Roscas

Departamento de Mecnica GeneralLic. Rodolfo Ziga RetanaMecnica de Banco. RoscasRoscas

Los elementos roscados se usan extensamente en la fabricacin de casi todos los diseos de ingeniera. Los tornillos suministran un mtodo relativamente rpido y fcil para mantener unidas dos partes y para ejercer una fuerza que se pueda utilizar para ajustar partes movibles.Un tornillo es un elemento mecnico comnmente empleado para la unin desmontable de distintas piezas, aunque tambin se utiliza como elemento de transmisin. Bsicamente es un cilindro con rosca helicoidal y cabeza, frecuentemente acompaado de la correspondiente tuerca.

Orgenes histricosLos primeros antecedentes de la utilizacin de roscas se remontan al tornillo de Arqumedes, desarrollado por el sabio griego alrededor del 300a.C., emplendose ya en aquella poca profusamente en el valle del Nilo para la elevacin de agua.Durante el Renacimiento las roscas comienzan a emplearse como elementos de fijacin en relojes, mquinas de guerra y en otras construcciones mecnicas. Leonardo da Vinci desarrolla por entonces mtodos para el tallado de roscas; sin embargo, stas seguirn fabricndose a mano y sin ninguna clase de normalizacin hasta bien entrada la Revolucin industrial.En 1841 el ingeniero ingls Whitworth defini la rosca que lleva su nombre, haciendo William Sellers otro tanto en los Estados Unidos el ao 1864. Esta situacin se prolong hasta 1946, cuando la organizacin ISO define el sistema de rosca mtrica, adoptado actualmente en prcticamente todos los pases. En los EE.UU. se sigue empleando la norma de la Sociedad de Ingenieros de Automocin (Society of Automotive Engineers, SAE).Finalmente en 1946, la ISO defini el sistema de rosca mtrica, adoptado actualmente en prcticamente todos los pases. La rosca mtrica tiene una seccin triangular formando un ngulo de 60 y cabeza un poco truncada para facilitar el engrase.

Rosca

Bsicamente puede definirse como un plano inclinado enrollado sobre un cilindro, o lo que es ms realista, un surco helicoidal tallado en la superficie de un cilindro.

GeneralidadesDispositivo mecnico de fijacin, por lo general metlico, formado esencialmente por un plano inclinado enroscado alrededor de un cilindro o cono. Las crestas formadas por el plano enroscado se denominan filetes, y segn el empleo que se les vaya a dar pueden tener una seccin transversal cuadrada, triangular o redondeada. La distancia entre dos puntos correspondientes situados en filetes adyacentes se denomina paso. Si los filetes de la rosca estn en la parte exterior de un cilindro, se denomina rosca macho o tornillo, mientras que si est en el hueco cilndrico de una pieza se denomina rosca hembra o tuerca. Los tornillos y tuercas empleados en mquinas utilizan roscas cilndricas de dimetro constante, pero los tornillos para madera y las roscas de tuberas tienen forma cnica.

TERMINOLOGA DE LAS ROSCAS DE TORNILLOS

ROSCA DE TORNILLO. Un filete de seccin uniforme que se extiende en forma de hlice 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 seccin transversal) del filete hilo de la rosca.CRESTA. La arista o superficie que une los flancos o caras de una rosca y que est ms alejada del cilindro o cono sobre el que sobresale la rosca.RAZ 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 tamao de la forma de la rosca usada. HILOS POR PULGADA. El recproco del paso y el valor especificado para regir el tamao de la forma de la rosca.DIMETRO MAYOR O NOMINAL. El dimetro ms grande de una rosca de tornillo.DIMETRO MENOR O DE LA RAZ. El dimetro ms pequeo de una rosca de tornillo.DIMETRO DE PASO O PRIMITIVO. En una rosca recta, el dimetro 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 raz medida perpendicularmente al eje.AVANCE. La distancia que una pieza roscada se mueve axialmente, (lateralmente) respecto a la pieza fija en que encaja, en una revolucin (vuelta) completa.

ROSCA SENCILLA O DE UNA SOLA ENTRADA. Una rosca cuyo filete esta tallado sobre una sola hlice 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 MLTIPLES O DE ENTRADA MLTIPLE. Una combinacin de roscas de la misma forma, talladas sobre dos o ms hlices del cilindro. En este tipo de roscas, el avance es un mltiplo entero del paso. Una rosca mltiple permite un avance ms rpido sin que su forma o perfil tenga que ser ms grande.

IdentificacinTodo tornillo se identifica mediante 5 caractersticas bsicas: cabeza, dimetro, longitud, perfil de rosca y paso de rosca.La cabeza permite sujetar el tornillo o imprimirle el movimiento giratorio con la ayuda de tiles adecuados (Los ms usuales son llaves fijas o inglesas, destornilladores o llaves Allen). Las ms usuales son la forma hexagonal o cuadrada, pero tambin existen otras (semiesfrica, gota de sebo, cnica o avellanada, cilndrica...).El dimetro es el grosor del tornillo medido en la zona de la rosca. Se suele dar en milmetros, aunque todava hay algunos tipos de tornillos cuyo dimetro se da en pulgadas.La longitud del tornillo es lo que mide la rosca y el cuello juntos.El Paso es la distancia entre dos puntos correspondientes de dos filetes o hilos consecutivos medida paralelamente al eje.El perfil de rosca hace referencia al perfil del filete con el que se ha tallado el tornillo; los ms empleados son:

Las roscas en "V" aguda suelen emplearse para instrumentos de precisin (tornillo micromtrico, microscopio...); la Witworth y la mtrica se emplean para sujecin (sistema tornillo-tuerca); la redonda para aplicaciones especiales (las lmparas y portalmparas llevan esta rosca); la cuadrada y la trapezoidal se emplean para la transmisin de potencia o movimiento (grifos, presillas, gatos de coches...); la dientes de sierra recibe presin solamente en un sentido y se usa en aplicaciones especiales (mecanismos dnde se quiera facilitar el giro en un sentido y dificultarlo en otro, como tirafondos, sistemas de apriete...).

Es importante aclarar que segn el perfil de la rosca se define el tipo de rosca. Los ms comunes para sujecin son Withworth y mtrica. Estos tipos de rosca estn normalizados, lo que quiere decir que las dimensiones de dimetro, paso, ngulo del filete, forma de la cresta y la raz, etc... ya estn predefinidas.

Designacin de la Rosca Mtrica. La rosca mtrica se nombra o designa mediante una M mayscula seguida del dimetro del tornillo (en milmetros). As, M8 hace referencia a una rosca mtrica de 8 mm de grosor.Si el tornillo es mtrico de rosca fina (tiene un paso menor del normal), la designacin se hace aadiendo el paso a la nomenclatura anterior. Por ejemplo, M20x1,5 hace referencia a un tornillo de rosca mtrica de 20 mm de dimetro y 1,5 mm de paso.

Caractersticas de la rosca mtrica

La rosca mtrica est basada en el Sistema Internacional SI y es una de las roscas ms utilizadas en el ensamblaje de piezas mecnicas. El juego que tiene en los vrtices del acoplamiento entre el tornillo y la tuerca permite el engrase. Los datos constructivos de esta rosca son los siguientes:La seccin del filete es un tringulo equiltero cuyo ngulo vale 60 El fondo de la rosca es redondeado y la cresta de la rosca levemente truncada El lado del tringulo es igual al paso El ngulo que forma el filete es de 60 Paso es la distancia entre dos puntos homlogos. Ejemplo: entre las crestas contiguas. Su dimetro exterior y el avance se miden en milmetros, siendo el avance la longitud que avanza en direccin axial el tornillo en una vuelta completa. Se expresa de la siguiente forma: ejemplo: M24 x 2. La M significa rosca mtrica, 24 significa el valor del dimetro exterior en mm y 2 significa el paso en mm

Caractersticas de la rosca WhitworthLa primera persona que cre un tipo de rosca normalizada, aproximadamente sobre 1841 fue el ingeniero mecnico ingls sir Joseph WhitworthEl sistema de roscas Whitworth todava se utiliza, para reparar la vieja maquinaria y tiene un filete de rosca ms grueso que el filete de rosca mtrico.El sistema Whitworth fue un estndar britnico, abreviado a BSW (BS 84:1956) y el filete de rosca fino estndar britnico (BSF) fue introducido en 1908 porque el hilo de rosca de Whitworth resultaba grueso para algunos usos.El ngulo del hilo de rosca es de 55 en vez de los 60 que tiene la rosca mtrica la profundidad y el grosor del filete de rosca variaba con el dimetro del tornillo (es decir, cuanto ms grueso es el perno, ms grueso es el filete de rosca).En este sistema de roscas el paso se considera como el nmero de filetes que hay por pulgada, y el dimetro se expresa en fracciones de pulgada. (Ejemplo 1/4", 5/16")

Caractersticas de la rosca estndar estadounidense SAE UNFLos Estados Unidos tienen su propio sistema de roscas, generalmente llamado el estndar unificado del hilo de rosca UNF, que tambin se utiliza extensivamente en Canad y en la mayora de los otros pases alrededor del mundo.Por lo menos 85% de los tornillos del mundo se dimensionan a las dimensiones unificadas del hilo de rosca, y la seleccin ms grande de los tamaos y de los materiales de tornillos se encuentra regulado por ese tipo estndar (fuente: Revisin de tornillos del mundo, prensa industrial, 2006).Una versin de este estndar, llamada SAE, fue utilizada en la industria de automvil norteamericana. El SAE todava es asociado a las dimensiones en pulgadas, aun cuando la industria automotriz de los E.E.U.U. (y otras Industrias Pesadas que usan el sistema SAE) han convertido gradualmente a los tornillos mtricos ISO, a partir de los aos 70 hacia adelante, porque la produccin de piezas y la comercializacin de producto globales favorecen la estandarizacin internacional.Sin embargo, todos los automviles vendidos alrededor del mundo contienen los tornillos mtricos (los montajes de motor) e imperiales (por ejemplo, las tuercas del estirn, los sensores del oxgeno, las piezas elctricas internas de los ensambles, los tornillo del cuerpo, de las lmparas, del manejo, del freno y de la suspensin).Los tornillos de mquina se describen como 0-80, 2-56, 3-48, 4-40, 5-40, 6-32, 8-32, 10-32, 10-24, etc. hasta el tamao 16. El primer nmero se puede traducir a un dimetro, el segundo es el nmero de hilos de rosca por pulgada. Hay un hilo de rosca grueso y un hilo de rosca fino para cada tamao, el hilo de rosca fino que es preferido en materiales finos o cuando se desea su fuerza levemente mayor.Los tamaos 1/4" dimetro y ms grande se sealan como 1/4" - 20, 1/4" - 28, etc. el primer nmero que da el dimetro en pulgadas y el segundo nmero que indica la cantidad de hilos de rosca por pulgada. La mayora de los tamaos del hilo de rosca son disponibles en UNC o UC (hilo de rosca grueso unificado, el ejemplo 1/4 " - 20) o UNF (ejemplo 1/4 " - 28 UNF o UNEF).

UsosLas roscas triangulares se emplean en tornillos de fijacin; el truncamiento del filete facilita las operaciones de desmontaje, pero por el contrario disminuye la estanquidad de la unin. Las roscas finas (con paso menor que el normal) se emplean cuando la longitud de la unin atornillada es pequea, por ejemplo en uniones en paredes delgadas de tubos; tambin pueden emplearse cuando se quiere evitar el aflojamiento de la unin, ya que el mayor nmero de filetes de contacto entre el tornillo y la tuerca incrementa el rozamiento.Para el enroscado de tubos se emplean las llamadas roscas de gas derivadas del sistema Whitworth, caracterizadas por una elevada estanquidad (el filete no est truncado) y una relacin profundidad/dimetro pequea para no debilitar la pared del tubo.

DESIGNACIONES BSICAS.Las roscas mtricas para tornillos se encuentran designadas por la letra M seguida del tamao nominal (dimetro mayor bsico en milmetros) y el paso en milmetros, separados por el signo x. Para la serie de roscas ordinarias la indicacin del paso debe ser omitida.Ejemplos:Serie de roscas: M6Otros tipos de roscas: M8 x 1

DESIGNACIONES COMPLETASUna designacin completa para una rosca mtrica para tornillos ISO comprende, adems de la designacin bsica con una diagonal, incluyndose el smbolo para la tolerancia del dimetro de paso el cul ir inmediatamente despus del smbolo para el dimetro de la cresta. Cada uno de estos smbolos debe al mismo tiempo estar constituido, primero, por una cifra que indique el grado de tolerancia seguida por una letra que indicar la posicin de la tolerancia (una letra mayscula para roscas internas y minsculas para cuerdas externas).

Ejemplos: 2) Tamao nominal 3) PasoM6 x 0.75 - 5g6g 1) Designacin de la rosca mtrica 4) Designacin de la clase de toleranciaGrado de toleranciaPosicin de la toleranciaGrado de toleranciaPosicin de la toleranciaCuando los smbolos de las tolerancias del dimetro de la cresta y el paso sean idnticos, el smbolo no necesita repetirse y solo debe darse una vez.

Ejemplo: M20 x 2 - 6H

DESIGNACIONES DE LAS LONGITUDES DE CONTACTO.Cuando se considere necesario, el grupo de smbolos correspondientes a las longitudes de contacto pueden agregarse a la designacin de la clase de tolerancia.Ejemplo:M6 - 7g6gL L = Grupo de smbolos de longitudes de contacto.

DESIGNACIONES PARA LAS CIRCUNFERENCIAS DE RAZ REDONDEADAS.Cuando son especificadas las circunferencias externas de raz redondeadas, el valor mnimo del radio de raz debe ser agregado a la designacin de la clase de tolerancia.

Ejemplo.M6 - 5g6g 0.100 R

DESIGNACIONES PARA ROSCAS REVESTIDAS.Para roscas revestidas (o enchapadas), la designacin de la parte roscada debe indicar si las clases de tolerancias especificadas para las roscas se han aplicado antes o despus del revestimiento o enchapado.Ejemplo:M6 - 5g6g Enchapada antes (revestimientos normales)M6 - 5e6e Enchapada antes (revestimientos gruesos)M6 - 5h6h Enchapada despus

ROSCAS UNIFICADAS.No todas las combinaciones de dimetro y paso que figuran en el estndar americano para Roscas de Tonillo Unificada y Americana aparecen en los estndares britnico y canadiense. Las combinaciones usadas en comn por los tres pases se llaman Roscas Unificadas (Unified threads) y se identifican por la letra U en la designacin de la serie. Las roscas unificadas solo emplean las clases 1A y 1B, 2A y 2B, y 3A y 3B. Cuando se usa una de estas clases y no aparece la U en la designacin, la rosca se conforma a los principios en los que estn basadas las roscas unificadas.La tabla de las roscas de tornillo Unificada y Nacional Americana indica las clases para las cuales tiene cada serie datos tabulados en los estndares. Las roscas de combinaciones de dimetro y paso, pero de una clase para la cual no hay datos tabulados en el estndar, se designan por UNS si se trata de una combinacin unificada y por NS si no lo es.

ROSCAS ACME Y ACME DE FILETE TRUNCADO O CORTO.Estas roscas han sido estandarizadas por el ANSI en una serie de combinaciones de dimetro y paso. Adems, el estndar proporciona especificaciones para dos aplicaciones generales de las roscas Acme: para fines generales y para centralizacin. Las tres clases de roscas 2G, 3G y 4G, estandarizadas para fines generales tienen holguras o juegos en todos los dimetros para conseguir movimiento libre. Las roscas Acme para centralizacin tienen un ajuste estrecho en el dimetro mayor para mantener el alineamiento del tornillo y la tuerca y estn estandarizadas en cinco clases: las 2C, 3C, 4C, 5C y 6C. La Acme de filete truncado o corto solo tiene una clase para uso general.

ROSCAS TRAPECIALES EN DIENTES DE SIERRA.Estas roscas se han estandarizado de una manera diferente de las de otros tipos. En ellas se definen completamente la forma de la rosca y la clase de ajuste. No se define la serie de estas roscas, pero se proporciona una tabla de dimetros recomendados y sus pasos asociados. Como el nmero de pasos asociados vara de tres a once (dependiendo del dimetro de la rosca), la designacin de una serie de rosca slo servir para agregar una complicacin. Tres clases de ajuste son estndares: el de clase 1 (libre), el de clase 2 (medio) y el de clase 3 (estrecho).

CALCULO DE AGUJEROS PARA ROSCAS

Cuando en los trabajos de taller, necesitamos tallar una rosca interna manualmente, debemos utilizar unas herramientas denominadas machos de roscar, los cuales son unos tornillos de acero endurecido, que tiene tallada la rosca que deseamos realizar, pero tiene tres desahogos para la viruta, poseen un vstago y la cabeza que por lo general es de forma cuadrada.Pero para la utilizacin de los machos, se necesita la realizacin de un agujero que necesariamente tiene el dimetro menor, o de la raz, esto se realiza con una fcil formula matemtica.

Primero recordemos que las roscas mtricas se designan por una M, seguida del dimetro nominal, y el paso en milmetros.Entonces: M8 x 1, significa: rosca mtrica de dimetro nominal de 8 mm y paso de 1mm.Para las roscas en pulgadas del sistema ingls, se indica el dimetro nominal en fraccin de pulgada, seguido del nmero de hilos a lo largo de una pulgada.Entonces: 1/4 x 20 h, significa: rosca en sistema ingls, de dimetro nominal de 1/4 de pulgada, x 20 hilos.Pero para realizar los agujeros previos para la utilizacin de los machos, se hace lo siguiente:

Para roscas mtricas menores de 8mm:

D p = dDonde: D= a dimetro nominal,P= paso o ascensind= dimetro nominal.Entonces: M6 x1D p = d 6 1 = d = 5Entonces para la rosca de M6 x1, se realizara un agujero de 5mm

Para roscas mtricas mayores de 8mm:

D (1,2xp) = dDonde: D= dimetro nominal,1,2= valor constanteP= pasod= dimetro nominal.Entonces: M9 x1, 5D (1,2xp) = d 9 (1,2 x 1,5) = d = 9 1,8 = d = 8,2 mm Entonces para la rosca de M9 x1, 5 se realizara un agujero de 8,2 mm

Para roscas en Pulgadas

D (1/P) = d

Donde: D= dimetro nominal,1 = valor constanteP= paso en nmero de hilos por pulgadad= dimetro nominal.

En este caso, debemos hacer ms conversiones, primero para el caso de la rosca de 1/4 x 20 h, debemos convertir el valor de la fraccin a milsimas de pulgada, esto se hace dividiendo el numerador entre denominador, entonces 1 4 = 0,250 y luego dividimos 1 entre el numero de hilos por pulgada, en este caso 20,

D (1/P) = d 1/4 (1/20) = d 0,250 (1/20) = d 0,250 (0,050) = 0,200

Por ltimo convertimos el valor obtenido a milmetros. 0,200 x 25,4 = 5,08 mm

Entonces el dimetro previo ser de 5,08 mm.

Realizar la siguiente practica:

Encontrar los dimetros previos de los siguientes tipos de roscas en ambos sistemas, desarrolle completamente la formula.

M 6 X 0,755/16 X 18 H

M 11 X 1,751/2 X 13 H

M 25 X 2,255/8 X 10 H

M 18 X 1,51/2 X 20 H

M 30 X 1,251 X 8 H

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