Principios Fundamentales de Elementos de Fijación Mecánica: Tornillos, Tuercas y Chavetas

Formas de Actuación de un Tornillo

Los tornillos son elementos roscados cuya función mecánica principal es la unión de dos o más piezas entre sí. Esta unión, que debe ser fija y desmontable, puede materializarse de las siguientes maneras:

• Apriete: Ocurre cuando el tornillo, a través de su cabeza, ejerce una presión que garantiza la sujeción entre las piezas.
• Presión: Se produce cuando el tornillo, mediante el extremo de su vástago, presiona contra una pieza, logrando su inmovilización.
• Guía: El tornillo, a través del extremo de su vástago, asegura una posición determinada entre las piezas, aunque permitiendo cierto grado de libertad de movimiento.

Partes Constituyentes de un Tornillo

Cabeza

Es la sección del tornillo destinada a su manipulación, ya sea manual o con la asistencia de una herramienta. Puede adoptar diversas formas, cada una optimizada para aplicaciones específicas. Es crucial seleccionar la forma más adecuada a la necesidad del montaje.

Vástago

Presenta una forma cilíndrica y está total o parcialmente roscado en el exterior. Esto permite su enroscado en la correspondiente rosca hembra o tuerca. Existe una gran variedad de roscas normalizadas, cada una destinada a aplicaciones concretas, siendo la rosca métrica la de uso más generalizado y, por ende, la más utilizada.

Extremo

Constituye el extremo libre del vástago. Si este extremo presentara un borde cortante al inicio del filete de la rosca, sería muy susceptible de dañarse al recibir un impacto o durante la penetración inicial en la rosca de la tuerca, lo cual dificultaría el montaje. Por ello, se debe mecanizar con un chaflán a 90º.

Características Definitorias de un Tornillo

La designación completa de un tornillo incluye varios parámetros esenciales:

• Tipo de tornillo según la forma de su cabeza.
• Designación de la rosca (diámetro y paso).
• Longitud total.
• Norma que lo define (ej. DIN, ISO).
• Otros atributos, como la resistencia del material y el grado de precisión.

Ejemplo de designación: Tornillo de cabeza hexagonal M10x20, calidad 5.6, según norma DIN 933.

Normativa de Utilización de Espárragos según el Material

La longitud del extremo roscado del espárrago debe correlacionarse con la resistencia del material base donde se fija:

• Espárrago con extremo atornillado corto: Adecuado para materiales de alta resistencia.
• Espárrago con extremo atornillado medio: Indicado para materiales de resistencia media.
• Espárrago con extremo atornillado largo: Recomendado para materiales de baja resistencia.

Especificaciones de una Tuerca

Las características clave para identificar una tuerca son:

• Tipo de tuerca según su forma (hexagonal, almenada, etc.).
• Designación de la rosca compatible.
• Norma que la define.
• Especificaciones adicionales como la resistencia del material y la precisión.

Ejemplo: Tuerca hexagonal M10, norma DIN 934, calidad 5.6.

Especificaciones de una Arandela

Para las arandelas, se consideran:

• Tipo de arandela según su forma (plana, elástica, etc.).
• Diámetro del taladro (nominal).
• Norma que la define.

Ejemplo: Arandela plana $\text{\O}6$, norma DIN 125.

Conceptos de Ajuste Mecánico: Juego y Apriete

Ajuste con Juego

Se refiere a aquellos acoplamientos en los que el eje puede girar o deslizar libremente dentro del agujero. En estos casos, el diámetro del eje es siempre menor que el diámetro del agujero.

Ajuste con Apriete

Son los acoplamientos donde el diámetro del eje es siempre mayor que el diámetro del agujero, forzando una interferencia para asegurar la unión.

Distinción entre Chaveta y Lengüeta

La principal diferencia entre una chaveta y una lengüeta radica en su modo de ajuste y la transmisión de esfuerzos:

Chaveta

Actúa en forma de cuña, generando una unión robusta tanto para la rotación como para la traslación, debido a la presión ejercida entre sus caras superior e inferior. Sin embargo, puede generar un problema potencial de ligera excentricidad entre las piezas y no es adecuada para árboles cónicos.

Lengüeta

Posee caras paralelas y ajusta lateralmente, pero no ejerce presión radial. Esto permite, en ciertas configuraciones, el desplazamiento axial de las piezas acopladas.

Características Comunes de Chavetas y Lengüetas

Ambos elementos se definen por:

• Anchura ($b$).
• Altura ($h$).
• Longitud ($L$).
• Norma que la define.

Existen varios tipos, como las chavetas con cabeza, las de media caña o las redondas (para lengüetas).

Ejemplos de designación:

• Lengüeta: Forma A, $14 \times 9 \times 50$, norma DIN 6885.
• Chaveta: Con sus correspondientes designaciones según la norma DIN aplicable.