Remaches y Roblones

Mecanismos y Elementos de Máquinas TME REMACHES Y ROBLONES

REMACHES Y ROBLONES Ing. Mateo Chwaluk Ing. Martin Pilati Ing. Mateo Chwaluk, Ing.Martin Pilati

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Contenido

ELEMENTOS DE MÁQUINAS .......................................................................................... 3

ORGANOS DE UNION ............................................... ....................................................... 3 UNIONES FIJAS O INAMOVIBLES ................................................... ............................. 3 1. ROBLONES Y REMACHES ...................................................................................... 3 a) Roblonado para calderas de vapor : ......................................................................... 5  b) Roblonados para recipientes herméticos y sometidos a grandes presiones: ...... 5 c) Roblonado para construcciones metálicas y mecánicas:  .................................... 5 1.1 Cálculo de los roblones  .......................................................................................... 6 1.1.1 Resistencia del roblón al corte simple  .................................................. .......... 6 1.1.2 Cálculo de verificación al aplastamiento  ........................................................ 9 1.1.3 Cálculo de verificación al desgarramiento ................................................... 10 1.2 Roblonado a cubrejuntas  ...................................................................................... 11 1.3 Fórmulas de cálculo de roblones  .......................................................................... 12

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ELEMENTOS DE MÁQUINAS Los elementos de máquinas tales como roblones, chavetas, poleas, resortes, engranajes, etc. son partes constitutivas de distintos mecanismos, que cumplen distintas funciones en éste último, ya sea de unión entre las piezas, de soporte de órganos en movimiento, de transmisión del movimiento, etc. Por tal motivo están expuestos a solicitaciones de distinta índole, principalmente mecánicas, como esfuerzos, choques, rozamientos, deformaciones, etc. por lo que deben cumplir con distintos requisitos técnicos a los efectos de soportar estas exigencias y lograr el comportamiento lo más eficiente del mecanismo. Deben por lo tanto ser calculados de acuerdo a principios teóricos y experimentales de la mecánica. Los mismos deben tener suficiente resistencia y duración funcionando con el menor desgaste y reparación posibles y cumplir su finalidad con el costo mínimo de fabricación y mantenimiento. Pueden agruparse los mismos como elementos “activos”, que son aquellos que transmiten movimiento (poleas, ruedas dentadas, etc.) y “pasivos” los que tienen como misión soportar, sujetar o guiar los anteriores (roblones, cuñas, tornillos, etc.) En este capítulo analizaremos distintos elementos, a excepción de los engranajes que por  su importancia, merecen un estudio aparte.

ORGANOS DE UNION Se deben distinguir dos tipos de uniones, las fijas o inamovibles, que para ser retiradas deben ser destruidas, no pudiéndose usarlas nuevamente, y las movibles, que pueden ser  retiradas sin deterioro y usadas nuevamente.

UNIONES FIJAS O INAMOVIBLES Se tienen dos tipos de uniones fijas: 1) roblones y remaches, y 2) soldaduras.

1. ROBLONES Y REMACHES

Fig. 1 Se los utilizan generalmente para unir chapas, planchuelas, perfiles, etc. En el roblón pueden distinguirse las siguientes partes (Fig.1): el cuerpo o vástago de longitud l y diámetro d, el cual se expande hasta un diámetro d 1 luego del roblonado y que Ing. Mateo Chwaluk, Ing.Martin Pilati

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es el que se utiliza para el cálculo de la resistencia del roblón, la cabeza propia de diámetro D y altura K , generada con un radio R en los de cabeza esférica, p resentando en la u nión con el vástago un radio r para evitar la concentración de tensiones en las aristas agudas, y la cabeza estampada o de cierre. En los roblones denominados de cabeza  perdida y gota de sebo la cabeza corresponde a un tronco de cono de ángulo  . La cabeza propia está hecha de antemano en uno de los extremos del vástago, y la estampada se la realiza luego de introducido éste último en el agujero correspondiente practicado previamente en las piezas a unir, constituyéndose así la unión. El material utilizado en la construcción de los roblones y remaches es generalmente hierro dulce, acero, cobre, aluminio, etc., según el tipo de material a unir y la resistencia deseada. La forma y tamaño del roblón dependen de las características de la unión, recibiendo distintas denominaciones según el tipo de cabeza propia que posea. Así, en las construcciones metálicas (puentes, torres, edificios, etc.) se tienen (a) roblones cabeza redonda, (b) roblones cabeza perdida y (c) roblones cabeza gota de cebo (Fig.2)

Fig.2 y en las construcciones mecánicas (calderas, máquinas, etc.), en las cuales el tamaño de los roblones por lo general no sobrepasan los 13 mm de diámetro d del vástago, se tienen (a) roblones cabeza redonda, (b) roblones cabeza perdida, (c) roblones cabeza troncocónica y (d) roblones cabeza chata (Fig.3).

Fig.3

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Las dimensiones de los roblones están dadas en milímetros o pulgadas. El largo del vástago depende del espesor a remachar, estando normalizado el mismo de acuerdo al tipo de cabeza. Generalmente este largo es igual al espesor de las chapas más 1,5d 1. Para la ejecución del roblonado se practican previamente los agujeros ya sea a punzón o taladro y luego, calentando previamente el roblón se lo introduce a presión remachándose con una remachadora o estampadora el extremo del vástago, estampando de esa forma la cabeza de cierre (Fig.4).

Fig. 4 Según el destino del roblonado o remachado se lo puede clasificar en:

a)

Roblonado para calderas de

vapor: debe resistir elevadas presiones y temperaturas y ofrecer al mismo tiempo hermeticidad.

b)

Roblonados para recipientes herméticos y sometidos a grandes presiones:

deben asegurar su cierre hermético y la resistencia mecánica del mismo.

c)

Roblonado para construcciones metálicas y mecánicas:

deben resistir la acción de grandes cargas o momentos de fuerzas considerables. El Roblonado cuando se practica entre dos perfiles o chapas solapadas se denomina roblonado por recubrimiento o solape (Fig.5a) y cuando se utilizan chapas o planchuelas adicionales se denomina roblonado a cubrejuntas, pudiendo ser a simple (Fig.5b) o doble (Fig.5c) cubrejuntas.

Fig. 5

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1.1

Cálculo de los roblones

El cálculo se hace considerando la resistencia al corte simple que presenta la sección solicitada por el esfuerzo de cizalladura que realizan las piezas que se pretende unir al ser  solicitadas por esfuerzos externos, en ese punto del roblón.  Además se verifican las resistencias que presentan las superficies laterales del roblón y de la pieza al aplastamiento y al desgarramiento cuando están solicitadas por los mismos esfuerzos. Además es muy importante la resistencia al deslizamiento que presentan las chapas entre sí, ya que, principalmente en el roblonado para calderas, antes de que el vástago del roblón quede expuesto al esfuerzo de cortadura debe producirse primero el deslizamiento, el cual se debe a la contracción del vástago al enfriarse por lo que no rellena el agujero de las chapas totalmente. Esta resistencia al deslizamiento según Bach oscila entre 1100 y 1800 kg/cm 2.

1.1.1 Resistencia del roblón al corte simple

Fig.6

Si actúa la fuerza P según indica la figura, sobre cada plancha de espesores S y S 1 (pudiendo ser S = S 1) cada una de ellas, la sección del roblón entre las dos chapas está sometida al corte. El área  A de la sección que soporta este esfuerzo de corte está dada por la expresión:

  =

. 

(1)

4

Siendo d 1 el diámetro del roblón remachado. Si es  adm el esfuerzo unitario admisible al corte del material del roblón, el esfuerzo P que el roblón puede soportar es:

 =  

(2)

 .    = 4   

(3)

Y por la (1), y la (2) resulta:

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Por lo tanto, conociendo el esfuerzo unitario admisible al corte del material del roblón y el esfuerzo máximo al que puede ser sometido, se lo pude dimensionar, es decir, conocer el diámetro que debe tener el mismo para soportar la carga a la que estará expuesto. Despejando de la (3) d 1 se tiene:

 =   4

(4)

El esfuerzo unitario al corte  que podrá soportar el roblón deberá ser menor que el admisible a fin de asegurar su resistencia:

 < 

 

(5)

Si fueran z roblones, la fuerza que deberá soportar cada uno de ellos será:

 .    =  4   

(6)

  =   4

(7)

y despejando d 1 de la (3.6):

Fig. 7  Además se debe tener en cuenta la sección de debilitamiento de la chapa a fin de calcular el ancho mínimo necesario de la misma, según muestra la Fig.7, causada por Ing. Mateo Chwaluk, Ing.Martin Pilati

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el agujereado que se le practicó para el roblonado. El área de la pieza que ofrece resistencia a la rotura de la misma, teniendo en cuenta su espesor S o S 1, tomándose el menor espesor por ser la condición más desfavorable, y su ancho (b  – d 1 ), ya que se descuenta del ancho total b el diámetro d 1 del agujero, lo que debilita la pieza, es:

Á = (bd)S

 

(8)

Siendo  A’  la sección debilitada de la pieza. Si es  adm la resistencia unitaria admisible a la tracción de la pieza, para la fuerza P  actuando sobre cada plancha, se deberá cumplir la siguiente condición para que presenten la resistencia necesaria al mismo:

 ≤    (−)

(9)

Para un número z de roblones, la (3.9) se transforma en:

 ≤    (− )

(10)

Cuando se tiene más de un roblón de diámetro d 1, si se denomina paso a la distancia entre centros de los agujeros en la pieza indicándoselo por t , si es S el espesor de la misma, se pueden distinguir dos secciones en las chapas a roblonar, una es la sección total A entre centros de agujeros para un ancho igual al paso t , y la otra es la sección debilitada  A’  que surge de restar al paso t el diámetro d 1. La sección total A para el paso t está dada por la expresión:

  =  

 

(11)

y la sección debilitada  A’  dada por la expresión:

 ́ = (  1 )  

(12)

Efectuando el cociente entre el área de la sección debilitada  A’  y el total  A se obtiene el rendimiento de la unión, denominado coeficiente de debilitamiento o módulo de resistencia, indicándoselo con la notación v :

=

ó  ́ ó  

=

(−  ) 



=

− 

 

(13)

Cuanto mayor es v el roblonado resulta de mejor calidad, siendo el valor de la fuerza transversal admisible por centímetro de ancho de la plancha, indicada como P 1, para una tensión admisible  adm,, el dado por la expresión:

1 =

− 

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

     Remaches y Roblones

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En el roblonado se deben respetar ciertas dimensiones mínimas a los efectos de lograr la resistencia y comportamiento adecuado de las chapas y roblones, como son las distancias del agujero a los bordes, la cantidad z de roblones que se consideran por paso t , algunas de las cuales se indican en la figura (Fig.8):

Fig. 8  A los efectos de facilitar los cálculos existen tablas, como las que presenta el Manual del Constructor de Máquinas de H. Dubbel, que dan los valores de P 1 en función de v , del diámetro d 1 y según la disposición del roblonado y el tipo de esfuerzos y condiciones a los cuales estará expuesta la pieza. Se distingue especialmente el roblonado para calderas atendiendo a la variación que presentan las dimensiones del vástago de los roblones al estar sometidos a solicitaciones por variaciones térmicas además de las mecánicas.

1.1.2 Cálculo de verificación al aplastamiento

Fig. 9 El vástago del roblón presiona contra las paredes de las chapas deformándose o causando la deformación de éstas, ovalándose los agujeros hasta que se raja la pared y se destruye la unión. La presión se supone se ejerce en forma uniforme sobre la sección del plano diametral de la chapa (Fig.9) la que está dada por la expresión:

  = 1   

(15)

Donde es  A la sección de aplastamiento.

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Si es  la tensión unitaria de compresión a la que está sometido el roblón y la chapa, la fuerza P que soportan está dada por la expresión:

=..

 

(16)

Si fueran z roblones los que soportan el esfuerzo P :

=... Si la tensión unitaria de compresión admisible fuera

 

  adm

(17) debe cumplirse:

 = .. ≤ 

 

(18)

1.1.3 Cálculo de verificación al desgarramiento En este caso el roblón produce el desgarramiento de las chapas a lo largo de las superficies laterales  A’  paralelas a las generatrices de los extremos del diámetro d 1 del mismo(Fig.10):

Fig. 10

Si es será:

  c

 ́ = .   

(19)

  = ́ = 2. .   

(20)

el esfuerzo unitario al corte al cual está sometida la chapa, la fuerza P 

 = 2. . .   

(21)

Debiendo verificarse que sea:

 ≤   

(22)

Si las chapas estuvieran unidas por z roblones, el esfuerzo de corte sería:

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 =

 ...

≤ 

(23)

Para el caso de más de una fila de roblones se debe considerar la sección debilitada de la chapa.

1.2

Roblonado a cubrejuntas

La metodología de cálculo es similar a lo visto para roblonado por solape. Se debe tener en cuenta que el roblón en la doble cubrejuntas, al ser solicitada las chapas por la fuerza P , presenta dos secciones que resisten el corte, soportando cada una la fuerza P/2 , al igual que las cubrejuntas (Fig.11):

Fig.11 Debido a las condiciones favorables de solicitación de la chapa en la primera fila de roblones se utilizan cubrejuntas desiguales, lo que además expone a la misma a menor peligro de rotura en los borde calafateados con respecto a la doble cubrejuntas iguales. La Fig.12 indica el calafateado o retacado del borde de la chapa superior, lo que aumenta el rozamiento entre ambas, lo que como ya se mencionara, ofrece resistencia a la solicitación a la que se somete a las chapas. El calafateado también se puede realizar en la cabeza de los roblones.

Fig. 12

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1.3 Fórmulas de cálculo de roblones

Fig. 13 El cálculo de roblones se realiza por lo general con fórmulas semiempíricas que tienen en cuenta la gran experiencia existente al respecto y que han sido recopiladas en tablas o manuales lo que facilita la selección del roblonado a ejecutar y asegura su resultado. A continuación se transcribe las expresiones utilizadas para un caso de los mencionados anteriormente (Fig.13). Suponemos un recipiente hermético de diámetro D y longitud l sometido a una presión interior  p. El diámetro de los roblones se determina en función del espesor de la chapa. El esfuerzo al que se someterán los roblones se contrarresta en parte por la resistencia al deslizamiento que existe entre las chapas por efecto del rozamiento. Las expresiones y valores utilizados para este caso son: La fuerza P que solicita a la chapa, en función de la presión interna  p, el diámetro D y la longitud l del recipiente es igual a:

=..

 

(24)

= 950 [kg/cm 2] esfuerzo unitario de corte para doble sección de corte y considerando el rozamiento.   c

 = √ 5 .0,6 [] =3,5. +1,5 []  =0,8. =1,5.  =0,5. 2 =0,9.. ..  =  =   = .(−  ) . Ing. Mateo Chwaluk, Ing.Martin Pilati

 

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