MECANISMOS Y SISTEMAS DE AERONAVES MECANISMOS Y ELEMENTOS DE MÁQUINAS

Transcripción

1 MECANISMOS Y SISTEMAS DE AERONAVES MECANISMOS Y ELEMENTOS DE MÁQUINAS TRABAJO PRÁCTICO TORNILLO Ejercicio Nº1 Sea el siguiente crique a tornillo con rosca cuadrada. Se tienen los siguientes datos: -Carga a levantar: Q = 20 Tn -Material del tornillo: Acero SAE 1025 Laminado Tensión de fluencia: f = 2400 kg/cm 2 Tensión última: u = 5000 kg/ cm 2 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 Tuerca (Fija) (Di = diámetro interior; De = diámetro exterior; Dc = 10 mm; Do = Di) -Material de la tuerca: Bronce fosforoso engrasado Tensión de fluencia: f = 1000 kg/cm 2 Tensión última: u = 2000 kg/ cm 2 Tensión admisible al corte a = ½ a Tensión normal admisible = a Tensión de aplastamiento = 1900 kg/cm 2 -Material del collarín: fundición gris

2 -El extremo plano del tornillo tiene rozamiento por deslizamiento con lubricación con respecto al collarín cuando el tornillo gira, por la acción de un sistema crique-palanca, para levantar la carga. (acerofundición) = 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: P lmax = 150 Kg/cm 2. Calcular: a) Dimensionar el tornillo: hallar Di y De utilizando la hipótesis de Guest b) Calcular el Momento Torsor TOTAL necesario para levantar la carga Q. c) Hallar el ángulo de la hélice del tornillo. Es irreversible este par cinemático? Por qué? 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? Qué 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 α 1 = 5º y α 2 = 50º, la carga máxima actuante en el punto A es de 200 Kg. Se tienen los siguientes datos: Longitudes: AB: 400 mm BC: 120 mm BD: 300 cm -Carga máxima en punto A P = 200 Kg. -Material del tornillo: Acero SAE 1020 Laminado Tensión de fluencia: f = 2400 kg/cm 2

3 Tensión última: u = 5000 Kg/ cm 2 -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. 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 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 pérdida 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).

4 Ejercicio Nº4 Se necesita diseñar la unión de la antena de telemetría del satélite, para cual se utilizan tornillos de calidad A-286 (Su = 965 MPa y Sf = 655 MPa) y tamaño M8x1,25. Datos de la junta: Altura de cada brida: 15 mm Módulo de elasticidad: 70 GPa (aluminio) a) Calcular el torque de pretensado para una precarga nominal del 60% de la rotura del tornillo y una incerteza de precarga de ±30%. Considerar un coeficiente de fricción para los filetes de 0,2 (tornillo-tuerca). b) Para la fuerza de pretensado máxima del inciso anterior, verificar la junta para una carga axial del tornillo más solicitado de 1000 N, considerando un factor de seguridad de 1,5. c) Para la fuerza de pretensado mínima del inciso a), obtener la carga para la cual la junta pierde la estanqueidad. (concluir). d) Volver a verificar la unión, agregando la carga de corte para el tornillo más cargado, 800 N. Considerar el criterio de rotura de Guest y una tensión de corte igual al 60% de la tensión de tracción.

5 Optativo: 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: M f = 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

6 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.