íntimamenteunidas entre sí, pudiendo necesitar o no seguro contra el giro y deslizamiento. Para la elección de este ajuste es necesario tener en cuenta: el espesor de las paredes, resistencia del material empleado y estado de las superficies de ajuste. APRIETO MINIMO (Amin). En un ajuste con aprieto, es la diferencia positiva entre la medida mínima del eje y la medida máxima del agujero, antes del montaje de las piezas. Amin=dm-DM CLASES DE AJUSTE AJUSTE CON APRIETO CLASES DE AJUSTE APRIETO MAXIMO (Amax). En un ajuste con aprieto, es la diferencia positiva entre la medida máxima del eje y la medida mínima del agujero, antes del montaje de las piezas. Amax=dM-Dm TOLERANCIA DE AJUSTE (TA). Es la oscilación máxima del aprieto, es decir, la diferencia entre el aprieto máximo y el aprieto mínimo. A su vez, es igual a la suma aritmética de las tolerancias de las piezas que componen el ajuste. TA=Amax-Amin TA=(dM-Dm)-(dm-DM) TA=dM-Dm-dm+DM TA=(DM-Dm)+(dM-dm) TA=T+t AJUSTE INCIERTO Es el tipo de ajuste que puede dar lugar a juego o aprieto entre las piezas que componen el ajuste. Las zonas de tolerancia del agujero y del eje se solapan entre sí. Este ajuste se elige para piezas que requieren efectuar montajes y desmontajes con relativa frecuencia: piñones intercambiables, poleas en sus ejes, etc. Para una elección acertada de este ajuste es necesario tener en cuenta, principalmente, la frecuencia del montaje y desmontaje. JUEGO MAXIMO (Jmax). En un ajuste incierto, es la diferencia positiva entre la medida máxima del agujero y la medida mínima del eje. Jmax=DM-dm CLASES DE AJUSTE AJUSTE INCIERTO TOLERANCIA DE AJUSTE (TI). Es la suma entre el juego máximo y el aprieto máximo. A su vez, es igual a la suma aritmética de las tolerancias de las piezas que componen el ajuste. TI=Jmax+Amax TI=(DM-dm)+(dM-Dm) TI=(DM-Dm)+(dM-dm) TI=T+t APRIETO MAXIMO (Amax). En un ajuste incierto, es la diferencia positiva entre la medida máxima del eje y la medida mínima del agujero, antes del montaje de las piezas. Amax=dM-Dm CLASES DE AJUSTE CLASES DE AJUSTE SISTEMAS DE AJUSTE Dado que existen 28 posiciones de tolerancia para el agujero y otras tantas para el eje, se podría combinar cada una de las posiciones de la tolerancia del agujero con las distintas posiciones de la tolerancia en el eje, y viceversa; esto daría lugar a numerosas combinaciones, e incluso muchas de ellas tendrían características similares. Para evitar este inconveniente se establecen los sistemas de ajuste. Un sistema de ajuste es un conjunto sistemático de ajustes entre ejes y agujeros pertenecientes a un sistema de tolerancias, y que puede dar lugar a diversos juegos y aprietos. El comité ISO estableció dos sistemas de ajuste, denominados: sistema de ajuste de eje único y sistema de ajuste de agujero único SISTEMAS DE AJUSTE SISTEMA DE AJUSTE DE EJE UNICO Conjunto sistemático de ajustes en el que los diferentes juegos y aprietos se obtienen asociando ejes con clase de tolerancia única y agujeros con diferentes clases de tolerancia. En el Sistema ISO de Tolerancias y Ajustes, el eje base es el eje de diferencia superior nula y diferencia inferior negativa (zona h). SISTEMAS DE AJUSTE SISTEMA DE AJUSTE DE AGUJERO UNICO Conjunto sistemático de ajustes en el que los diferentes juegos y aprietos se obtienen asociando agujeros con clase de tolerancia única y ejes con diferentes clases de tolerancia. En el Sistema ISO de Tolerancias y Ajustes, el agujero base es el agujero de diferencia superior positiva y diferencia inferior nula (zona H). SISTEMAS DE AJUSTE AJUSTES RECOMENDADOS ISO. Los ajustes recomendados varían según el campo de producción, normativa local y las prácticas que son habituales en la empresa. La selección de ajustes se toma en cuenta aspectos tecnológicos como económicos. Es preciso considerar especialmente los instrumentos de metrología de que se dispone, calibres y herramientas necesarias para llevar a cabo la producción. SISTEMAS DE AJUSTE SISTEMAS DE AJUSTE ACABADO SUPERFICIAL. Mediante las tolerancias dimensionales y geométricas se garantiza la intercambiabilidad de piezas dentro de un conjuntos, pero no se garantiza el estado de las superficies de la pieza, factor que influye en el funcionamiento del mecanismo. Las imperfecciones superficiales se clasifican en: • Rugosidades (huellas de las herramientas). • Ondulaciones (desajustes en las máquinas). Ejemplo 1 Dado el ajuste 46 E11/f10: 1. Calcular las características del ajuste. 2.Tipo de ajuste y esquema correspondiente. Agujero De la tabla I, se determina el valor correspondiente a un IT 11 y a un diámetro de 46 mm: De la tabla III, entrando con el diámetro nominal DN = 46 y con la posición de la tolerancia E, se obtiene el valor de la diferencia fundamental que en este caso corresponde a la diferencia inferior Di: Ejemplo 1 (Con..) Los diámetros límites de los agujeros: DM= DN + Di = 46 + 0.050 = 46.050 mm. DM = DN +Ds= DN + Di + T = 46 + 0.210 = 46.210 mm La diferencia superior Ds será: Ds= Di + T = 50+160 = 210 μm Ejemplo 1 (Con..) Eje De la tabla I, se consigue el valor de la tolerancia IT10 del eje t (IT10) = 100 μm La desviación fundamental del eje se localiza en la tabla II, entrando con DN = 46 y la posición de la tolerancia f, se obtiene la desviación superior ds: ds= -25 μm di =ds-IT10 = -25 -100 = -125 μm Ejemplo 1 Eje (Con..) Los diámetros límites del eje: dM= DN+ds = 46 + (-0.025) = 45.975 mm dm= DN + di = 46 + (-0.125) = 45.875 mm Ajuste Ejemplo 1 (Con..) Características del ajuste El esquema será el correspondiente a un AJUSTE CON JUEGO La amplitud del juego, y el juego máximo y mínimo serán: TJ = JM -Jm= T + t = 160 + 100 = 260 μm JM = DM -dm= 46.210 -45.875 = 0.335 mm Jm=Dm-dM= 46.050 -45.975 = 0.075 mm 160 Tabla 1 -25 Tabla III 50 Tabla III (Cont.) Ejemplo 2 Con los datos siguientes: medida nominal 100 mm, juego máximo 200 μm y juego mínimo 30 μm. Calcule según el sistema ISO el ajuste siguiendo el sistema de agujero único y de eje único. Solución 1. Cálculo de la tolerancia: TJ=Jmax-Jmin=200-30 =170 μm TJ= Taguj-teje ≤ 170 μm Generalmente al agujero se le aplica menor tolerancia (un grado o dos menos) que al eje. En la tabla de calidades se obtiene los valores, cuya suma sea menor o igual al valor hallado de 170 μm Ejemplo 2 (Cont.) Agujero: IT9 = 87 μm; Eje: IT8= 54 μm 2. Agujero único En el sistema de agujero único la posición del agujero es H Entonces el ajuste es: 90H9/_8 Luego se busca la posición de la tolerancia del eje. Ejemplo 2 (Cont.) Con esos dos valores, en la tabla es la posición f (ds=‐36 μm) Entonces el ajuste es: 90H9/f8, Ejemplo 2 (Cont.) Juego máx.: 0,177 mm Juego min.: 0,036 mm Dimensiones: agujero DM=DN+Ds=100+87=100.087 mm Dm=DN+Di=100+0=100.000 mm Dimensiones: eje dM=dN+ds=100-0.036=99.964 mm dm=dN+di=100-090=99.910 mm Fórmula general (para calidades de IT05 a IT16): ITn = Tolerancia de Calidad “n” expresada en micras (m) ITn =k (0,45 3 D +0,001D) D = Media geométrica de los valores extremos de cada grupo de diámetros nominales (D1 < d < D2), expresados en mm k = Factor multiplicador, adimensional 001·D = Término que tiene en cuenta las irregularidades de medidas crecientes proporcionalmente al diámetro y es perceptible con diámetros superiores a 80 mm DESIGNACIÓN DE TOLERANCIAS (ISO R286) D= D1D2 51 INDICE DE TOLERANCIA IT05 IT06 IT07 IT08 IT09 IT10 IT11 IT12 IT13 IT14 IT15 IT16 k 7 10 16 25 40 64 100 160 250 400 640 1000 Ejemplo: Calcular las tolerancias de un eje de 40 mm de diámetro correspondientes a las calidades 6, 7, 8 y 9 DESIGNACIÓN DE TOLERANCIAS (ISO R286) Ejemplo D= 3050 =38,73 mm Calidad 7Calidad 6 Calidad 8 Calidad 9 52 Fórmulas para calidades de IT01 a IT0: Fórmula para calidades de IT1 a IT4: Ejemplo: Calcular las toleranciasde un eje de 40 mm de diámetro correspondientes a las calidades 01 a 4 IT 01 = 0,3 + 0,00838,73 =0,61 0,6 m IT 0 = 0,5 + 0,01238,73 =0,96 1 m DESIGNACIÓN DE TOLERANCIAS (ISO R286) IT01= 0,3+0,008 D IT0 = 0,5+0,012 D ITn = (1,6)(n−1) (0,8+0,020 D) IT 1 =1,60 (0,8 + 0,0238,73)=0,8 + 0,0238,73 = 1,57 1,5 m IT 2 =1,61(0,8 + 0,0238,73)=1,61IT1=1,611,57 = 2,51 2,5 m IT 3 =1,62 IT1=1,62 1,57 = 4,02 4 m IT 4 =1,63 IT1=1,63 1,57 = 6,43 7 m D= 3050 =38,73 mm 53 EJEMPLO DE AJUSTE 58 H8 f7 Agujero: 58 H8 +46 +0 Agujero máximo = 58 + 0,046 = 58,046 Agujero mínimo = 58 + 0 = 58 Eje: 58 f7 -30 -60 Eje máximo = 58 – 0,030 = 57,970 Eje mínimo = 58 – 0,060 = 57,940 Juego Máximo = 58,046 – 57,940 = 0,106 Juego Mínimo = 58 – 57,970 = 0,030 54
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