Fundamentos de Tolerancias Dimensionales en Ingeniería Mecánica y Metrología

Tolerancias Dimensionales: Conceptos Fundamentales y Aplicaciones

La fabricación de componentes mecánicos requiere una comprensión precisa de las variaciones permitidas en sus dimensiones. A continuación, se detallan los conceptos esenciales relacionados con las tolerancias dimensionales.

Definición de Tolerancia Dimensional

La tolerancia se define como la cantidad total que se permite variar en la fabricación de una pieza con respecto a lo indicado en el plano. Específicamente, la tolerancia dimensional es la variación total permitida en la fabricación para una dimensión especificada en el plano, tomando como referencia la cota nominal.

Términos Empleados en Tolerancias

Para describir y aplicar las tolerancias, es fundamental conocer la siguiente terminología:

• Cota nominal: Es la medida indicada en el plano como básica e identificativa.
• Medida máxima: Es la medida máxima admisible para la dimensión.
• Medida mínima: Es la medida mínima admisible para la dimensión.
• Tolerancia (t): Es la diferencia entre las medidas máxima y mínima de un elemento. Esta tolerancia puede situarse de las siguientes formas respecto de la medida nominal (línea de referencia):

Conceptos Relacionados con Ajustes

En el contexto del acoplamiento de piezas:

• Ajuste: Es el acoplamiento entre varias piezas que poseen la misma medida nominal.
• Eje: Es la pieza que presenta contactos externos en un ajuste; es decir, es la parte contenida.
• Agujero: Es la pieza que presenta contactos internos en un ajuste; es decir, es la parte continente.

Diferencias Dimensionales

Estas diferencias ayudan a posicionar la zona de tolerancia:

• Diferencia superior: Es la diferencia entre la medida máxima y la nominal ($ ext{ES} = ext{D}_{ ext{máx}} - ext{DN}$).
• Diferencia inferior: Es la diferencia entre la medida mínima y la nominal ($ ext{EI} = ext{D}_{ ext{mín}} - ext{DN}$).
• Diferencia de referencia: Es la que se utiliza para posicionar la zona de tolerancia; se toma la menor de la superior o inferior.

Calidad de Tolerancia

En cuanto a la calidad de la tolerancia, se establece una relación inversa:

Cuanto mayor sea la calidad de tolerancia, menor será la tolerancia dimensional permitida.

Aplicaciones de las Tolerancias

Las tolerancias dimensionales son cruciales en diversos campos de la ingeniería y fabricación:

1. Construcción de instrumentos de control y en mecánica de alta precisión.
2. En mecánica de precisión y para ajustes mecánicos en general.
3. En trabajos de fabricación basta y piezas como de fundición, forja, etc.

Posición de la Tolerancia

La posición de las tolerancias se determina por la diferencia de referencia, la cual será la superior o inferior según esté por debajo o por encima de la cota nominal.

Determinación de la Diferencia de Referencia

El sistema de tolerancia ISO define unas tablas en las que se determinan las diferencias superior e inferior que servirán para determinar la diferencia de referencia. A continuación, se muestra un extracto de las tablas con las posiciones más utilizadas en mecánica general (Nota: Las tablas específicas no se incluyen en este texto, pero se hace referencia a su existencia).

La posición de la tolerancia depende de:

• Calidad de la tolerancia.
• Dimensión de la pieza.

Ajustes Mecánicos: Juego y Apriete

La construcción de conjuntos mecánicos se basa en el acoplamiento o ajuste de diversos elementos en condiciones determinadas que vendrán definidas por factores como el juego o el apriete.

Términos Empleados en Ajustes

Los estados de acoplamiento se definen mediante:

• Juego: Se da siempre que la dimensión del agujero es mayor que la del eje.
• Apriete: Se da siempre que la dimensión del eje es mayor que la del agujero.

Cálculo de los Límites de Juego y Apriete

Para cuantificar estos estados, se utilizan las siguientes fórmulas, donde D representa el agujero y d el eje:

• Juego máximo ($ ext{J}_{ ext{máx}}$): Es la diferencia entre la medida máxima del agujero y la mínima del eje ($ ext{J}_{ ext{máx}} = ext{D}_{ ext{máx}} - ext{d}_{ ext{mín}}$).
• Juego mínimo ($ ext{J}_{ ext{mín}}$): Es la diferencia entre la medida mínima del agujero y la máxima del eje ($ ext{J}_{ ext{mín}} = ext{D}_{ ext{mín}} - ext{d}_{ ext{máx}}$).
• Apriete máximo ($ ext{A}_{ ext{máx}}$): Es la diferencia entre la medida máxima del eje y la mínima del agujero ($ ext{A}_{ ext{máx}} = ext{d}_{ ext{máx}} - ext{D}_{ ext{mín}}$).
• Apriete mínimo ($ ext{A}_{ ext{mín}}$): Es la diferencia entre la medida mínima del eje y la máxima del agujero ($ ext{A}_{ ext{mín}} = ext{d}_{ ext{mín}} - ext{D}_{ ext{máx}}$).