7. DISEO DE TORNILLOS SUJETADORES Y DE POTENCIA * CLASIFICACION Y DESIGNACION DE ROSCAS.

Clasificacin.Las roscas pueden ser interiores o exteriores segn recubran la parte externa de un cilindro o el interior de un orificio tambin cilndrico, respectivamente. Dos piezas que se rosquen la una en la otra, como el caso de un tornillo y su correspondiente tuerca, debern tener, lgicamente, el mismo perfil paso y dimetro nominal de rosca.Existen roscas a derechas o a izquierdas, aunque la ms frecuente es la primera. Las roscas a izquierdas se emplean cuando por motivo de vibraciones o similares y para evitar el aflojamiento de la tuerca, como en cilindros de gas, bujes y en los cubre llamas o trompetillas de fusiles, sea oportuno prever una contratuerca. Existen tambin tornillos de rosca mltiple, utilizados cuando el paso pueda ser superior al normal. Existen tres tipos de representacin de roscas, son ellas la simblica, la esquemtica y la detallada.Al dibujar roscas es muy importante dibujarlas lo ms sencillo posible, la representacin verdadera de una rosca de tornillo rara vez se usa en los dibujos de trabajo debido a que es poco prctico.

Designacin.

Designaciones Bsicas.Las roscas mtricas se encuentran designadas por la letra M seguida por el tamao nominal (dimetro mayor bsico en milmetros) y el paso en milmetros, separados por una X. Para la serie de roscas ordinarias la indicacin del paso debe omitirse.

Designaciones CompletasEsta comprende la designacin bsica, una identificacin para la clase de tolerancia. La designacin de la clase de tolerancia se separa de la designacin bsica con una diagonal, incluyndose el smbolo para la tolerancia del dimetro de paso el cual ir inmediatamente despus del smbolo para el dimetro de la cresta. Cada uno de estos smbolos debe al mismo tiempo estar constituido por una cifra que indique el grado de tolerancia seguida por una letra que indicar la posicin de la tolerancia (una letra mayscula para las roscas internas y una letra minscula para cuerdas externas).

TiposRosca en V AgudaSe aplica en donde es importante la sujecin por friccin o el ajuste, como en instrumentos de precisin, aunque su utilizacin actualmente es rara.Rosca RedondeadaSe utiliza en tapones para botellas y bombillos, donde no se requiere mucha fuerza, es bastante adecuada cuando las roscas han de ser moldeadas o laminadas en chapa metlica.Rosca Cuadrada.Esta rosca puede transmitir todas las fuerzas en direccin casi paralela al eje, a veces se modifica la forma de filete cuadrado dndole una conicidad o inclinacin de 5 a los lados.Rosca Acm.Ha remplazado generalmente a la rosca de filete truncado. Es ms resistente, ms fcil de tallar y permite el empleo de una tuerca partida o de desembrague que no puede ser utilizada con una rosca de filete cuadrado.Rosca Acm de Filete Truncado.La rosca Acm de filete truncado es resistente y adecuada para las aplicaciones de transmisin de fuerza en que las limitaciones de espacio la hacen conveniente.Rosca Whitworth.Utilizada en Gran Bretaa para uso general siendo su equivalente la rosca Nacional Americana.Rosca Trapezoidal.Este tipo de rosca se utiliza para dirigir la fuerza en una direccin. Se emplea en gatos y cerrojos de caones.La designacin de las roscas se hace por medio de su letra representativa e indicando la dimensin del dimetro exterior y el paso. Este ltimo se indica directamente en milmetros para la rosca mtrica, mientras que en la rosca unificada y Whitworth se indica a travs de la cantidad de hilos existentes dentro de una pulgada.Por ejemplo, la rosca M 3,5 x 0,6 indica una rosca mtrica normal de 3,5 mm de dimetro exterior con un paso de 0,6 mm. La rosca W 3/4 ''- 10 equivale a una rosca Whitworth normal de 3/4 pulg de dimetro exterior y 10 hilos por pulgada.La tabla siguiente entrega informacin para reconocer el tipo de rosca a travs de su letra caracterstica, se listan la mayora de las roscas utilizadas en ingeniera mecnica.Es posible crear una rosca con dimensiones no estndares, pero siempre es recomendable usar roscas normalizadas para adquirirlas en ferreteras y facilitar la ubicacin de los repuestos. La fabricacin y el mecanizado de piezas especiales aumentan el costo de cualquier diseo, por lo tanto se recomienda el uso de las piezas que estn en plaza.Se han destacado solamente las roscas mtricas, unificadas y Whitworth por ser las ms utilizadas, pero existen muchas roscas importantes para usos especiales. Le entregan a continuacin las tablas detalladas de estas tres familias de roscas para las series fina y basta.Con respecto al sentido de giro, en la designacin se indica "izq." si es una rosca de sentido izquierdo, no se indica nada si es de sentido derecho. De forma similar, si tiene ms 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 fabricacin norteamericana, se agregan ms smbolos para informar el grado de ajuste y tratamientos especiales 7.1 TORNILLOS DE POTENCIA.

Los tornillos de potencia son una de las formas de materializar un par cinemtico helicoidal o de tornillo, constando de dos piezas, un tornillo o husillo y una tuerca, entre las cuales existe un movimiento relativo de traslacin y rotacin simultneas respecto al mismo eje. Los movimientos de rotacin y traslacin estn relacionados por el paso de rosca del tornillo. Gracias a ello los tornillos de potencia son mecanismos de transmisin capaces de transformar un movimiento de rotacin en otro rectilneo y transmitir potencia. En las imgenes siguientes se muestra un tornillo de potencia con tuerca de poliuretano y un detalle de una tuerca con la parte externa de acero y la interna de bronce, para un menor rozamiento. Estos dispositivos se suelen emplear en las siguientes aplicaciones:

* Levantamiento de pesos, debido a la elevada ventaja mecnica que con ellos se consigue. * Realizacin de fuerzas de gran magnitud, en prensas. * Obtencin de un buen posicionamiento en un movimiento axial.

TERMINOLOGIA DE LAS ROSCAS DE LOS TORNILLOSEn la siguiente figura 12-1, se ilustra la forma de la rosca, esta describe ordinariamente en la seccin axial. Las formas de roscas Acme y cuadrada se emplean generalmente para tornillos de potencia (figura 12-2). Para sujetadores roscado, las roscas Iniciad y American standard tienen la forma bsica y las proporciones mostradas en la figura 12-4. Esta forma bsica tiene el contenido mximo de metal. Para diferentes tipos de ajuste se hacen variaciones que tienden a remover ms material. Vase cualquier texto corriente de diseo de maquina o cualquier manual de ingeniera mecnica para tablas detalladas de dimensiones normales, series de roscas e informacin sobre clases de ajustes.

Paso es la distancia desde un punto sobre un filete hasta el punto correspondiente sobre el filete adyacente, medida paralelamente al eje.Avance es la distancia que avanzara el tornillo relativo a la tuerca en una rotacin. Para un tornillo de rosca sencilla, el avance es igual al paso. Para un tornillo de rosca doble, el avance es el doble del paso, etc.El ngulo de la hlice esta relacionado con el avance y el radio medio por la ecuacin:

En algunos clculos se usara el ngulo que mide la pendiente del perfil de la rosca en la seccin normal. Esta relacionado con el ngulo en la seccin axial y al ngulo de la hlice como sigue:

Nota: Cuando aparece en las ecuaciones que siguen, se remplaza con frecuencia por cos . Esto da una ecuacin aproximada pero, para los valores normalmente pequeos a no introduce error apreciable.En general los tornillos de potencia son mecanismos irreversibles, de modo que el giro del tornillo hace avanzar la tuerca, pero el desplazamiento de la tuerza es incapaz de hacer girar el tornillo, debido al desfavorable ngulo de transmisin del sistema en este sentido.

Estos tornillos son diferentes a lo que se emplea en uniones atornilladas, ya que en este caso el objetivo fundamental no es la unin de piezas sino la transformacin de movimiento y la transmisin de cargas. La forma de la rosca de los elementos engranados es distinta. Los principales tipos de roscas que se emplean en este sistema de transmisin son: Rosca cuadrada: en cuanto a friccin por deslizamiento presenta una buena eficiencia, pero baja ventaja mecnica y difcil de maquinar. Elevado coste.Rosca ACME: utilizada en las mquinas-herramienta.Rosca trapezoidal: es ms sencilla de maquinar y a menor coste que las roscas cuadradas. Diseada para resistir cargas en una direccin.Rosca cuadrada modificada: mayor facilidad de maquinado y misma eficiencia a la rosca cuadrada.Rosca ACME truncada: cuando se requiere paso grande con rosca poco profunda debido a algn tipo de tratamiento trmico. Consideraciones de esfuerzo para el diseo de tornillos de potencia: A la hora de disear un tornillo de potencia se debe tener en cuenta los siguientes esfuerzos: 1. Presin por aplastamiento2. Esfuerzo por pandeo3. Esfuerzo de corte o flexin de la rosca4. Esfuerzo de traccin/compresin del cuerpo5. Esfuerzo combinado en el cuerpo6. Velocidad crtica de descenso

El MOMENTO DE GIRO Y LA CARGA AXIAL.Estn relacionados entre si mediante la siguiente ecuacin para avance contra la carga (o elevando la carga):

El momento requerido para avanzar el tornillo (o tuerca) en el sentido de la carga (o descendiendo la carga) es:Este momento puede ser positivo o negativo. Si es positivo, debe efectuarse trabajo para avanzar el tornillo. Si es negativo, el significado es que, en equilibrio, el momento debe retardar la rotacin, esto es, la carga axial aisladamente producir rotacin (situacin de taladro por empuje). Se dice en este caso que el tornillo debe sobrecargarse, o que sufrir arrastre.

LA EFICIENCIA DE UN MECANISMO DE TORNILLO.Es la relacin entre el trabajo de salida y el trabajo de entrada.

LOS ESFUERZOS EN LA ROSCA.Se calculan considerando que la rosca en una viga corta en voladizo proyectada desde el ncleo (Figura 12-4): La carga sobre la viga se toma como la carga axial del tornillo W, concentrada en el radio medio, esto es en la mitad de la altura h de la rosca. El ancho de la viga es la longitud de la rosa (medida en el radio medio) sometida a la carga. Con estas hiptesis el esfuerzo de flexin en la base de la rosca es, muy aproximadamente:

Y el esfuerzo cortante trasversal medio es:

Donde n es el nmero de vueltas de rosca sometidas a la carga y b es el ancho de la seccin de la rosca en el ncleo.La imagen de los esfuerzos en la unin de la rosca y el ncleo es realmente muy complicada, y las expresiones anteriores son apenas aproximaciones que sirven como guas en el diseo.

7.2 FUERZA Y PAR DE TORSION

Entendemos por Torsin la deformacin de un eje, producto de la accin de dos fuerzas paralelas con direcciones contrarias en sus extremos. En trminos de ingeniera, encontramos Torsin en una barra, eje u objeto, cuando uno de sus extremos permanece fijo y el otro se somete a una fuerza giratoria (un par).

El par o torque es un nmero que expresa el valor de la fuerza de torsin. Se expresa en kilos x metros. Es decir, si ejercemos una fuerza de 1 kilo con un un brazo de 1 metro el torque o par ser de 1 kilo x metro (1 kilogrmetro).En un motor de pistones la capacidad de ejercer fuerza de torsin es limitada. Depende de la fuerza de expansin mxima que logran los gases en el cilindro. El torque mximo se consigue cuando el rendimiento volumtrico es mximo y por lo tanto se dispone de mayor temperatura para expandir los gases.El par motor tambin depende del largo del brazo del cigeal. Los motores de mayor tamao estn equipados con cigeal de brazo ms largo. Esto les da la posibilidad de ejercer igual par de torsin con menos fuerza de expansin de los gases.

7.3 POTENCIA Y EFICIENCIAPotencia es: el trabajo, o transferencia de energa, realizado por unidad de tiempo. El trabajo es igual a la fuerza aplicada para mover un objeto multiplicada por la distancia a la que el objeto se desplaza en la direccin de la fuerza. La potencia mide la rapidez con que se realiza ese trabajo. En trminos matemticos, la potencia es igual al trabajo realizado dividido entre el intervalo de tiempo a lo largo del cual se efecta dicho trabajo.El concepto de potencia no se aplica exclusivamente a situaciones en las que se desplazan objetos mecnicamente. Tambin resulta til, por ejemplo, en electricidad. Imaginemos un circuito elctrico con una resistencia. Hay que realizar una determinada cantidad de trabajo para mover las cargas elctricas a travs de la resistencia. Para moverlas ms rpidamente en otras palabras, para aumentar la corriente que fluye por la resistencia se necesita ms potencia.La potencia siempre se expresa en unidades de energa divididas entre unidades de tiempo. La unidad de potencia en el Sistema Internacional es el vatio, que equivale a la potencia necesaria para efectuar 1 julio de trabajo por segundo. Una unidad de potencia tradicional es el caballo de vapor (CV), que equivale aproximadamente a 746 vatios.Potencia = dU = F (v)En el caso de un cuerpo rgido que gira con velocidad angular w sobre el que acta un par de momento M paralelo al eje de rotacin, se tiene de acuerdo con la ecuacin...Potencia = dU = M d0 = MwLa potencia se asocia con los dos tipos de movimiento conocidos, que son el rotacional y el traslacional. Como sabemos, el rotacional consiste en que el cuerpo gire sobre sus mismos ejes, teniendo entonces una fuerza de momento; en tanto que el traslacional consiste en que el cuerpo se mueva entre dos puntos separados por una lnea recta, no necesariamente se tiene que mover con esta trayectoria y la direccin tambin puede variar. Hablando de la potencia traslacional, si el cuerpo se encuentra bajo la accin de una fuerza en una direccin constante, la potencia en este aspecto es:P= dU/dt ; donde dU/dt = F(v) y como tenemos que F = mga.P = mga (v)EFICIENCIA es: es la calidad con la que una mquina realiza su trabajo: los sistemas mecnicos siempre operan con prdidas debido a la friccin. Es decir, el trabajo til realizado por una mquina siempre es menor que el trabajo total realizado por esa mquina. A la relacin entre estos dos trabajos realizados se le conoce como Eficiencia y se denota con la letra griega, prcticamente la eficiencia, es la calidad con la que una mquina realiza su trabajo, una mquina excelente es aquella cuya es igual a 1. Esto es, debido a la relacin que existe entre los dos trabajos realizados por esta, que est dada por la siguiente ecuacin: = trabajo obtenido = trabajo tilTrabajo suministrado trabajo T requeridoTanto en trminos de trabajo como en trminos de potencia, la salida siempre es menor que la entrada, por lo que la eficiencia es menor que 1. La =1 es prcticamente hipottica en el mundo real. Ya que la eficiencia es un cociente de dos unidades iguales, ya sean las del trabajo o las de la potencia, estas se cancelan, quedndonos en un nmero sin unidades, es decir, una razn.

7.4 TORNILLOS DE AUTOBLOQUEO