Dimensionamiento y Acoplamientos: Fundamentos de Tolerancias y Ajustes en Ingeniería

Fundamentos de Tolerancias y Ajustes en Ingeniería Mecánica

Toda estructura, máquina o sistema puede considerarse como una cadena constituida por elementos acoplados, como eslabones articulados formando pares cinemáticos. El acoplamiento eje-agujero nunca puede ser perfecto debido a la imposibilidad técnica de reproducir exactamente las cotas del plano y para asegurar la intercambiabilidad de las piezas.

Conceptos Básicos de Dimensionamiento

• Juego: Es la diferencia entre el diámetro del agujero y el del eje, cuando el diámetro del agujero es mayor que el del eje.
• Cota Nominal: Es la medida teórica que figura en el dibujo técnico, generalmente redondeada a un número entero de milímetros.
• Cota Efectiva: Es la medida real que tiene la pieza terminada después de su fabricación.

Definiciones Clave de Tolerancia

Para la fabricación, se debe admitir cierta flexibilidad en las dimensiones de las piezas. Por ello, se establecen las siguientes definiciones:

• Tolerancia: Es la variación permitida en las dimensiones de una pieza, siempre que las desviaciones se hallen entre ciertos límites preestablecidos.
• Cota Máxima y Mínima: Son las medidas extremas (máxima y mínima) permisibles para una pieza determinada, dentro de las cuales la pieza se considera aceptable.
• Desviación Superior: Es la diferencia algebraica entre la cota máxima y la cota nominal.
• Desviación Inferior: Es la diferencia algebraica entre la cota nominal y la cota mínima.

La tolerancia es, por definición, la diferencia entre la cota máxima y la cota mínima, y se designa comúnmente con la letra T.

Representación de Tolerancias

La Línea de Referencia es el punto de partida (generalmente la cota nominal) para definir las desviaciones. El Campo de Tolerancia indica el rango de variación permitido alrededor de esta línea. Las desviaciones pueden ser positivas o negativas según su posición con respecto a la cota nominal. Mediante una escala arbitraria, se representan las desviaciones positivas en la parte superior (+) y las negativas en la inferior (-). Para especificar cualquier pieza, la tolerancia es fundamental, y para resaltar tanto la cota nominal como el campo de tolerancia, suele representarse gráficamente mediante rectángulos de base que indican el rango permitido.

Impacto de las Tolerancias en los Ajustes

La aplicación de tolerancias en las dimensiones trae como consecuencia que el acoplamiento de las distintas partes resulte en diferentes ajustes. En la producción en serie, se procura evitar la aparición de casos extremos (piezas que no encajan o encajan con demasiada holgura/aprieto) mediante una regla de montaje estricta y el control dimensional. Es importante indicar que, en todas las representaciones gráficas, las dimensiones de los campos de tolerancia no guardan una relación de escala directa con las cotas de los diámetros nominales; son representaciones esquemáticas para facilitar la comprensión.

Sistemas de Ajustes Normalizados: ISO y DIN

La implementación de sistemas de ajustes normalizados, como el Sistema de Ajustes ISO (Organización Internacional de Normalización), ofrece múltiples ventajas en la fabricación y el montaje:

• Se evitan trabajos posteriores de ajuste manual de las piezas.
• Las piezas se montan y desmontan con mayor facilidad y eficiencia.
• El control de las medidas se simplifica, reduciéndose a una verificación con calibres estándar.
• Permite la producción y disponibilidad de piezas de recambio en grandes cantidades, asegurando la intercambiabilidad global.

Los ajustes ISO se normalizan principalmente según el sistema de agujero único (donde la tolerancia del agujero es fija y la del eje varía) y el sistema de eje único (donde la tolerancia del eje es fija y la del agujero varía). Además, las normas DIN (Deutsches Institut für Normung) admiten un tercer sistema, conocido como selectivo o mixto, que combina características de ambos para aplicaciones específicas.

Importancia de la Elección de Ajustes

La elección de los ajustes es un aspecto importantísimo en cualquier proyecto tecnológico y de diseño mecánico. Es preciso tener en cuenta que, con el ajuste, se fija la magnitud del juego (holgura) o del aprieto (interferencia) entre las piezas acopladas. Es fundamental comprender que tolerancias muy pequeñas exigen tiempos considerables de acabado y, por ende, mayores costos de fabricación, mientras que tolerancias más amplias pueden comprometer la funcionalidad o la vida útil del conjunto.

En resumen, los tipos de ajuste se definen así:

• Ajuste con Juego (Holgura): Ocurre cuando el diámetro máximo del eje es menor que el diámetro mínimo del agujero. Siempre hay espacio entre las piezas.
• Ajuste con Aprieto (Interferencia): Ocurre cuando el diámetro mínimo del eje es mayor que el diámetro máximo del agujero. Las piezas deben ser ensambladas por fuerza o por dilatación/contracción.
• Ajuste Indeterminado (o de Transición): Ocurre cuando las zonas de tolerancia del agujero y del eje se solapan. Dependiendo de las dimensiones efectivas de las piezas fabricadas, el resultado puede ser un pequeño juego o un ligero aprieto.