- De una entrada, si tiene un solo filete

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1 TEMA.- UNIÓN DE ELEMENTOSE TORNILLOS Y TUERCAS Los tornillos y tuercas se utilizan para unir e forma no permanente los elementos e máquinas. Son componentes e gran utilia, insustituibles en iversas ocasiones y con características e iseño y construcción que les permiten una perfecta aaptación a muy variaas coniciones y circunstancias e trabajo. ara el ingeniero proyectista es inispensable conocer profunamente estos elementos pues su campo e aplicación en máquinas es amplísimo. La parte más importante e los tornillos y tuercas es la rosca. En mecánica se llama rosca a la hélice construia sobre un cilinro, con un perfil eterminao y e una manera continua y uniforme. Si la hélice es exterior resulta un tornillo y si es interior una tuerca. Se puee consierar como si un prisma se enrollase alreeor y a lo largo e un cilinro que se llama núcleo. En la práctica lo que se hace es una canal que e lugar a la rosca. Estos prismas en forma e hélice reciben el nombre e hilos o filetes e rosca. Los canales que queen entre los filetes se llaman entraas. La figura siguiente representa un tornillo y su corresponiente tuerca. La terminología usaa en los tornillos es la siguiente: a.- Diámetro mayor..- Diámetro meio m..- Diámetro menor r..- aso p..- Bisel..- Ángulo e la rosca..- Cabeza. Figura.- Nomenclatura e tornillo. Cabeza: Zona para agarre con herramientas para su colocación Cuerpo o vástago o caña: Zona en la que va tallaa la rosca. aso: Distancia entre os hilos ayacentes meia paralelamente al eje el tornillo. Diámetro mayor: Es el mayor tamaño e la rosca. Diámetro meio: Es el situao en la profunia meia e la rosca. Diámetro menor o iámetro e núcleo: Es el e menor tamaño e la rosca. Ángulo e rosca: Es el formao por las os caras que separan os hilos consecutivos. Bisel: Ángulo final el cuerpo el tornillo. Tornillo e rosca simple: Tornillo con un solo hilo. Tornillo e rosca múltiple: Tornillo con varios hilos. Figura.- Tornillo y tuerca. A continuación se presenta la generación teórica e una rosca. or ser la parte más importante e los tornillos y e las tuercas se va a proceer a un estuio etallao e las roscas, para lo que se va a comenzar con su clasificación. En la clasificación e una rosca intervienen varios factores, como son: el número e filetes, la forma e la rosca, el lugar one va roscaa y el sentio. Según el número e hilos:.- Núcleo..- risma o filete. Figura.- Generación e una rosca. - De una entraa, si tiene un solo filete

2 - De varias entraas, si tiene os o más filetes. or la forma e los hilos: - Triangulares: los filetes son triángulos y son las más usaas para fijación. - Trapeciales: los filetes son trapecios isósceles y son las más usaas para transmisión e fuerza o servir e guía. - Reonas: se emplean para roscas que tengan mucho esgaste y para casos especiales (casquillos e bombillas). Según su posición: - Exteriores: si están hechas en un cilinro exterior, an lugar a un tornillo. - Interiores: si están hechas en un cilinro interior o agujero, an lugar a tuercas. Si se representa una rosca seccionaa según un plano axial y se atiene sólo al filete se aprecian (siguiente figura) los siguientes etalles: - Flanco o cara lateral. - Ángulo el flanco: meio en un plano axial. - Fono, unión e los flancos por la parte interior. - Cresta, unión e los flancos por la parte interior. - Vano, espacio vacío entre os filetes - Base, one los filetes se apoyan en el núcleo - línea imaginaria - - Núcleo, es el volumen ieal sobre el que se encuentra la rosca o cuerpo el elemento roscao. - ilo, es la porción e hélice comprenia en una vuelta completa e la tuerca. La siguiente figura representa roscas e os y tres entraas: a / Figura.- Rocas es os y tres entraas. La siguiente figura representa roscas con iferentes formas e hilos. / Figura. Elementos e una rosca..- Ángulo el flanco..- Vano..- Cresta o vértice..- unto meio el flanco..- Base..- Fono..- Flanco..- Filete. Las imensiones funamentales e una rosca, representaas en la figura siguiente son: h Figura.- erfiles e roscas: (A) triangulares; (B) trapeciales; (C) reonas. D D D La siguiente figura representa roscas con los istintos giros e la hélice. (a) Tornillo (b) Tuerca Figura.- Dimensiones funamentales e una rosca. aso : istancia entre filetes consecutivos. A erecha ara meir el paso se utiliza el métoo siguiente: En roscas métricas se cuentan el número e hilos por centímetro e longitu e rosca. El paso es igual a la inversa el número meio. B izquiera Figura.- Sentio e giro en roscas. En roscas construias con imensiones en pulgaas se procee igualmente pero miieno el número e hilos en una pulgaa e longitu e rosca.

3 Figura 9.- Meición el paso. Avance a: La istancia que recorre es sentio el eje un filete al ar una vuelta entera, también la recorre el tornillo en la tuerca al ar una vuelta completa. la forma práctica e verificar el paso es como se inica en la figura.9b. En las roscas e un filete: a = En las roscas e varios filetes: a = z (a) Tornillo (b) Tuerca Sieno z el número e entraas. Diámetro exterior o mayor: Es el iámetro mayor e una rosca. - D para los interiores: e fono a fono. - para los exteriores: e cresta a cresta. Diámetro interior o iámetro el núcleo: Es el iámetro menor e la rosca. - D : para los interiores, e cresta a cresta. - : para los exteriores, e fono a fono. Diámetro meio: Existe por tanto, un punto one el filete y el vano tienen el mismo ancho, al cual se le llama punto meio el flanco, y al iámetro corresponiente. Diámetro en los flancos es igual para el tornillo y la tuerca; se representa por D. rofunia e las roscas: Llamaas también altura el filete, es la semiiferencia entre los iámetros exterior e interior o la istancia entre cresta y base: se representa por para las tuercas y h para los tornillos. Diámetro nominal: Es el que sirve para ientificar la rosca y suele ser siempre el iámetro mayor e la rosca exterior, es ecir. ara representar los tornillos y tuercas se utiliza la normativa I.S.O. según se presenta en la siguiente figura. Figura 0.- Representación según la norma I.S.O. e tornillos y tuercas. Son muchos y muy variaos los tipos e roscas empleaos, si bien hoy están normalizaas y clasificaas. Los principales sistemas utilizaos son: Sistema Whitworth: Usao en países anglosajones. En la tabla siguiente se presentan las características imensionales e este tipo e roscas. = 0'909 = h = 0' r = 0' D = = D - ' D = =D - 0' = Truncamiento = 0' = nominal D = /'' /'' /'' /'' /'' /'' /'' '' aso en hilos por pulgaa Z meio = D ' '0 '09 ' '9 ' 0'9 ' núcleo = D ' ' '9 9'990 '9 '9 ' ' Tuerca Tornillo Altura h = 0' 0'90 '0 ' '9 ' '0 '0 Tabla.- Roscas Whitworth. º Raio r 0' 0'9 0' 0'9 0' 0' 0'9 0' / / = h D = D = D = Sección el núcleo mm. ' 9' ' ' ' 9'0 '0 ' Sistema Whitworth para tubos: también enominao sistema gas. En la siguiente tabla se presentan las características imensionales e este tipo e roscas

4 = 0'909 = h = 0' r = 0' D = = D - ' D = =D - 0' Tuerca º Tornillo / / = h D = D = = 0'0 = / = 0' h - = = 0' = D =- =-'0 =D - =-/=-0'9 -=-h =-' / / / / D = D = D Tuerca 0º Tornillo 0º h = = 0' D = r = / = 0' nominal aso en hilos por meio núcleo Altura Raio Diámetro comercial el tubo D = pulgaa Z = D = D h = r Ext. Int. R /" R /" R /" R /" R /" R " R /" R /" R " 9 9 9' '0 '0 9'9 '9 '0 0' ' ' ' ' '90 ' ' 0'9 '9 ' ' 0' 0' 0' ' ' '9 '9 '9 '9 Tabla.- Roscas tipo gas. 0' 0' 0' 0'9 0'9 0' 0' 0' 0' Sistema Sellers: En la tabla siguiente se presentan las características imensionales e este tipo e roscas. = 0'0 = h = 0' c = 0' D = = D -' D = = D - 0' = = 0'0 nominal D = 0 /" /" /" /" /" 9/" /" /" /" " aso 0'9 0' 0'9 0' 0' 0'9 0'9 '0 '0 ' ' ' '9 ' '09 '0 ' ' / / meio = D '9 '9 ' ' ' '99 '0 '9 ' '0 ' 9'9 ' '9 ' '00 0'9 ' / = h / c núcleo = D ' '9 ' '0 ' ' ' '0 '00 '0 ' ' 0' ' ' '0 '9 ' a / a / Tornillo Tuerca a = 0º / Altura h = 0' 0'9 0' 0' 0' 0' 0' 0' 0' 0'9 '0 '9 '9 ' '00 '0 ' '0 Tabla.- Roscas Sellers. / Ancho el fono c 0'0 0'09 0'0 0'09 0'09 0'0 0'0 0' 0'9 0'9 0'09 0' 0' 0' 0' 0'9 0'0 0' D = D = D = Sección mm. ' '99 ' '0 ' '0 ' ' '9 9' ' 0'00 '0 0' 0'9 9' 0'9 ' En la tabla siguiente se presentan las características imensionales e este tipo e roscas. nominal I ' ' 0 II ' ' ' ' 0' 0' 0' 0' 0' 0' 0' 0' 0' 0' ' ' ' ' =D ' ' '0 '90 '0 ' '0 ' '0 '0 '0 '0 ' 9'0 0' '0 '0 ' ' ' '09 ' '9 ' ' ' '0 '09 ' ' ' '0 9' ' ' '9 Altura filete r D h ' ' ' ' '0 '9 '0 ' ' ' '9 '9 ' ' 0'0 ' ' '9 0' 0' 0' 0' 0' 0'0 0' 0'9 0'0 0'9 0' 0' 0' 0'90 '0 ' ' ' Tabla.- Roscas I.S.O. 0'9 0'9 0' 0' 0' 0' 0' 0'9 0'0 0' 0' 0' 0' 0' 0'9 '0 '0 ' 0'0 0'0 0'0 0'0 0'0 0'0 0'0 0'0 0'0 0' 0' 0' 0'0 0' 0' 0'9 0'9 0' Sec. mm La siguiente tabla representa un resumen e los istintos tipos e roscas. Clase e rosca Símbolo Meias nominales e la rosca Inglés Whitworth Diámetro e la rosca exterior en pulgaas Whitworth e gas R Diámetro interior el tubo normal en pulgaas Basta NC Nº o iámetro exterior e la rosca Americano Sellers Fina NF en pulgaas seguia el paso en Especial NS hilos por pulgaa y la abrev. ISO Métrica M Diámetro exterior e la rosca en mm. Métrica fina M '0 ' '9 ' '9 ' '00 ' 0' ' '9 ' ' ' ' 0 0 Diámetro exterior e la rosca y paso en mm. Tabla.- Denominación e los iferentes tipos e roscas. ara acotar las roscas, en los planos, sólo se acota el iámetro exterior, tanto para tornillos como para tuercas, pues con sólo ellos al estar normalizaas se conocen el resto e las imensiones. Así, sea por ejemplo un tornillo e rosca métrica internacional I.S.O., tiene mm. e iámetro y mm. e paso cuanto meirán la altura el filete y el iámetro el núcleo? Observano el croquis el problema en la figura, vemos que las fórmulas necesarias son: h = 0'0 = 0'0 = '0 mm. = - h = - '0 = ' mm. Una vez analizaos los tipos e roscas se va a proceer igualmente con los tornillos. Así según su aplicación los tornillos se pueen clasificar en:

5 - Tornillo e unión. - Tornillo pasante. - Espárrago. - Tornillo prisionero. - Tornillo autorroscante. - emos e articulación. - emos e anclaje. Caa uno e los moelos expuestos es presentao en la figura siguiente..- Tornillo e unión..- Tornillo pasante..- Espárrago..- risionero..- Autorroscante..- ernos e articulación..- ernos e anclaje. Figura.- Clasificación e tornillos según su aplicación. Según la forma e la cabeza los tornillos se pueen clasificar como sigue: - Cabeza hexagonal. - Cabeza cuaraa. - Cabeza cilínrica. - Cabeza avellanaa. - Cabeza reona. - Cilínrica con hexágono interior o tipo Allen. La siguiente figura representa los iferentes tipos e cabezas encontraas en los tornillos. - De mariposa. - De varios brazos. - Moleteaa. - Reona con ranura. - Reona con agujeros. 9 0 Figura.- Tipos e tuercas..- exagonal normal..- exagonal estrecha..- exagonal ciega..- exagonal almenaa..- Cuaraa..- De mariposa..- De cuatro brazos..- Moleteaa. 9.- Reona con ranura. 0.- Reona con agujeros. Los tornillos y las tuercas ebio a muy iferentes causas pueen aflojarse, para evitarlo se recurre a ispositivos e seguria. La seguria el apretao se consigue con iferentes métoos, para ello se utilizan: - Doble tuerca o contratuerca. - asaores en tuercas con almena. - Rozamiento con anillo e fibra sin roscar embutio en la tuerca. - Aranelas e seguria. - Aranela elásticas. La siguiente figura presenta algunas e las iversas formas e seguria usaas para mantener el aprieto e tornillos y tuercas..- Tornillo e cabeza hexagonal..- Tornillo e cabeza cuaraa..- Tornillo e cabeza cilínrica..- Tornillo e cabeza avellanaa..- Tornillo e cabeza reona..- tornillo e cabeza tipo Allen. Figura.- Cabezas e tornillos Las tuercas tienen formas muy variaas y sus aplicaciones son muy iferentes. Es posible encontrar los siguientes tipos e tuercas: - exagonal normal. - exagonal estrecha. - exagonal ciega. - exagonal con almena. - Cuaraa. REMACES.- Doble tuerca..- asaores..- Rozamiento..- Aranelas e seguria..- Aranelas elásticas. Figura.- Sistemas e seguria. ara unir las chapas o perfiles laminaos se emplean iversos proceimientos, entre ellos se pueen citar:

6 - roceimientos mecánicos - roceimientos térmicos. Los proceimientos mecánicos pueen proucir a su vez uniones fijas o no esmontables y uniones móviles o esmontables. Las uniones fijas se hacen principalmente por meio e roblones o remaches y las uniones móviles por meio tornillos. Los proceimientos térmicos an lugar siempre a uniones fijas y se realizan por alguno e los iversos tipos e solauras. El roblonao o remachao es un proceimiento e unión que prouce la unión fija e varias piezas por meio e roblones o remaches. Los roblones o remaches son elementos compuestos e un cuerpo cilínrico llamao caña, vástago o espiga, y e una cabeza, e forma generalmente e casquete esférico. Están hechos e metales úctiles, maleables y tenaces, como el acero ulce, el cobre, el aluminio y algunas aleaciones. Las proporciones y imensiones e los remaches están normalizaas. La colocación e los roblones se efectúa introucieno el cuerpo cilínrico en agujeros hechos con las imensiones aecuaas, e manera que sobresalga, eformano a continuación la parte saliente hasta formar una nueva cabeza. La colocación e los remaches o roblones se hace generalmente en frío, para iámetros e hasta mm. y en caliente para iámetros mayores e 0 mm. La siguiente figura ilustra un remache con etalle e su colocación. - Doble cubrejunta.- Recubrimiento..- Simple cubrejunta..- Doble cubrejunta. Figura.- Formas e ejecución e remachao. Según la aplicación se pueen istinguir los siguientes tipos e roblonao: - De fuerza, cuano los roblones sólo eben aguantar los esfuerzos. or ejemplo, en las estructuras metálicas. - Roblonaos impermeables, cuano los esfuerzos que eban resistir sean pequeños, pero que las chapas que se hayan e unir eban ejar juntas estancas. - De fuerza e impermeables, se emplean en caleras a presión. Es interesante aclarar la significación e estanquia. Se ice que una junta es estanca o impermeable cuano no puee ser atravesaa por los líquios y, en algunos casos, ni siquiera por los gases. La estanquia o impermeabilia el roblonao se consigue, unas veces por el contacto irecto e las chapas, otras por la interposición entre las os chapas e una materia plásticas, que puee ser papel impregnao o una cinta e plomo. El roblonao puee realizarse a mano o meiante máquinas especiales. La técnica e roblonao a mano utiliza un martillo y sencillas herramientas que permiten conformar el remache..- Vástago el roblón..- Cabeza e cierre..- Espesor..- Cabeza el roblón. Figura.- Remache. Una técnica simple, cómoa, rápia y fiable e roblonao es la que utiliza remaches huecos con máquinas e mano. En el interior el remache, normalmente e aluminio, un pasaor e acero con cabeza reoneaa es estirao hasta su rotura con la remachaora, eformano el remache y consiguieno la unión fija buscaa. Según la forma e realizar el remachao se istinguen los siguientes tipos: La siguiente figura presenta la mencionaa técnica e remachao. - Recubrimiento - Simple cubrejunta 9

7 La solaura consiste en la unión e piezas por aplicación localizaa e calor con eposición o sin ella e material aicional. Dicha aplicación se practica ese muy antiguamente puieno istinguirse:.- Remache antes e la operación..- roceso..- Remachaora e mano. Figura.- Remachao hueco con máquina e mano. El cálculo e las imensiones e los remaches es complejo y se recurre al uso e fórmulas experimentales. Así se tiene: - Diámetro el remache: '- veces el tamaño e la chapa más gruesa. - Longitu el remache: espesor e las piezas unias + ' veces su iámetro. - Distancia entre remaches: e e e p e = ' p = + p e m e e = ' p = ' + 0 m = 0' p Solaura a presión o por forjao. - Solaura e fusión: autógena o por arco. - Solaura por resistencia. La solaura tiene especial inciencia en la reucción e costes e fabricación pues se simplifican gracias a ella los procesos e fabricación e piezas. oy las solauras por fusión son sin lugar a uas las más utilizaas en la fabricación e maquinaria, y e ellas la solaura por arco la más extenia y perfeccionaa. El calor en la solaura por fusión se obtiene e un soplete axiacetilénico o e un arco eléctrico entre un electroo y las piezas a unir. En ambos casos se hace un aporte e material que se suministra comercialmente en forma e finas varillas. Este material se une a la pieza a solar pues la zona e unión y la varilla se funen mezclánose íntimamente. e t t/ t/ e m e e = ' t = ' + = Diámetro el remache e e e e Figura.- Distancia entre roblones. e = ' e = 0'9 p = ' + 0 Las uniones meiante solaura e fusión tienen una estructura áspera característica e los metales funios. Un etalle importante que no ebe ser olviao al utilizar este tipo e solaura es que al enfriarse la contracción el metal funio genera consierables tensiones que son máximas en la irección transversal a la solaura originano eformaciones ineseables en las piezas y peligro e ruptura al someterlas a tracción en la irección anteicha. Diámetro el orificio e colación el remache: el remache ' ' 9 en bruto el agujero ' ' ' ' ' ' ' ' ' 9' Tabla.- Diámetros e remaches y e sus orificios. SOLDADURA La solaura no constituye en sí un elemento e máquina. Las transmisiones generaas pueen eliminarse por tratamiento térmico e las piezas o por tensión e las piezas previa a la solaura. En too caso no se ebe ejar e tener en cuenta este etalle. ara fabricar piezas por solaura se fijan en la posición aecuaa los elementos constituyentes y se le aplica el métoo e unión. En la siguiente figura se inican varios e los tipos iferentes e solaura: En los procesos e fabricación e máquinas la solaura es una forma e unión permanente o e fabricación e elementos. 0

8 .- Solaura en t.- Solaura en t para placas gruesas.- Solaura a traslape o en garganta.- Solaura a tope e extremos planos.- Solaura a tope con ranura en V.- Solaura a tope con ranura en oble V.- Solaura a tope con ranura en meia V.- Solaura en L con corón interior opcional Figura 9.- Diferentes formas e solaura. Las tensiones e trabajo soportaas por solauras con acero e bajo contenio en carbono, que son las más usuales son las expuestas en la siguiente tabla: Tipo e solaura Solaura a tope Tracción Compresión Cortaura Otras formas e solaura Carga estática Kg/cm Carga inámica Kg/cm Tabla.- Tensiones e trabajo permisibles en solauras con acero. Las fatigas e cálculo son las presentaas en la siguiente figura: l Solaura a tope a tracción: s = h l h l h l h Solaura en t a cortante: s = 0'0 h l Solaura a tope a cortante: s = h l Figura 0.- Fatigas e cálculo en solauras. En general para el cálculo e los esfuerzos o tensiones en solaura es suficiente con aplicar los métoos e cálculo expuestos en los temas iniciales e este libro tenieno en cuenta las tensiones permisibles en las solauras y mayorano las cargas ebio al enominao efecto e concentración e tensiones en las solauras con los coeficientes aos en la siguiente tabla: Tipo e solaura Coeficiente e mayoración e carga Solaura a tope ' Solaura a traslape ' Solaura en t Tabla 9.- Coeficientes e mayoraciónpor concentración e tensiones.