Tornillos

UNION POR TORNILLOS

INTRODUCCIÓN

Se llama en mecánica tornillo a cualquier pieza que tenga una parte cilíndrica o casi cilíndrica con un canal en forma de hélice continua. Esta hélice, se denomina ROSCA llamado comúnmente hilo)

La parte más ancha, es denominada CABEZA, y puede tener diversas formas. Entre la cabeza y la rosca, se encuentra el CUELLO

Si una pieza posee un agujero cilíndrico cuya superficie interna esta acanalada diremos que es una tuerca.

La cabeza permite sujetar el tornillo o imprimirle un movimiento giratorio con la ayuda de útiles adecuados; el cuello es la parte del cilindro que ha quedado sin roscar (en algunos tornillos la parte del cuello que está más cercana a la cabeza puede tomar otras formas, siendo las más comunes la cuadrada y la nervada) y la rosca es la parte que tiene tallado el surco.

Además cada elemento de la rosca tiene su propio nombre; como se mencionó, se denomina filete o hilo a la parte saliente del surco, fondo o raíz a la parte baja y cresta a la más saliente.

Los tornillos y las tuercas tienen innumerables aplicaciones: sujetar unas piezas a otras, como los tornillos que unen el motor del automóvil al bastidor, transmitir y transformar fuerzas, como el husillo de una prensa, guiar un movimiento etc.

Los tornillos se utilizan para unir entre si diversas partes de una máquina. Así, el mecánico debe conocer perfectamente los diferentes tipos de rosca comercial así como el método e especificar las tolerancias deseadas para el montaje entre tornillo y tuerca.

La industria moderna ha desarrollado un sistema de roscas intercambiables normalizadas, el cual hace posible la producción en masa de elementos de fijación roscados y tornillos para la transmisión del movimiento en toda clase de máquinas de precisión. Las roscas se utilizan también como un medio para las mediciones de precisión; el micrómetro, por ejemplo, depende del principio de la rosca para obtener mediciones dentro de diezmilésimas de pulgada, o de medias centésimas de milímetro.

Componentes del tornillo y tuerca

Tornillo Rosca exterior o machoTuerca Rosca interior o hembra1 Fondo o base Cresta o vértice 2 Cresta o vértice Fondo o base 3 Flanco Flanco 4 Diámetro del núcleo Diámetro del taladro 5 Diámetro exterior Diámetro interior 6 Profundidad de la rosca o filete7 Paso

Tornillo Rosca exterior o machoTuerca Rosca interior o hembra1 Fondo o base Cresta o vértice 2 Cresta o vértice Fondo o base 3 Flanco Flanco 4 Diámetro del núcleo Diámetro del taladro 5 Diámetro exterior Diámetro interior 6 Profundidad de la rosca o filete7 Paso

Núcleo: es el cilindro sólido del tornillo, que soporta sobre él, a la rosca o filete

Filete. Es el volumen de sección constante generado sobre el núcleo o cilindro de revolución que contiene a la rosca. A la superficie superior de un filete se le llama cresta, a la inferior, fondo y a las laterales, flancos. Al espacio comprendido entre un par de flancos consecutivos se le llama vano.

Diámetro nominal (D). Es el mayor diámetro originado por la ranura helicoidal. En tornillos está definido por el vértice superior del filete, y en tuercas por el fondo del mismo.
Paso Es la distancia entre dos hilos consecutivos, medida paralelamente al eje de la rosca. Coincide por tanto con la distancia que avanza un elemento roscado (tuerca) o terrajado, por cada vuelta que gira alrededor de su eje, y en la dirección del mismo.

Grado de calidad del paso. Existen tres niveles: calidad fina, media y grosera. Aunque la más común es la media, la fina es la que se utiliza sobre piezas de paredes delgadas, ya que es la que tiene un paso menor, y por tanto menor profundidad (se conocen como hilo fino, normal y basto).

CLASIFICACIÓN DE LAS ROSCAS
Las roscas pueden clasificarse de variadas maneras.
Según el número de filetes:
vRoscas de una sola entrada, que tienen un filete.
vRoscas de varias entradas, con varios filetes.
Según la forma del filete pueden ser:
vRoscas triangulares, cuando la sección del filete tiene la forma aproximada de un triangulo. Son las más usadas.
vRoscas trapeciales (o trapezoidal)
vRoscas cuadradas.
vRoscas redondas.
vRoscas de diente de sierra, cuya sección tiene la forma de un trapecio rectángulo

Según su posición las roscas se clasifican en:
vRoscas exteriores si pertenecen al tornillo.
vroscas interiores si pertenecen a la tuerca.

Según su sentido se dividen en:
vRosca a derecha cuando avanza o gira en sentido de las manecillas del reloj.
vRosca a izquierda cuando avanza o gira en sentido contrario a las manecillas del reloj.

El tornillo es en realidad un mecanismo de desplazamiento (el sistema tornillo-tuerca <http://www.iesmarenostrum.com/departamentos/tecnologia/mecaneso/mecanica_basica/mecanismos/mec_tornillo-tuerca.htm> transforma un movimiento giratorio en uno longitudinal), pero su utilidad básica es la de unión desmontable de objetos, dando lugar a dos formas prácticas de uso:

Combinado con una tuerca <http://www.iesmarenostrum.com/departamentos/tecnologia/mecaneso/mecanica_basica/operadores/ope_tuerca.htm> permite comprimir entre esta y la cabeza del tornillo las piezas que queremos unir. En este caso el tornillo suele tener rosca métrica y es usual colocar arandelas con una doble función: proteger las piezas y evitar que la unión se afloje debido a vibraciones. Lo podemos encontrar en la sujeción de farolas o motores eléctricos, abrazaderas, estanterías metálicas desmontables.

Empleando como tuerca las propias piezas a sujetar. En este caso es usual que el agujero de la pieza que toca la cabeza del tornillo se taladre con un diámetro ligeramente superior al del tornillo, mientras que la otra pieza (la que hace de tuerca <http://www.iesmarenostrum.com/departamentos/tecnologia/mecaneso/mecanica_basica/operadores/ope_tuerca.htm>) esté roscada. Se emplea para sujetar chapas (lavadoras, neveras, automóviles...) o piezas diversas (juguetes, ordenadores...) sobre estructuras

Cabeza.
Las cabezas de los tornillos pueden ser de muy variadas formas, según necesidad. Por ejemplo, la figura nos muestra cabezas de tornillos normalizados. La mayoría utiliza los siguientes:

a) Hexagonal
b) Cabeza cuadrada
c) Redonda con ranura
d) Gota de sebo
e) Avellanada con ranura
f) Cilíndrica con ranura
g) Cilíndrica con agujero hexagonal (llave Allen)
h) Avellanada con agujero hexagonal (llave Allen)
i) Avellanada con ranura en cruz (destornillador philips)
j) Alomada
k) Cilíndrica con moleteado, para apriete manual (2 formas, entre otras)

La tuerca puede describirse como un orificio redondo roscado (surco helicoidal tallado en el interior del orificio) en el interior de un prisma y trabaja siempre asociada a un tornillo <http://www.iesmarenostrum.com/departamentos/tecnologia/mecaneso/mecanica_basica/operadores/ope_tornillo.htm>.
Si se practica un orificio redondo en un operador y después se rosca, tendremos, a todos los efectos, un operador que hace de tuerca (aunque no sea una tuerca propiamente dicha).
Identificación
Toda tuerca se identifica, básicamente, por 4 características: nº de caras, grosor, diámetro y tipo de rosca.
El número de caras de las tuercas suele ser 6 (tuerca hexagonal) ó 4 (tuerca cuadrada). Sobre estos modelos básicos se pueden introducir diversas variaciones que imprimen a la tuerca características especiales (ciega, con reborde, ranurada, etc.). Un modelo de tuerca muy empleado es la palomilla (rueda de las bicicletas, tendederos de ropa, tapas de filtros en mecánica, etc.), que contiene dos planos salientes para facilitar el giro de la tuerca empleando solamente las manos.

El grosor es la longitud de la tuerca.

El diámetro hace referencia al diámetro <http://www.iesmarenostrum.com/departamentos/tecnologia/mecaneso/mecanica_basica/operadores/ope_tornillo.htm> del tornillo que encaja en ella. Este diámetro no es el del agujero, sino el que aparece entre los fondos de la rosca.

El tipo de rosca se refiere al perfil <http://www.iesmarenostrum.com/departamentos/tecnologia/mecaneso/mecanica_basica/operadores/ope_tornillo.htm> de la rosca (que está normalizado) junto con el diámetro del tornillo que encaja en ella.

Similar a las formas de cabezas, también las tuercas pueden ser de diferentes formas, algunas de las cuales se muestran en la figura:
(a) tuerca hexagonal
(b) tuerca cuadrada
(c) tuerca redonda con dos chaflanes para llave
(d) tuerca redonda con agujeros cruzados para llave de gancho,
(e) tuerca redonda con ranuras fresadas para llave,
(f) tuerca de caperuza (hexagonal ciega) para cierre estanco de botellas o para esconder el extremo del tornillo.

Por último, el extremo de los tornillos de unión, presentan distintas formas, algunas de las cuales se indican en la figura, con la designación de cada una de ellas:
(a) chaflanado,

(b) bombeado,
(c) de espiga,
(d) de espiga para pasador,
(e) de espiga esférica,
(f) de espiga troncocónica (g) de espiga cilíndrica plana.

Tirafondo y roscalatas.

El tirafondo es un tornillo  afilado dotado de una cabeza diseñada para imprimirle un giro con la ayuda de un útil (llave fija, destornillador, llave Allen...).

El diseño de la rosca  se hace en función del tipo de material en el que ha de penetrar. Se fabrican tirafondos con roscas especiales para chapas metálicas (aluminio, latón, acero...), maderas (naturales, aglomerados, contrachapados, DM...), plásticos, materiales cerámicos, tacos...
Existen multitud de modelos de tirafondos que se diferencian, principalmente, por el tipo de cabeza, el útil necesario para imprimirle el giro y el tipo de rosca; a ello hemos de añadir los aspectos dimensionales: longitud y grosor.

Espárrago
Un espárrago (o tornillo con doble rosca) es una varilla con rosca en sus dos extremos; uno entra en un agujero roscado y el otro recibe una tuerca. Muy utilizado en máquinas y motores de combustión interna

Prisioneros
Prisionero, es un tornillo con o sin cabeza, utilizado para sujetar una rueda (por ejemplo una polea) a un eje.

PARTES FUNDAMENTALES DE UNA ROSCA

TERMINOS Y DEFINICIONES
vdiámetro mayor: Se le conoce también como diámetro exterior y nominal de la rosca. Es el diámetro máximo del filete del tornillo o de la tuerca.
vDiámetro menor: también conocido como diámetro interior, del núcleo o de raíz. Es el diámetro mínimo del filete de tornillo o tuerca.
vDiámetro primitivo: En una rosca cilíndrica, es el diámetro de un cilindro imaginario cuya superficie corta los filetes en puntos tales que resulten iguales al ancho de los mismos y al de los hoyos cortados por la superficie de dicho cilindro. En una rosca cónica, es el diámetro sobre un cono imaginario medido a una distancia dada desde un plano de referencia perpendicular al eje; la superficie del cono imaginario corta los filetes en puntos tales que resulten iguales al ancho de los mismos y el de los huecos cortados por la misma superficie.
vPaso: Es la distancia desde un punto de un filete al punto correspondiente del filete siguiente, medida paralelamente al eje. Puede darse en milímetros en pulgadas o en función del numero de filetes por pulgada, de acuerdo con las siguientes relaciones:
oPaso en pulgadas = 1/numero de filetes por pulgada
oPaso en milímetros = 25,4/numero de filetes por pulgada
vAvance: Es la distancia que avanza un filete en una vuelta. En roscas de un solo filete, o de una entrada, el avance es igual al paso; en roscas de filete doble o de dos entradas el avance que es el paso real, es igual al doble del paso, que viene a ser un paso ficticio; en roscas de triple filete el avance es igual a tres veces el paso; etc.
vAngulo del filete: Es el ángulo formado por los flancos del filete, medido en el plano.
vAngulo de la hélice: Es el ángulo formado por la hélice del filete en el diámetro primitivo, con un plano perpendicular al eje.
vCresta: Es la pequeña superficie superior del filete que une los dos flancos del mismo.
vRaíz: Es la superficie del fondo que une los flancos de los filetes adyacentes.
vFlanco: Es la superficie del filete que une la cresta con la raíz.
vEje de la rosca: es el del cilindro o cono en que se ha tallado la rosca.
vBase del filete: Es la sección inferior del filete, o sea, la mayor sección entre dos raíces adyacentes.
vProfundidad de la rosca: es la distancia entre la cresta y la base del filete, medida normalmente al eje.
vNumero de filetes. Es el número de filetes en una longitud determinada que casi siempre es una pulgada.
vLongitud de acoplamiento: Es la longitud de contacto entre dos piezas acopladas por rosca, medidas axialmente.
vAltura de contacto: Es la altura de contacto entre filetes de dos piezas acopladas medidas radialmente.
vLínea primitiva o de flanco: Es una generatriz del cilindro o cono imaginarios especificados en la 3° definición.
vGrosor del filete: Es la distancia entre los flancos adyacentes del filete, medida a lo largo o paralelamente a la línea primitiva.
vDiscrepancia: Es una diferencia prescrita intencionadamente en las dimensiones de las piezas acopladas, la cual no permite que se rebasen ni la holgura mínima ni la interferencia máxima que convienen al acoplamiento.
vTolerancia: Es la magnitud de variación permitida en la medida de una pieza.
vMedida básica: Es la medida normal, teórica o nominal, a partir de la cual se consideran todas las variaciones.
vHolgura de cresta: Se encuentra definida en el perfil de un tornillo como el espacio que queda entre uno cualquiera de sus filetes. Y la raíz del filete correspondiente en la pieza de acoplamiento.
vAcabado: Es el carácter de la forma y superficie de un filete de rosca o de otro producto.
vAjuste: Es la relación entre dos piezas acopladas con referencia a las condiciones de acoplamiento, las cuales pueden dar lugar a ajustes forzados, apretados, medios, libres y holgados. La calidad del ajuste depende a la vez de la medida relativa y del acabado de las piezas acopladas.
vZona neutra: Es la zona de discrepancia positiva.
vLimites: Son las dimensiones extremas permitidas por la tolerancia aplicada a una pieza.

SISTEMAS DE ROSCAS

En la industria se han utilizado gran cantidad de tipos de roscas. Para disminuir confusiones y ahorrar gastos se ha procurado en los diversos países normalizar las roscas, en otras palabras, darles dimensiones exactas y clasificarlas según su forma, utilidad y aplicaciones; dentro de cada uno de esos grupos establecer las proporciones más convenientes y una serie de medidas normales convenientemente escalonadas para que puedan cubrir las necesidades más comunes.

Se llama Sistema de Roscas a cada uno de los grupos en que se pueden clasificar las roscas normalizadas con especificaciones o reglas que deben cumplir. Estas se refieren a los siguientes puntos:
vForma y proporciones el filete
vEscalonamiento de los diversos diámetros.
vPaso que corresponde a cada uno de los diámetros
vTolerancias que se admiten en las medidas

Los principales sistemas empleados son:

a) Rosca Withworth

El sistema whitworth normalizado en Francia con el nombre de paso de gas es la forma de rosca de mayor antigüedad conocida. Es debida a Sir Joseph Whitworth, que la hizo adoptar por el instituto de ingenieros civiles de Inglaterra en 1841. Sus dimensiones Básicas se expresan en pulgadas inglesas: 25,4 Mm.

Forma del filete

El tornillo está engendrado por el enrollamiento en hélice de un tornillo isósceles cuyo ángulo en el vértice superior es de 55°. La base de este triangulo, situada paralelamente al eje del cilindro de soporte, es, antes de truncada, igual al paso del tornillo

La parte superior y las base del triangulo primitivo isósceles se rodean hasta 1/6 de la altura teórica. Este tipo de rosca da un ajuste perfecto.

Usos: Como su nombre lo indica, es especialmente utilizada esta rosca para tubos de conducción de gas, tubos de calefacción central y tubos para alojar conductores eléctricos. Así mismo es utilizada para construcción de maquinaria no solo en los países de habla inglesa sino también en los que utilizan el sistema métrico decimal.

Como rosca de sujeción, no se debe utilizar en diámetros pequeños, porque el paso resulta en ellos demasiado grande y así la rosca no puede sujetar bien en estos casos se debe sustituir por la rosca métrica.

b) Rosca métrica

El sistema de rosca métrica se definió en 1946, cuando la organización ISO define el sistema de rosca métrica, que actualmente está adoptado en prácticamente todos los países.

El sistema de rosca métrica está basado en el Sistema Internacional y es una de las roscas más utilizadas en el ensamblaje de piezas mecánicas. El juego que tiene en los vértices del acoplamiento entre el tornillo y la tuerca permite el engrase. Los datos constructivos de esta rosca son los siguientes:

vLa sección del filete es un triángulo equilátero cuyo ángulo vale 60º
vEl fondo de la rosca es redondeado y la cresta de la rosca levemente truncada
vEl lado del triángulo es igual al paso
v

El ángulo que forma el filete es de 60º
vSu diámetro exterior y el paso se miden en milímetros, siendo el paso la longitud que avanza el tornillo en una vuelta completa.
vSe expresa de la siguiente forma: ejemplo: M24x3. La M significa rosca métrica, 24 significa el valor del diámetro exterior en mm y 3 significa el valor del paso en mm.

Hay dos tipos de filetes en la rosca métrica, el de paso normal donde la sección del filete es más grande en relación con el diámetro y el paso fino donde el filete es más delgado con relación al diámetro.

Sujeción de Piezas Mediante Pernos

Disponer de componentes de motor de buena calidad, no asegura un buen resultado hasta que las piezas no son unidas con la fuerza adecuada. En este sentido, los pernos de apriete de culata y la tensión que son capaces de ejercer para mantener la cabeza de cilindro atada al block es tan importante como los componentes mismos. Es por eso que la calidad del material de los pernos, su técnica de apriete y las reglas de su uso, deben considerarse como muy importantes.

El Perno es un Resorte

Si bien un perno no es lo que normalmente identificamos como resorte, en la práctica tiene características similares. Cuando está con su apriete recomendado se encuentra en fase elástica. Es decir, si lo soltamos, debiera disminuir su longitud.

Un perno que ha sido apretado más allá de lo recomendado, supera su rango de elasticidad y se alarga definitivamente, impidiendo que la tensión que ejerce entre las piezas sea la adecuada. Un perno suelto es tan inapropiado como un perno alargado.

Normalmente los pernos de culata no deben utilizarse 2 veces. Deben ser reemplazados por nuevos cada vez que se desmonta la culata.

Empaque de Culata

Otro componente importante en la unión de bloque y culata es la empaquetadura. Si es de buena calidad deberá tener la cualidad que le permite sellar con el motor frío y también caliente. Un torque de pernos adecuado no asegura el sello entre las piezas.

Como Apretar la

Para realizar este trabajo se utilizan las llaves dinamométricas o de torque. Existen diversos tipos: mecánicas, hidráulicas y neumáticas. La tecnología más moderna utiliza un sensor de ultrasonido para saber la tensión real del perno, cuando está siendo apretado.

Especificaciones de Fábrica
Consideraciones que son comunes a todas las marcas:
vLos pernos y los hilos del bloque deben estar secos y limpios.
vAgregar lubricante obliga a disminuir el torque que se aplica. Ver tabla de torque para pernos lubricados.
vNunca se da apriete total inmediato. Lo recomendado es aplicar el torque paulatinamente en 3 etapas. Las 2 primeras etapas de se denominan precarga de pernos.
vEl apriete de culata tiene una secuencia lógica que si no es especificada en el manual, consiste en iniciar la operación en los pernos centrales alejándose hacia los extremos.

Apriete por kg

En el apriete por kg lo que medimos es la fuerza de apriete que le aplicamos al tornillo de culata para el cierre. La carga en kg., la leemos directamente en la llave (si es de dial), saltará el muelle (si la llave es de disparo), o nos lo indicará la llave por medio de una luz y una señal acústica (si la llave es electrónica).

El problema que se puede plantear en el apriete por kg., es que hay distintas escalas de medida dependiendo del fabricante del motor. Para que lo entendamos, pasa exactamente igual que cuando medimos distancias; los países que utilizan el sistema métrico medimos las distancias en kilómetros, mientras que en Inglaterra, Estados Unidos y Australia lo hacen en millas. De la misma manera, para medir la fuerza de apriete de un tornillo tenemos tres escalas distintas:

Como en los tres sistemas lo que estamos midiendo es la fuerza que se hace al apretar el tornillo, entre ellos sí que tenemos una equivalencia.

Volviendo al ejemplo de las distancias, si entre dos ciudades tenemos 160 km de distancia, aproximadamente equivale a unas 100 millas.

CHAVETAS

Introducción
Las chavetas se usan en el ensamble de partes de máquinas para asegurarlas contra su movimiento relativo, por lo general rotatorio, como es el caso entre flechas, cigüeñales, volantes, etc.

Aun cuando los engranajes, las poleas, y otros similares, están montados con un ajuste de interferencia, es aconsejable usar una cuña diseñada para transmitir el momento torsionante total. Cuando las fuerzas relativas no son grandes, se emplea una cuña redonda, una cuña de silleta o una cuña plana. Para trabajo pesado son más adecuadas las cuñas rectangulares

Chavetas
Una chaveta o cuña, es un elemento de máquina que se coloca en la interfase del eje y la masa de una pieza que transmite potencia con el fin de transmitir torque. La chaveta es desmontable para facilitar el ensamble y desarmado del sistema de eje. Se instala dentro de una ranura axial que se maquina en el eje, la cual se denomina chavetero (cuñero). A una ranura similar en la maza de la pieza que transmite potencia se le da el nombre de asiento de chaveta o asiento de cuña (cubo), si bien, propiamente es también un chavetero.

PASADORES Y SEGUROS

Son elementos que permiten fijar partes y piezas en ejes. Deben además, asegurar que estos elementos no se muevan o no se salgan de su posición, por lo que el pasador debe cumplir además la función de seguro.

Pasadores cilíndricos y cónicos: Son piezas que fijan a un elemento y un eje, sin permitir movimiento relativo entre ellos. Se denomina cónico si el diámetro es constante o, de lo contrario, es un pasador cónico. Algunos pasadores cónicos llevan hilo en el diámetro menor, para la instalación de tuercas.