roscas y tornillos (elementos de maquinas)
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República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular para la Educación Universitaria
Instituto Universitario Politécnico “Santiago Mariño”
Extensión Mérida
ROSCAS Y TORNILLOS
Integrantes:
Alfred Arrieta C.I: 13.965.348
Carla Urdaneta C.I: 19.440.879
ROSCAS
Una Rosca es una arista helicoidal de un tornillo (rosca exterior) o de una tuerca
(rosca interior), de sección triangular, cuadrada o roma, formada sobre un núcleo
cilíndrico, cuyo diámetro y paso se hallan normalizados.
Se denomina rosca al fileteado que presentan los tornillos y los elementos a los
que éstos van roscados (tuercas o elementos fijos). Las roscas se caracterizan por
su perfil y paso, además de su diámetro.
El perfil de rosca métrica ISO es de sección triangular equilátera, con aristas
inferiores redondeadas y arista superior chaflanada, mientras que el perfil de rosca
inglesa Whitworth es de sección triangular isósceles, con todas sus aristas
redondeadas. La «rosca de paso de gas» tiene un perfil triangular con un ángulo
de 55° en el vértice y cortes redondeados. En el sistema norteamericano Sellers, a
cada diámetro corresponde un determinado número de filetes por pulgada.
Las roscas de perfil trapecial están especialmente indicadas para la transmisión de
esfuerzos en un solo sentido mientras que la rosca de filete redondo o de cordón
se utiliza en los casos en los que ha de recibir impactos persistentes. Las roscas
de perfil cuadrado se emplean cuando sea conveniente evitar la acción radial de la
rosca.
TERMINOLOGIA
Rosca De Tornillo: Un filete de sección uniforme que se extiende en forma
de hélice sobre la superficie exterior o interior de un cilindro o cono.
Rosca Recta: Rosca tallada sobre un cono.
Rosca Externa: De un tornillo.
Rosca Interna: De una tuerca.
Rosca A La Derecha: Visto desde la cabeza, rosca arrollada en el sentido
de las manecillas del reloj.
Rosca A La Izquierda: Es lo contrario a la anterior; se designa por L-H (left-
hand)
Forma: El perfil (de la sección transversal) del filete ó hilo de la rosca.
Cresta: La arista o superficie que une los flancos o caras de una rosca y
que está más alejada del cilindro o cono sobre el que sobresale la rosca.
Raíz O Fondo: La arista o superficie que une los flancos o lados de filetes
adyacentes y que coincide con el cilindro o cono del que sobresale la rosca.
Paso: La distancia entre dos puntos correspondientes de dos filetes o hilos
consecutivos medida paralelamente al eje. Esta distancia es una medida
del tamaño de la forma de la rosca usada.
Avance: La distancia que una pieza roscada se mueve axialmente, respecto
a la pieza fija en que encaja, en una revolución completa.
Hilos Por Pulgada: El recíproco del paso y el valor especificado para regir el
tamaño de la forma de la rosca.
Diámetro Mayor O Nominal: El diámetro más grande de una rosca de
tornillo.
Diámetro Menor O De La Raíz: El diámetro más pequeño de una rosca de
tornillo.
Diámetro De Paso O Primitivo: En una rosca recta, el diámetro de un
cilindro imaginario cuya superficie corta a las formas o perfiles de los filetes
de modo que sus anchos y los huecos entre ellos sean iguales.
Profundidad De La Rosca: La distancia entre la cresta y la raíz medida
perpendicularmente al eje.
Rosca Sencilla O De Una Sola Entrada: Una rosca cuyo filete esta tallado
sobre una sola hélice del cilindro. En una rosca sencilla, el avance y el paso
son iguales. Las roscas son siempre sencillas, a menos que se indique lo
contrario.
Roscas Múltiples O De Entrada Múltiple: Una combinación de roscas de la
misma forma, talladas sobre dos o más hélices del cilindro. En este tipo de
roscas, el avance es un múltiplo entero del paso. Una rosca múltiple
permite un avance más rápido sin que su forma o perfil tenga que ser más
grande.
CLASIFICACION
Según la forma del filete, las roscas pueden clasificarse en:
Rosca triangular: recibe este nombre cuando el prisma que engendra la rosca
tiene sección parecida a un triángulo. Es la más utilizada en la industria, por
destinarse a la sujeción de piezas.
Rosca cuadrada: es la engendrada por un filete de sección cuadrada. No está
normalizada, por lo que en la actualidad tiende a desaparecer.
Rosca trapecial: es la engendrada por un filete cuya sección es un trapecio
isósceles. Se emplea mucho en husillos de máquinas herramientas, para
conseguir movimientos de translación.
Rosca redonda: esta rosca es utilizada en husillos que tengan que soportar
esfuerzos grandes o bruscos. Es la rosca de mejores condiciones mecánicas, pero
de difícil elaboración.
Rosca en diente de sierra: Es la engendrada por un filete cuya sección es
aproximadamente un trapecio rectángulo. Rosca de difícil elaboración pero muy
resistente a los esfuerzos exíliales en un solo sentido. Es muy utilizada en artillería
y prensas.
ROSCA A DERECHAS O A IZQUIERDAS
Una rosca es a derechas cuando penetra al girar hacia la derecha y es
a izquierdas cuando penetra a girar hacia la izquierda.
Para distinguir si un tornillo presenta su rosca a derechas o a izquierdas, se coloca
el eje del tornillo en un plano inferior y perpendicular al observador. Si la helice o
filete se aleja hacia la derecha, el tornillo es a derechas, pero si se aleja hacia la
izquierda, entonces el tornillo es a izquierdas.
Para distinguir el sentido de rosca en las tuercas, se procede como en el tornillo,
pero ha de tenerse en cuenta que los hilos visibles son los de la parte inferior; por
lo tanto, cuando se alejan hacia la izquierda la rosca es a derechas.
PERFIL DE UNA ROSCA
En toda rosca hay que distinguir unos elementos que la caracterinzan:
Los más importantes son:
Nucleo: Es el volumen ideal sobre el que se encuentra la rosca o cuerpo
del elemento roscado.
Flancos: Son las superficies teoricas de contacto.
Cresta: Es la superficie exterior de union de los flancos
Fondo: Es la superficie interior de union de los flancos.
Hilo: Es cada uno de los vertices o crestas.
Paso: Es la distancia medida paralelamente al eje entre dos hilos
consecutivos.
Avance: Es el desplazamiento medido paralelamente al eje del elemento
de union roscado - el movil sobre el fijo - para una vuelta completa. En la
rosca o de una sola entrada, el avance es igual al paso.
ROSCA TRIANGULAR
Ya se ha dicho que la rosca triangular esta engendrada por un triangulo.
Si el triángulo base del perfil de una rosca es un triángulo equilatero y sus medidas
se expresan en milímetros, la rosca es Metrica.
Si la rosca esta engendrada por un triangulo isoseles, con un angulo en el vertice
de 55º, la rosca es triangular Whitworth. Y todas sus medidas se expresan en
pulgadas.
ROSCA METRICA ISO
En la siguiente figura se observa el perfil de esta rosca, y observaremos como los
achaflamientos dan lugar a las crestas y los redondeamientos que dan lugar a los
fondos.
Otras dimensiones son:
Angulo entre flancos = 60º
Profundidad de rosca del tornillo h3 = 0,613p. (paso expresado en mm.)
Diametro del nucleo del tornillo d3 = d - 1,226p.
Diametro del nucleo de la tuerca D1 = d - 1,08p.
Diametro medio comun a tornillo y tuerca d2 = D2 = d - 0,65p.
ROSCA WHITWORTH
Debe su nombre l ingles Jorge Whitworth, propuesta por el en el año 1841.
Como se observa esta rosca no tiene juegos ni holguras y tanto sus crestas como
sus fondos estan redondeados.
Otras dimensiones son:
Angulo entre flancos = 55º
Profundidad de rosca de tornillo y tuerca h3 = 0,64p. (paso expresado en
pulgadas)
Diametro den nucleo de tornillo y tuerca d1 = D1 = d - 1,28p.
Diametro medido comun a tornillo y tuerca d2 = D2 = d - 0,64p.
DESIGNACION
La designación de las roscas 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 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
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
aumentan el costo de cualquier diseño, por lo tanto se recomienda el uso de las
piezas que están en plaza.
Se han destacado solamente las roscas métricas, unificadas y withworth por ser
las más utilizadas, pero existen muchas roscas importantes para usos especiales.
Le entregan a continuación las tablas detalladas de estas tres familias de roscas
para las series fina y basta.
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
Parámetros para definir los tornillos
Todo tornillo se caracteriza por los siguientes parámetros:
1) PASO
2) FORMA DEL FILETE
3) ANGULO DE LA ROSCA 4)
4) AVANCE
5) SENTIDO DE GIRO
Paso: Se denomina paso a la distancia existente entre dos dientes consecutivos
medido entre puntos homónimos sobre el diámetro mayor o diámetro de cresta. El
paso “p” es un parámetro importante en la identificación de un tornillo.
Forma Del Filete: La forma del filete puede ser variada dependiendo del tipo de
uso que tenga el tornillo, pudiendo ser triangular, redonda, cuadrada, trapecial,
diente de sierra, entre otras. Las roscas de tipo triangular son las más
comúnmente usadas, las roscas cuadradas se emplean como medio para
transmitir movimiento en husillos de máquinas herramientas y/o dispositivos de
elevación.
Angulo De La Rosca: Cuando el ángulo de rosca es de 60°, el tipo de rosca
corresponde a la identificación unificada o UN, también es el ángulo de la rosca
denominada métrica. Las roscas denominadas whitwort tienen un ángulo de 55°.
Las roscas triangulares suelen presentar truncamientos en la raíz y en la cresta,
para evitar problemas de rotura y optimizar su capacidad de roscado.
Avance: El avance es la distancia longitudinal que avanza un punto de un diente
en un giro del tornillo. En la Figura se pueden apreciar tres tipos distintos de
avances y de acuerdo a que la rosca sea de dos o tres entradas, el avance será
dos o tres veces mayor al correspondiente a una rosca de una entrada
Sentido De Giro: El sentido de giro puede ser simplemente dextrógiro o levógiro,
en tanto que el tornillo gire en sentido horario o anti horario cuando es introducido
en una tuerca fija.
Tornillos de potencia
Los tornillos de Potencia son un dispositivo para cambiar movimiento lineal y
usualmente para transmitir potencia. En forma más específica las tornillos de
potencia se usan:
Para obtener una ventaja mecánica mayor con objeto de levantar pesos, como es
el caso de los gatos tipo tornillos de lo automóviles.
Para ejercer fuerzas de gran magnitud, como en los compactadores caseros o en
una prensa.
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 más fácil de formar a máquina y permite
el empleo de una tuerca partida, que puede ajustarse para compensar el
desgaste.
TORNILLO DE AUTOBLOQUEO
El auto bloqueo se refiere a que el tornillo no podrá ser girado por la aplicación de
cualquier magnitud de fuerza que se aplique axialmente (no como par de torsión) a
la tuerca, es decir para sujetar la carga P no necesita un freno (Ej. gato de tornillo).
La situación opuesta al auto bloqueo es un tornillo que sea impulsado hacia atrás
a través de una fuerza axial que hará que el tornillo gire (Ej. destornillador
Yankee), es decir se convierte un movimiento lineal en movimiento giratorio.
La relación entre el coeficiente de fricción y el ángulo de avance del tornillo
determinan su capacidad de auto bloqueo.
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 está 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 está 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) es una varilla con rosca en sus dos
extremos; uno entra en un agujero roscado ye l otro recibe una tuerca.
TIPOS
pernos pasantes
tornillos de cabeza
tornillos de máquina
tornillos prisioneros
variedad de implementos especiales que utilizan el principio del tornillo.
JUNTAS DE EMPAQUETADURAS
En la figura 15.17 se observa un sujetador roscado con una empaquetadura sin
confinar que une dos miembros. Una empaquetadura sin confinar se extiende
sobre todo el diámetro (como se muestra en la figura (15.17) de una junta;
mientras que una empaquetadura confinada se extiende solo sobre una parte del
diámetro de la junta. Una empaquetadura confinada se puede considerar como si
la empaquetadura no estuviera presente.
Una empaquetadura sin confinar está hecha de un material elastomérico suave.
Recuerde que los diferentes miembros de la junta se pueden considerar como
resortes individuales con razones de resorte individuales que dependen de los
materiales. Las empaquetaduras están hechas de un material suave en relación
con los otros miembros de la junta. El módulo de elasticidad es mucho menor para
la empaquetadura que para los otros miembros de la junta . Como el módulo de
elasticidad es directamente proporcional a la rigidez, de elasticidad es
directamente proporcional a la rigidez.