TOLERANCIAS DIMENSIONALES

La aceptación o rechazo de piezas mecánicas depende de la posibilidad de estas de ser ensambladas en diferentes máquinas ubicadas en diferentes países, lo que se le llama Intercambiabilidad. Para esto es necesario que cada pieza cumpla con normas internacionales en cuanto a su dimensión, forma y calidad superficial. Pero es imposible evitar errores durante la fabricación, debido a que el sistema de manufactura que se desarrolla en cada empresa o taller es diferente a pesar de que se haga un esfuerzo por unificar procesos.
Para afrontar esto se establecieron  los Sistemas de Ajustes y Tolerancias Dimensionales, con la finalidad de determinar el máximo error permitido en las piezas de manera que funcionen adecuadamente dentro de un equipo o maquinaria.  Para el éxito de un diseño mecánico se debe tomar en cuenta estas directrices y plasmarlas  adecuadamente en el plano.

SISTEMA DE AJUSTES Y TOLERANCIAS DIMENSIONALES:

- Conceptos Básicos:


ln = MEDIDA NOMINAL : Valor de la dimensión acotada en el plano, utilizada como base para determinar el error máximo permitido. En la figura tenemos como ejemplo 70, 55, 4.15, etc.

R = Medida Real: Es la obtenida mediante un instrumento de medición una vez fabricada la pieza. Para aceptar una pieza las medidas reales deben estar comprendidas en la zona de tolerancia.

Línea de referencia: La medida nominal se identifica mediante la línea de referencia distinguida en la figura por el color rojo. 
Ds = Diferencia superior: Error, diferencia o  desviación permitida por exceso  de la medida nominal o la línea de referencia.
Di= Diferencia inferior: Error, Diferencia o Desviación permitida por defecto de la medida nominal o la línea de referencia.
LMax=Limite Máximo: Medida Máxima permitida para el correcto funcionamiento de la pieza:
LMin=Limite Mínimo: Medida Mínima permitida para el correcto funcionamiento de la pieza.
T= Tolerancia: Diferencia entre el Límite Máximo y el Límite mínimo, el valor de esta diferencia determina la amplitud de la zona de tolerancia lo que se define como Calidad de Tolerancia.

Las dimensiones mencionadas anteriormente se organizan en el Sistema de Ajustes y Tolerancias ISO en tres grupos:

–Grupos de dimensiones nominales

–Grupos de Tolerancias

–Grupos de diferencias o desviaciones.


GRUPOS DE DIMENSIONES NOMINALES

Clasifica una gama  fija de grupos de dimensiones nominales con la finalidad de:

•Reducir el número de herramientas, calibres y demás elementos constructivos utilizados para verificar las medidas durante la fabricación.

•Evitar el cálculo de tolerancias y desviaciones para cada medida nominal.

En el siguiente cuadro se aprecia los grupos de dimensiones nominales

DIMENSIONES NOMINALES

GRUPOS DE TOLERANCIAS.

Tal como se aprecia en la siguiente tabla la amplitud de las zonas de tolerancias se agrupan y clasifican asociadas a los grupos de diámetros nominales de manera que para cada clase de dimensión nominal se asigna una calidad de tolerancia en micras a fin de normalizar el error máximo permitido en cada grupo de medidas nominales.

Tabla 6 Calidades de tolerancia

Así una pieza con medida nominal comprendida entre  80 y 120mm  destinada a ajustarse dentro un conjunto de piezas se le pudiera asignar  una tolerancia desde  IT3 con un valor de 6 micras en caso de un ajuste muy preciso con muy poca movilidad  y hasta IT11 con un valor de 250 micras para un ajuste deslizante con  movilidad amplia.

Posición de la zona de tolerancia

Según el destino se servicio de una pieza, la posición de la zona de tolerancia puede variar en relación a línea de referencia. En un eje que se ajusta a presión dentro de una pieza con una dimensión única, la zona puede estar sobre la linea de referencia. Si la zona de tolerancia se ubica por debajo de la linea de referencia el acople entre las dos piezas ajusta con juego.

 Sistema de Agujero Único. 

A fin de normalizar cada posible ubicación de la zona de tolerancia en los ejes,  se le asigna una letra minúscula. Esto permite relacionar las zonas de tolerancias con respeto a una pieza llamada agujero que posee  una dimensión fija.

figura 8 Sistema Agujero único

La distancia desde la linea de referencia a cada zona se le denomina desviaciones, estas distancias permiten determinar las medidas máximas y mínimas de una pieza a la cual se le ha asignado una tolerancia.
En la siguiente tabla se muestra una tabla con una selección de campos de tolerancias con los valores de las desviaciones para cada grupo de diámetros.

Tabla 9: Grupos de desviaciones seleccionadas DIN 7.157

En la figura 10 se muestra una  pieza con dimensión nominal de 70 y una tolerancia f7 se designa en el plano de la siguiente forma 70f7.  La letra  " f " indica por ser minúscula que se trata de un eje y que se encuentra por debajo de la línea de referencia como se muestra en la figura 8. El numero " 7 " indica que se ha seleccionado una calidad de tolerancia 7, si nos fijamos en la tabla 6 apreciamos que el ancho de esta calidad de tolerancia es de 30 micras. 

Luego en la tabla 9 ubicamos la medida nominal en la primera columna en la celda que indica dimensiones nominales entre 65 y 80, cruzamos con la columna f7 y se aprecia que el valor de la desviación máxima es de - 30 micras y la desviación mínima de -60 micras. Al restar estos valores de la medida nominal tenemos una dimensión máxima permitida de 69.97 y una dimensión mínima permitida de 69.94 tal como se muestra en la figura 10. 

De  esto se deduce que si esta pieza acopla con un agujero de diámetro nominal de 70  ajustará siempre con juego . 

figura 10

SISTEMA EJE ÚNICO

De la misma forma la posición de la zona de tolerancia para un agujero puede tomar diferentes ubicaciones según se defina su destino de servicio. Cuando acopla con un eje de medida única la pieza podría ajustar con juego si la zona de tolerancia se ubica por encima de la línea de referencia del eje, y con aprieto cuando se ubica bajo la linea de referencia. 

En la figura 11 se presenta la normalización de cada posición de la zona de tolerancia de agujeros en relación a un eje de medida única.

Figura 11 Sistema eje Único

En la figura 12 se aprecia una pieza con un agujero de medida nominal 40 y con una tolerancia E9 dibujada mediante  la franja negra.  La letra  " E " indica según la figura 11 que se ubica sobre la línea de referencia por lo que la pieza siempre tendrá dimensiones mayores de 40 y por ser mayúscula indica que se trata de un agujero. El numero 9 expresa la amplitud o calidad de la zona de tolerancia, en la tabla 6 se aprecia que tiene un valor de 62 micras. En la tabla 9 ubicamos el valor de la medida nominal 40 en  la primera columna en la celda de 30 a 40 luego la cruzamos con la columna E9 y se aprecia una desviación superior de 112 micras y una desviación inferior de 50 micras. Sumando estos valores a la medida nominal de 40 se tiene la medida máxima permitida de 40,112 y mínima permitida de 40,050. Se deduce entonces que si esta pieza acopla con un eje de medida nominal 40 siempre ajustara con juego.  

figura 12

AJUSTES

Se entiende por ajuste el ensamble de dos piezas con la misma dimensión nominal y su respectiva tolerancia dimensional definida según el destino de servicio de ambas piezas. Como se comento anteriormente las piezas pueden acoplar con juego o con aprieto. En el  cuadro se aprecia como se designa en un plano el  ajuste entre dos piezas.

Para determinar las dimensiones del agujero y del eje vamos a la tabla 9 e identificamos en la primera columna de medidas nominales en milímetros la celda de 14 a 18,  de allí cruzamos primero con la columna H8 y se aprecia el valor de las diferencias para el agujero de +27 micras como diferencia superior y 0 como inferior. Al sumar estas diferencias a la dimensión nominal nos queda una medida máxima aceptable de 16,027mm y una mínima de 16,00mm. Si cruzamos con la columna f7 vemos las diferencias de -16 y -34micras para el eje, por lo que al restar a la dimensión nominal tenemos  una medida máxima de 15.984mm y una medida mínima de 15.966mm

Otras dimensiones a tomar en cuenta en un ajuste entre dos piezas es el valor del aprieto y del juego. En la siguiente figura se representan dichas medidas. Se aprecia que el agujero tiene una medida nominal de 50 y una tolerancia  H7 y el eje posee la midida nominal 50 y tolerancia s6 por lo que el ajuste se debe designar en el plano 50 H7/s6. Consultando las tablas de desviaciones de tolerancias se determina que la desviación máxima del eje es de +59micras y la mínima es de 43micras.

El agujero según las tablas tiene una desviación máxima +25micras y una mínima de 0micras. En base a esto se observa que la dimensión máxima aceptable del eje es 50,059 y la mínima es 50,043 y para el agujero la dimensión mínima aceptable  es de 50,00 y la máxima de 50,025. En base a estas dimensiones se deduce que si se fabrican  las piezas dentro  de estos valores siempre el eje sera mayor que el agujero por lo que debe ensamblarse a presión y se denomina en este caso un ajuste de APRIETO.
Cuando el eje se fabrica con la medida máxima permitida y el agujero con la medida mínima se da la condición de APRIETO MÁXIMO que puede calcularse mediante la diferencia de estas dos medidas tal como se aprecia en la figura anterior con un valor de 0,059. Cuando el eje tiene la medida mínima permitida y el agujero la medida máxima permitida se cumple la condición de APRIETO MÍNIMO con un valor calculado mediante la diferencia de estas dos medidas de 0,018mm. Estos valores de aprieto es importante determinarlos por que de ellos depende la capacidad del ajuste de transmitir torque entre los componentes del ensamble.

En la siguiente figura se aprecian las dimensiones de un ensamble de dos piezas en condiciones de Juego.

Estas piezas ensamblan mediante un ajuste 100 H11/d9 mediante el uso de las tablas se determinan las siguientes dimensiones.

- Desviaciones del eje :  superior: -120micras,  inferior -200micras.
- Desviaciones del agujero: superior +200micras, inferior 0 micras.
Medidas aceptables del agujero: máxima 100,200;  mínima: 100.
Medidas aceptables del eje: máxima 99,88 ; mínima 99,793.
Juego máximo: Max agujero- Min eje = 0,427.  
juego mínimo: Mín del agujero - Máx del eje = 0,207.

El juego máximo y el juego mínimo es importante determinarlo al momento del diseño por ejemplo en los casos que el sistema requiere de lubricación. Dependiendo del tipo de lubricante y la función de la pieza se selecciona las dimensiones del juego.

Una condición necesaria para que se cumplan las tolerancias dimensionales es la calidad superficial, motivo por el cual se asocia a cada tipo de tolerancia un tipo de calidad superficial determinada. En el siguiente cuadro se presenta una selección de tolerancias asociadas a determinadas calidades superficiales.

Características de ajustes seleccionados del sistema EJE BASE

Dando clik en los cuadros podemos visualizar bien su contenido en ellos podemos apreciar el tipo de ajuste, aplicación, características de montaje, aplicaciones y el tipo de superficie a exigir para cada ajuste.

Características de ajustes seleccionados del sistema AGUJERO BASE