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ELEMENTOS ROSCADOS




Enviado por solmaryeli



    1. Definiciones de la
      terminología de roscas
    2. Normas y
      estandares
    3. Representación,
      acotación y designación de piezas
      normalizadas
    4. Tipos de
      rosca
    5. Tornillos
    6. Mecánica de los
      tornillos de fuerza o potencia
    7. Elevación de la
      carga
    8. Coeficentes de rozamiento en los
      tornillos de potencia
    9. Eficiencia de un mecaniso de
      tornillo
    10. Los esfuerzos en la
      rosca
    11. La presión de
      contacto
    12. Sujetadores
      roscados

    Los elementos roscados se usan extensamente en la
    fabricación de casi todos los diseños de ingeniería. Los tornillos suministran un
    método
    relativamente rápido y fácil para mantener unidas
    dos partes y para ejercer una fuerza que se
    pueda utilizar para ajustar partes movibles.

    DEFINICIONES DE LA TERMINOLOGIA DE
    ROSCAS

    Rosca: es un filete continuo de sección
    uniforme y arrollada como una elipse sobre la superficie exterior
    e interior de un cilindro.

    Rosca externa: es una rosca en la superficie
    externa de un cilindro.

    Rosca Interna: es una rosca tallada en el
    interior de una pieza, tal como en una tuerca.

    Diámetro Interior: es el mayor
    diámetro de una rosca interna o externa.

    Diámetro del núcleo: es el menor
    diámetro de una rosca interna o externa.

    Diámetro en los flancos (o medio): es el
    diámetro de un cilindro imaginario que pasa por los
    filetes en el punto en el cual el ancho de estos es igual al
    espacio entre los mismos.

    Paso: es la distancia entre las crestas de dos
    filetes sucesivos. Es la distancia desde un punto sobre un filete
    hasta el punto correspondiente sobre el filete adyacente, medida
    paralelamente al eje.

    Avance: es la distancia que avanzaría el
    tornillo relativo a la tuerca en una rotación. Para un
    tornillo de rosca sencilla el avance es igual al paso, para uno
    de rosca doble, el avance es el doble del paso, y así
    sucesivamente.

    El ángulo de la hélice o rosca
    (α)
    : Esta relacionado en el avance y el
    radio medio
    (rm) por la ecuación:

    En algunos casos se utilizará el angulo
    θn que
    mide la pendiente del perfil de la rosca en la sección
    normal, esta relacionado en el angulo
    θ en la sección axial y el
    angulo de la hélice como sigue:

    Nota: Cuando aparece
    cosθn en las ecuaciones, se
    reemplazan con frecuencia por cosθ. Esto da una
    ecuaciσn aproximada pero, para los valores
    normalmente pequeños de α, no introduce error
    apreciable.

    NORMAS Y ESTANDARES

    ORGANISMOS DE
    NORMALIZACION

    En la tabla que se presenta a continuación, se
    indican los organismos de normalización de varias
    naciones.

    PAIS

    ABREVIATURA DE LA
    NORMA

    ORGANISMO
    NORMALIZADOR

    Internacional

    ISO

    Organización Internacional
    de Normalización.

    España

    UNE

    Instituto de
    Racionalización y Normalización.

    Alemania

    DIN

    Comité de Normas
    Alemán.

    Rusia

    GOST

    Organismo Nacional de
    Normalización Soviético.

    Francia

    NF

    Asociación Francesa de
    Normas.

    Inglaterra

    BSI

    Instituto de normalización
    Ingles.

    Italia

    UNI

    Ente Nacional Italiano de
    Unificación.

    América

    USASI

    Instituto de Normalización
    para los Estados de América.

    REPRESENTACIÓN, ACOTACIÓN Y
    DESIGNACION DE PIEZAS NORMALIZADAS

    En la inmensa diversidad de mecanismos y maquinas en
    general, una gran cantidad de piezas accesorias que los componen,
    tienen unas formas y dimensiones ya predeterminadas en una serie
    de normas, es decir, son piezas normalizadas.

    En general, la utilización de piezas normalizadas
    facilita en gran medida la labor de delineación, ya que al
    utilizar este tipo de piezas, evitamos tener que realizar sus
    correspondientes dibujos de
    taller. Estas normas especificaran: forma, dimensiones,
    tolerancias, materiales, y
    demás características técnicas.

    DESIGNACIÓN DE LOS TORNILLOS

    Básicamente, la designación de un tornillo
    incluye los siguientes datos: tipo de
    tornillo según la forma de su cabeza, designación
    de la rosca, longitud y norma que lo define. A estos datos, se
    pueden añadir otros, referentes a la resistencia del
    material, precisión, etc.

     Ejemplo: Tornillo hexagonal M20 x 2 x 60 x To DIN
    960.mg 8.8

    Y al analizar cada elemento vemos que.

    1. Denominación o nombre: Tornillo
      Hexagonal
    2. Designación de la Rosca: M20 x 2
    3. Longitud del vástago: 60
    4. To: Cabezas in saliente en forma de
      plato
    5. Norma que especifica la forma y
      característica del tornillo: DIN 960
    6. m.g: Ejecución y precisión de
      medidas
    7. 8.8: clase de resistencia o características
      mecánicas.

    La longitud que interviene en la designación es
    la siguiente:

    1. En general, la longitud indicada se corresponde con
      la longitud total del vástago.
    2. Para tornillos con extremo con tetón, la
      longitud indicada incluye la longitud del
      tetón.
    3. Para tornillos de cabeza avellanada, la longitud
      indicada es la longitud total del tornillo.

     

    DESIGNACION DE LAS ROSCAS

    .La designación o nomenclatura de
    la rosca es la identificación de los principales elementos
    que intervienen en la fabricación de una rosca
    determinada, se hace por medio de su letra representativa e
    indicando la dimensión del diámetro exterior y el
    paso. Este último se indica directamente en
    milímetros para la rosca métrica, mientras que en
    la rosca unificada y Witworth se indica  a través de
    la cantidad de hilos existentes dentro de una pulgada.

    Por ejemplo, la rosca M 3,5 x 0,6 indica una rosca
    métrica normal de 3,5 mm de diámetro exterior con
    un paso de 0,6 mm. La  rosca W 3/4 ’’- 10
    equivale a una rosca Witworth normal de 3/4 pulg de
    diámetro exterior y 10 hilos por pulgada.

    La designación de la rosca unificada se haced e
    manera diferente: Por ejemplo una nomenclatura normal en un plano
    de taller podría ser:

    1/4 – 28 UNF – 3B –
    LH

    Y al examinar cada elemento se tiene que:

    1/4 de pulgada es el diámetro mayor nominal de la
    rosca.

    28 es el numero de rosca por pulgada.

    UNF es la serie de roscas, en este caso unificada
    fina.

    3B: el 3 indica el ajuste (relación entre una
    rosca interna y una externa cuando se arman); B indica una tuerca
    interna. Una A indica una tuerca externa.

    LH indica que la rosca es izquierda. (Cuando no aparece
    indicación alguna se supone que la rosca es
    derecha)

    La tabla siguiente entrega información para reconocer el tipo de rosca
    a través de su letra característica, se listan la
    mayoría de las roscas utilizadas en ingeniería
    mecánica

    Símbolos de roscado más
    comunes

    Denominación usual

    Otras

    American Petroleum Institute

    API

    British Association

    BA

    International Standards Organisation

    ISO

    Rosca para bicicletas

    C

    Rosca Edison

    E

    Rosca de filetes redondos

    Rd

    Rosca de filetes trapesoidales

    Tr

    Rosca para tubos blindados

    PG

    Pr

    Rosca Whitworth de paso normal

    BSW

    W

    Rosca Whitworth de paso fino

    BSF

    Rosca Whitworth cilíndrica para
    tubos

    BSPT

    KR

    Rosca Whitworth

    BSP

    R

    Rosca Métrica paso normal

    M

    SI

    Rosca Métrica paso fino

    M

    SIF

    Rosca Americana Unificada p. normal

    UNC

    NC, USS

    Rosca Americana Unificada p. fino

    UNF

    NF, SAE

    Rosca Americana Unificada p.exrafino

    UNEF

    NEF

    Rosca Americana Cilíndrica para
    tubos

    NPS

    Rosca Americana Cónica para
    tubos

    NPT

    ASTP

    Rosca Americana paso especial

    UNS

    NS

    Rosca Americana Cilíndrica "dryseal" para
    tubos

    NPSF

    Rosca Americana Cónica "dryseal" para
    tubos

    NPTF

    Con respecto al sentido de
    giro, en la designación se indica  "izq" si es una
    rosca de sentido izquierdo, no se indica nada si es de sentido
    derecho. De forma similar, si tiene más de una entrada se
    indica "2 ent" o "3 ent". Si no se indica nada al respecto, se
    subentiende que se trata de una rosca de una entrada y de sentido
    de avance derecho.

    En roscas de fabricación norteamericana, se
    agregan más símbolos para informar el grado de
    ajuste y tratamientos especiales 

    Es posible crear una rosca con dimensiones no
    estándares, pero siempre es recomendable usar roscas
    normalizadas para adquirirlas en ferreterías y facilitar
    la ubicación de los repuestos. La fabricación y el
    mecanizado de piezas especiales aumenta el costo de
    cualquier diseño,
    por lo tanto se recomienda el uso de las piezas que están
    en plaza.

    Tipos
    de Rosca

    Rosca en V
    Aguda

    Se aplica en donde es importante la sujeción por
    fricción o el ajuste, como en instrumentos de
    precisión, aunque su utilización actualmente es
    rara.

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    Rosca
    Redondeada

    Se utiliza en tapones para botellas y bombillos, donde
    no se requiere mucha fuerza, es bastante adecuada cuando las
    roscas han de ser moldeadas o laminadas en chapa
    metálica.

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    Rosca Nacional Americana
    Unificada

    Esta la forma es la base del estándar de las
    roscas en Estados Unidos,
    Canadá y Gran Bretaña.

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    Rosca Cuadrada

    Esta rosca puede transmitir todas las fuerzas en
    dirección casi paralela al eje, a veces se
    modifica la forma de filete cuadrado dándole una conicidad
    o inclinación de 5° a los lados.

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    Rosca Acme

    Ha reemplazado generalmente a la rosca de filete
    truncado. Es más resistente, más fácil de
    tallar y permite el empleo de una
    tuerca partida o de desembrague que no puede ser utilizada con
    una rosca de filete cuadrado.

    Las roscas Acme se emplean donde se necesita aplicar
    mucha fuerza. Se usan para transmitir movimiento en
    todo tipo de máquinas
    herramientas,
    gatos, prensas grandes "C", tornillos de banco y
    sujetadores. Las roscas Acme tienen un ángulo de rosca de
    29° y una cara plana grande en la cresta y en la Raíz.
    Las roscas Acme se diseñaron para sustituir la rosca
    cuadrada, que es difícil de fabricar y
    quebradiza.

    Hay tres clases de rosca Acme, 2G, 3G y 4G, y cada una
    tiene holguras en todas dimensiones para permitir movimiento
    libre. Las roscas clase 2G se usan en la mayor parte de los
    conjuntos. Las
    clases 3G y 4G se usan cuando se permite menos juego u
    holgura, como por ejemplo en el husillo de un torno o de la
    mesa de una maquina fresadora.

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    Rosca Whitworth

    Utilizada en Gran Bretaña para uso general siendo
    su equivalente la rosca Nacional Americana.

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    Rosca Sin Fin

    Se utiliza sobre ejes para transmitir fuerza a los
    engranajes sinfín.

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    Rosca Trapezoidal

    Este tipo de rosca se utiliza para dirigir la fuerza en
    una dirección. Se emplea en gatos y cerrojos de
    cañones.

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    TORNILLOS

    Definición:

    Pieza cilíndrica de metal cuya superficie tiene
    un resalte en espiral de separación constante; este se
    emplea como elemento de unión, suele enroscarse en una
    tuerca y el mismo puede terminar en punta, planos o cualquier
    otra forma estandarizada.

    Tipos de Tornillos:

    • Tornillo De Unión: Se utiliza para la
      unión de dos piezas y se hace a través de un
      agujero pasante (sin rosca) de una de ellas y roscando en la
      otra, como la tuerca.
    • Tornillo Pasante: Es un tornillo que atraviesa las
      piezas a unir sin roscar en ninguna de ellas. Se usan para
      piezas de fundición o aleaciones
      ligeras
    • Espárragos. Es una varilla roscada en los
      dos extremos sin variación de diámetro. Un
      extremo va roscando en la pieza mientras que el otro tiene
      rosca exterior, no tiene cabeza y la sujeción se logra
      por medio de una tuerca.
    • Tornillo Autoroscante: Estos se usan para uniones
      que deban saltarse raramente, se recomienda para metales
      blandos o aceros de menos 50 Kg. de resistencia, en
      carrocerías, en mecánica fina y electrónica.
    • Tornillo Prisionero: Es una varilla roscada por uno
      o dos extremos, su colocación se realiza entre la
      tuerca y el tornillo, taladrado previamente.

    MECANICA DE LOS TORNILLOS DE FUERZA O
    POTENCIA

    Los tornillos de Potencia son un
    dispositivo para cambiar movimiento lineal y usualmente para
    transmitir potencia. En forma mas específica las tornillos
    de potencia se usan:

    1. Para obtener una ventaja mecánica mayor con
      objeto de levantar pesos, como es el caso de los gatos tipo
      tornillos de lo automóviles.
    2. Para ejercer fuerzas de gran magnitud, como en los
      compactadores caseros o en una prensa.
    3. Para obtener un posicionamiento
      preciso de un movimiento axial, como en el tornillo de un
      micrómetro o en el tornillo de avance de un
      torno.

    En cada una de estas aplicaciones se utiliza un par de
    torsión en los extremos de los tornillos por medio de
    conjuntos de engranajes, creando de esta forma una carga sobre el
    dispositivo.

    En los tornillos de potencia se usa el perfil de rosca
    Acme. El ángulo de la rosca es de 29° y sus
    dimensiones se pueden determinar fácilmente después
    que se conoce el paso:

    Con el diámetro de la cresta, el número de
    roscas por pulgada, y las áreas de esfuerzo de
    tensión y compresión (Tabuladas) para las roscas de
    los tornillos de potencia Acme. Calculamos el área del es
    fuerzo de tensión, mediante la siguiente
    formula:

    En el caso de los tornillos de fuerza o potencia, la
    rosca Acme no es tan eficiente como la rosca cuadrada debido al
    rozamiento extra ocasionado por la acción de cuña;
    pero suele preferírsela porque es mas fácil de de
    formar a máquina y permite el empleo de una tuerca
    partida, que puede ajustarse para compensar el
    desgaste.

    ELEVACION DE LA CARGA

    El momento (T) requerido para avanzar el tornillo
    (o la tuerca) contra una carga (W) viene dado
    por:

    Donde:

    T = momento aplicado para girar el tornillo o la tuerca,
    cualquiera que sea el que este girando.

    W = carga paralela al eje del tornillo.

    rm = radio medio del a rosca.

    rc = radio efectivo del a superficie de
    rozamiento contra la cual sea poya la carga, llamado
    también radio del collar.

    f = coeficiente de rozamiento entre las roscas del
    tornillo y la tuerca.

    fc = coeficiente de rozamiento en el
    collar.

    α = αngulo del a hιlice en
    la rosca en el radio medio.

    θn =
    ángulo entre la tangente al perfil del diente (sobre el
    lado cargado) y una línea radial, medido en un plano norma
    la la hélice del a rosca en un radio medio.

    El momento requerido para avanzar el tornillo (o la
    tuerca) en el sentido de la carga (o descendiendo la carga)
    es

    Este momento puede ser positivo o negativo. Si es
    positivo, debe efectuarse trabajo para avanzar el tornillo. Si es
    negativo, el significado es que, en equilibrio, el
    momento debe retardar la rotación, esto es, la carga axial
    aisladamente producirá rotación (situación
    de taladro de empuje). Se dice en este caso que el tornillo debe
    sobrecargarse o sufrirá arrastre.

    COEFICENTES DE ROZAMIENTO EN LOS TORNILLOS DE
    POTENCIA

    Si las superficies de los hilos de rosca son lisas y
    estan bien lubricadas, el coeficiente de rozamiento puede ser tan
    bajo como f=0.10, pero con materiales d emano de obra de calidad promedio,
    Ham y Ryan (*) recomienda f=0.125. Si la
    ejecución es de calidad dudosas e puede tomar f=0.15. Para
    el aumento en el arranques e aumentan estos valore sen
    30-35%.

    (*) Ham y Ryan en base a sus experimentos
    dedujeron que el coeficiente de rozamiento es independiente de la
    carga axial; que esta sometido a cambios despreciables debido a
    la velocidad para
    la mayoría de los intervalos de ésta que se emplean
    en la práctica; que disminuye algo con lubricantes
    espesos; que la variación es pequeña para los
    diferentes combinaciones de materiales comerciales , siendo menor
    la correspondiente al aceros obre bronce, y que las ecuaciones
    teóricas dan una buena predicción sobre las
    ecuaciones reales.

    EFICIENCIA DE UN MECANISO DE TORNILLO

    Es la relación entre el trabajo de
    salida y el trabajo de entrada.

    LOS ESFUERZOS EN LA ROSCA

    Se calculan considerando que la rosca es una viga corta
    en voladizo proyectada desde el núcleo. La carga sobre la
    viga se toma como la carga axial sobre el tornillo W, concentrada
    en el radio medio, esto es la mitad de la altura h del a rosca.
    El ancho de la viga es la longitud de la rosca (medida en el
    radio medio) sometida a la carga. Con estas hipótesis el esfuerzo de flexión en
    la base de la rosca es muy aproximadamente,

    y el esfuerzo cortante transversal medio es

    donde n es el numero de vueltas de la rosca
    sometidas a la carga y b es el ancho del a sección
    del a rosca en el núcleo.

    LA
    PRESION DE CONTACTO

    Entre las superficies del tornillo puede ser un factor
    crítico en el diseño, especialmente para tornillos
    de potencia. Esta dada aproximadamente por:

    Este calculo es bajo porque:

    1. Las holguras entre la raiz y las roscas interna y
      externa significan que la cargan o es soportadas obre la
      profundidad total de h.
    2. La carga no esta distribuida uniformemente sobre la
      longitud del a rosca.

    LOS ESFUERZOS EN EL NÚCLEO DEL
    TORNILLO

    Pueden calcularse considerando que las cargas y los
    momentos son soportados por el cilindro desnudo (despreciando el
    aumento de resistencia por presencia de la rosca). El esfuerzo
    cortante torsional es:

    donde ri es el radio de fondo del
    tornillo. T es el momento apropiado, esto es, el momento
    de torsión al cual esta sometida la sección
    considerada. Este puede ser el momento total aplicado, el momento
    por fricción en el collar únicamente, o el momento
    del tornillo solamente (total menos momento por fricción
    en el collar). Cada caso debe examinarse con cuidado para ver
    cual se aplica.

    El esfuerzo directo, puede ser de tracción o
    compresión, es:

    Una modificación de la fórmula anterior se
    utiliza frecuentemente en los cálculos de los sujetadores
    roscados para tener en cuenta, aproximadamente el esfuerzo del
    aumento de resistencia producido por la rosca. Básicamente
    la modificación consiste en suponer que el cilindro tiene
    un radio mayor que el real. Entonces:

    Tanto lasa reas de esfuerzo como las áreas de la
    base, se encuentran tabuladas en muchos textos y manuales.

    SUJETADORES ROSCADOS

    Un sujetador es un dispositivo que sirve para sujetar o
    unir dos o más miembros.

    La denominación que se da a los sujetadores
    roscados depende de la función
    para la que fueron hechos y no de cómo se emplean
    realmente en casos específicos. Si se recuerda este hecho
    básico, no será difícil distinguir entre un
    tornillo y un perno.

    Si un elemento esta diseñado de tal modo que su
    función primaria sea quedar instalado dentro de un agujero
    roscado, recibe el nombre de tornillo. Por tanto, un tornillo se
    aprieta aplicando un par torsor en su cabeza.

    Si un elemento esta diseñado para ser instalado
    con una tuerca, se denomina perno. Así, los pernos se
    aprietan aplicando una par torsor a la tuerca.

    Un esparrago (o perno con doble rosca, birlo) e suna
    varilla con rosca en sus dos extremos; uno entra en un agujero
    roscado ye l otro recibe una tuerca.

     

    Los sujetadores roscado incluyen pernos pasantes,
    tornillos de cabeza, tornillos de máquina, tornillos
    prisioneros y una variedad de implementos especiales que utilizan
    el principio del tornillo.

    BIBLIOGRAFÍA

     

     

     

     

     

    Autor:

    Solmaryeli Morales C.

    Jackelyn M. Rivas G.

     

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