2.5. Ajustes y Tolerancias

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INGENIERÍA DE FABRICACIÓN Tema 2.5 B2: Metrología J. Salguero

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Ajustes y tolerancias

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INGENIERÍA DE FABRICACIÓN

Tema 2.5

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Índice

Tema 2.5: Ajustes y tolerancias

• Introducción• Definiciones de ajuste• Notaciones y símbolos ISO• Tipos de ajuste• Tolerancias ISO• Posición de la zona de Tolerancia• Desviaciones fundamentales• Sistemas de ajuste• Selección de ajustes

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Introducción

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Siglo XVIII → Revolución industrial

Cambio en el sistema de fabricación

Artesanal→ Fabricación en serie (INTERCAMBIABILIDAD)

• Para garantizar uniformidad→ limitación de las desviaciones al nominal

• Limites máximo y mínimo aceptable de la desviación→ TOLERANCIA

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Introducción

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Normalización:modo de garantizar las características de piezas y montajes:• Medidas, calidades superficiales, prestaciones, etc…

Origen de los Procesos de FabricaciónFABRICACIÓN ARTESANAL

• Cada pieza o montaje, se fabricaindividualmente.• Las piezas se fabrican para una unidadespecífica de montaje.• No importa la repetitividad.• Artesanos: hacen encajar y funcionarcorrectamente al conjunto, recortando oañadiendo las piezas necesarias.• Las piezas pueden variar algo sobre losplanos.

Cambios en los Procesos de FabricaciónFABRICACIÓN EN SERIE

• Cada pieza de un conjunto se fabrica conindependencia de las restantes

• Importancia de la repetitividad.• Se pueden formular restricciones para

cada pieza, de modo que se garantice elfuncionamiento del conjunto.

• Las piezas fabricadas no deben alejarsede las especificaciones en planos.

• Concepto de tolerancia: zona donde ladimensión de la pieza puede variar sinafectar la intercambiabilidad.

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Para que un elemento mecánico funcione correctamente, es necesario quelas distintas piezas que lo forman estén acopladas entre sí, en condicionesbien determinadas.

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Introducción 

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Por ejemplo, el conjunto representado, compuesto por las piezas que se señalan,ha de reunir, en lo que se refiere al acoplamiento de las piezas entre sí, lassiguientes condiciones:

a) Que el cojinete (2) y el (3) estén montados a presión en el soporte (1), es decir, quequeden fijos con el soporte;

b) Que el eje (4) gire libremente dentro de los cojinetes (2) y (3); además sería necesarioreglar la posición de la arandela (5), para regular el juego axial (holgura axial) del eje (4).

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Introducción 

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Se entiende por ajuste, la relación mecánica existente entre dos piezas cuandoacoplan entre sí (una de ellas encaja en la otra); esta relación resulta con “juego”(holgura) cuando las dos piezas pueden moverse entre sí con cierta facilidad, ycon “aprieto” cuando verificado el encaje las piezas han quedado sin posibilidadde movimiento relativo entre ellas.

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Definiciones de ajuste

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• AJUSTE. Es la diferencia, antes del montaje, entre las medidas de dos piezas (eje y agujero) que han de ser ensambladas. Las dos piezas deberán tener una medida nominal común.

• PIEZAS AJUSTADAS. Son todas las piezas que forman o componen un ajuste.

• PIEZA EXTERIOR O AGUJERO. Es la pieza ajustada que envuelve a otra o a otras piezas ajustables.

• PIEZA INTERIOR O EJE. Es la pieza ajustada envuelta por otra o por otras piezas ajustables.

• PIEZA INTERMEDIA. Es la pieza ajustada situada entre la exterior y la interior de un ajuste formado por más de dos piezas ajustadas (ajuste múltiple).

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Definiciones de ajuste

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Nomenclatura:Para agujeros→ MAYUSCULASPara ejes → minúsculas

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Definiciones de ajuste

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Definiciones de ajuste

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TOLERANCIA: dimensión de la zona dentro de la cual ha de quedar la medida paraser considerada como valida, esto es, la diferencia entre la medida máxima y lamedida mínima (DS‐DI).

LÍNEA DE REFERENCIA O CERO: Línea recta que representa la medida nominal apartir de la cual son representadas las desviaciones (marca la desviación nula).

eje / AGUJERO: términos convencionales empleados para representar cualquierelemento o pieza exterior/interior destinado a acoplar con el eje/agujero.

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Definiciones de ajuste

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Cota, medida o dimensión nominal (N): valor que aparece en los planos de unapieza o elemento. Se expresa por un número entero o decimal en mm.

eje  dNAGUJERO  DN 

Cota, medida o dimensión efectiva o real (e): valor real de una pieza o elemento.Se obtiene por medio de mediciones.

eje  deAGUJERO  De

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Definiciones de ajuste

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Dimensiones o medidas límites: valores extremos entre los cuales se encuentracomprendida la dimensión real de una pieza o elemento válido.

• Dimensión o cota máxima (M): la mayor de las medidas límites. Máximo valoradmisible de pieza o elemento.

eje  dM→ dM = dN + dsAGUJERO  DM → DM = DN + Ds

• Dimensión o cota mínima (m): la menor de las medidas límites. Mínimo valoradmisible de pieza o elemento.

eje  dm → dm = dN + diAGUJERO  Dm → Dm = DN + Di

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Definiciones de ajuste

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Desviación o diferencias: diferencia entre cualquier dimensión de las definidasanteriormente y la nominal.

• Diferencia o desviación efectiva o real (e): diferencia entre la cota efectiva y lanominal.

eje  d = de – dNAGUJERO  D = De – DN

• Diferencia o desviación superior (s): diferencia entre la cota máxima y lanominal. (DS/ds – ES/es)

eje  ds = dM – dNAGUJERO  Ds = DM – DN

• Diferencia o desviación inferior (i): diferencia entre la cota mínima y la nominal. (Di/di – EI/ei)

eje  di = dm – dNAGUJERO  Di = Dm ‐ DN

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Definiciones de ajuste

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Tolerancia: margen o error admisible en las dimensiones de piezas o elementos.

eje  t = dM – dm = ds – di

AGUJERO  T = DM – Dm = Ds ‐ Di

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Notaciones y símbolos ISO

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TérminoNotación

Eje AgujeroDimensión nominalDimensión efectivaDimensión máximaDimensión mínimaDesviación superiorDesviación inferiorTolerancia específica

dNdedMdm

es / dsei / di

t

DNDeDMDm

ES / DsEi / Di

TLínea ceroDimensión

OD

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Tipos de ajuste

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• JUEGO. Diferencia entre las medidas, antes del montaje, del agujero y del eje, cuando esta diferencia es positiva, es decir, cuando la medida del agujero es mayor que la medida del eje.

• APRIETO. Diferencia entre las medidas, antes del montaje, del eje y del agujero, cuando esta diferencia es positiva, es decir, cuando la medida del eje es mayor que la medida del agujero.

• TOLERANCIA DE AJUSTE. Es la oscilación máxima del juego o del aprieto, según el tipo de ajuste. Su valor viene determinado por la suma aritmética de las tolerancias de las piezas que componen el ajuste.

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Tipos de ajuste

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Ajuste con juegoAsegura siempre un juego entre las piezas que componen el ajuste, siendo móvil una respecto a la otra.La zona de tolerancia del agujero está situada completamente por encima de la zona de tolerancia del eje → Dm – dM > 0.

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Tipos de ajuste

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Ajuste con juego

JUEGO MINIMO (Jm). Diferencia positiva entre la medida mínima del agujero y la medida máxima del eje.

Jm = Dm‐dMJUEGO MAXIMO (JM). Diferencia positiva entre la medida máxima del agujero y la medida mínima del eje.

JM = DM‐dm

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Tipos de ajuste

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Ajuste con juego

TOLERANCIA DE AJUSTE (TJ): Oscilación máxima del juego, es decir, la diferencia entre el juego máximo y el juego mínimo. A su vez, es igual a la suma aritmética de las tolerancias de las piezas que componen el ajuste.

TJ = JM – Jm→ TJ = (DM‐dm) ‐ (Dm‐dM) = DM – dm – Dm + dM = (DM‐Dm) + (dM‐dm) →TJ = T + t

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Tipos de ajuste

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Ajuste con aprietoAsegura siempre un aprieto entre las piezas que componen el ajuste.La zona de tolerancia del agujero está situada completamente por debajo de la zona de tolerancia del eje → Dm ‐ dM < 0.

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Tipos de ajuste

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Ajuste con aprieto

APRIETO MINIMO (Am): diferencia positiva entre la medida mínima del eje y la medida máxima del agujero, antes del montaje de las piezas.

Am = dm – DM

APRIETO MAXIMO (AM):  diferencia positiva entre la medida máxima del eje y la medida mínima del agujero, antes del montaje de las piezas.

AM = dM ‐ Dm

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Tipos de ajuste

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Ajuste con aprieto

TOLERANCIA DE AJUSTE (TA): Oscilación máxima del aprieto, es decir, ladiferencia entre el aprieto máximo y el aprieto mínimo. A su vez, es igual a lasuma aritmética de las tolerancias de las piezas que componen el ajuste.

TA= AM – Am → TA = (dM ‐ Dm)‐(dm‐DM) = dM – Dm – dm + DM = ( DM – Dm ) + ( dM – dm )TA= T+t

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Tipos de ajuste

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Ajuste incierto o indeterminadoEs el tipo de ajuste que puede dar lugar a juego o aprieto entre las piezas quecomponen el ajuste. Las zonas de tolerancia del agujero y del eje se solapan entresí.Este tipo de ajuste se elige para piezas que sea necesario determinar bien suposición y que requieren efectuar montajes y desmontajes con relativafrecuencia: piñones intercambiables, poleas en sus ejes, etc.

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Tipos de ajuste

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Ajuste incierto o indeterminado

JUEGO MAXIMO (JM): diferencia positiva entre la medida máxima del agujero y la medida mínima del eje.

JM=DM‐dmAPRIETO MAXIMO (AM): diferencia positiva entre la medida máxima del eje y la medida mínima del agujero, antes del montaje de las piezas.

AM=dM‐Dm

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Tipos de ajuste

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Ajuste incierto o indeterminado

TOLERANCIA DE AJUSTE (TI): suma entre el juego máximo y el aprieto máximo. Asu vez, es igual a la suma aritmética de las tolerancias de las piezas quecomponen el ajuste.

TI = JM + AM → TI = (DM‐dm) + (dM‐Dm) = (DM‐Dm)+(dM‐dm) → TI=T+t

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Tolerancias ISO

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Sistema de codificación ISO 286 para tolerancias (IT – International Tolerance)

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Tolerancias ISO

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Sistema de codificación ISO 286 para tolerancias (IT – International Tolerance)

ISO 286 (1 y 2) – 2011: Normas ISO que estudian las tolerancias para lasdimensiones hasta 3150 mm.

Grados de tolerancia normalizados (Índices de calidad) → Conjunto detolerancias que se corresponden con un mismo grado de precisión paracualquier grupo de dimensiones• ITxx : Los grados de tolerancia normalizados se designan por las letras

IT seguidas de un número de grado, por ejemplo IT7.

• 20 calidades de trabajo:

IT01, IT0, IT1, IT2, IT3, IT4, IT5, IT6,… IT18

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Tolerancias ISO

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Sistema de codificación ISO 286 para tolerancias (IT – International Tolerance)

La elección de la calidad de elaboración se atiene a los siguientes criterios:

• de 01 a 1 para pequeña mecánica de precisión y patrones,• de 1 a 5 para calibres,• de 5 a 11 para piezas que deben acoplarse,• superiores a 11, para piezas sueltas.

La precisión va disminuyendo a medida que avanzamos en los símbolos, de forma que el símbolo IT01 indica la calidad más precisa mientras que IT18 indica la calidad más basta.

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Tolerancias ISO

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Tabla 1 ‐ ISO 286

32 IT7

32: Dimensiónnominal (30‐50)

IT7: Tolerancia de 25micras

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Tolerancias ISO

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Sistema de codificación ISO 286 para tolerancias (IT – International Tolerance)

Clase de tolerancia: La clase de tolerancia contiene información sobre lamagnitud de la tolerancia y la posición del intervalo de tolerancia relativo a ladimensión nominal del elemento geométrico de dimensión.

32 H7

32: Dimensión nominalH: Posición del intervalo de tolerancia7 (IT7): Grado de tolerancia normalizado

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Posición

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Posición de la zona de Tolerancia

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Posición respecto a la línea de referencia

28 posiciones diferentes para las diferentes zonas de tolerancia en función de lalínea cero:

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AGUJERODe “A” a “H” la zona de toleranciaestá por encima de la línea cerosiendo la diferencia fundamental ladiferencia inferior “Di”. En “H” la Di =0.De “K” a “ZC” la zona de toleranciaestá por debajo de la línea cerosiendo la diferencia fundamental ladiferencia superior “Ds”.

ejeDe “a” a “h” la zona de toleranciaestá por debajo de la línea cerosiendo la diferencia fundamental ladiferencia superior (ds). En “h” la ds= 0.De “k” a la “zc” la zona de toleranciaestá por encima de la línea cerosiendo su diferencia fundamental ladiferencia inferior “di”.

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Posición de la zona de Tolerancia

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1. A/a a H/h Situados ENCIMA/debajo de Línea cero

2. DesviacionesINFERIOR/superior de H/hcoincide con Línea cero.

3. K/k a ZC/zc SituadosDEBAJO/encima de Líneacero

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Posición de la zona de Tolerancia

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Tema 2.5: Ajustes y tolerancias

Posición respecto a la línea de referencia

Para evitar el elevado número de combinaciones y, por tanto, la cantidad deútiles y calibres de verificación, se limita la variedad a:

J. Salguero

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Desviaciones fundamentales

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Tema 2.5: Ajustes y tolerancias

Desviaciones fundamentales

• Para ejes

Para posiciones a‐h desviación fundamental: ds ó es

Para posiciones j‐z desviación fundamental: di ó ei

Conocida la desviación fundamental:

di = ds – t     ó ei = es ‐ t

ds = di + t      ó es  = ei + t

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Desviaciones fundamentales

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Tema 2.5: Ajustes y tolerancias

Desviaciones fundamentales

• Para AGUJEROS

Para posiciones A‐H  desviación fundamental: Di ó EIPara posiciones J‐Z  desviación fundamental: Ds ó ES

Conocida la desviación fundamental:

Ds = Di + T   ó ES = EI + T

Di = Ds – T   ó EI = ES ‐ T

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Sistemas de ajuste

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Tema 2.5: Ajustes y tolerancias

Sistemas de ajuste ISO

• Dado que existen 28 posiciones de tolerancia para el agujero y otras tantaspara el eje, se podría combinar cada una de las posiciones de la tolerancia delagujero con las distintas posiciones de la tolerancia en el eje, y viceversa; estodaría lugar a numerosas combinaciones, e incluso muchas de ellas tendríancaracterísticas similares.

• Para evitar este inconveniente se establecen los sistemas de ajuste.• Un sistema de ajuste es un conjunto sistemático de ajustes entre ejes y

agujeros pertenecientes a un sistema de tolerancias, y que puede dar lugar adiversos juegos y aprietos.

• El comité ISO estableció dos sistemas de ajuste, denominados:• Sistema de ajuste de eje único• Sistema de ajuste de agujero único

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Sistemas de ajuste

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Tema 2.5: Ajustes y tolerancias

Sistema de ajuste de eje único: eje cuya diferencia superior es nula: zona detolerancia en posición h

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Sistemas de ajuste

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Tema 2.5: Ajustes y tolerancias

Sistema de ajuste de agujero único: agujero cuya diferencia inferior es nula: zonade tolerancia en posición H.

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Sistemas de ajuste

Tema 2.5: Ajustes y tolerancias

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Selección de ajustes

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Tema 2.5: Ajustes y tolerancias

Dimensiones normalizadas de un agujero y un eje

Se determina el valor de la tolerancia del ajuste mediante la expresión:

TJ = JM – Jm (juego)

TA = AM – Am (apriete)

TI = JM – Am (indeterminado)

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Selección de ajustes

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Tema 2.5: Ajustes y tolerancias

Dimensiones normalizadas de un agujero y un eje

1)Aplicando los sistemas de agujero único o eje único, se determinan lasdimensiones normalizadas del agujero y el eje.

2) El ajuste idóneo será aquel cuyos límites máximos y mínimos estén máspróximos (o sean iguales) a los impuestos

3) Si resultaran varios ajustes idóneos, se seleccionará el que más seajuste al juego medio

J. Salguero

2+

=JmJM

Jmedio

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INGENIERÍA DE FABRICACIÓN

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Tema 2.5: Ajustes y toleranciasProblema de ajustes 1

Deseamos fabricar dos piezas para obtener un ensamblaje con la siguientedenominación:

18H8/d9Se pide:

a) Determinar las tolerancias y dimensiones del agujero y del eje, así comolos esquemas de los campos de tolerancia.

b) Determinar el tipo de ajuste.c) Si quisiéramos obtener un ajuste distinto, ¿cuál sería el grado y clase de la

tolerancia del eje?.