Tornillos y pernos

CAPÍTULO 8 DISEÑO DE TORNILLOS
8.1 INTRODUCCIÓN
Los tornillos son elementos que tienen filetes enrollados en forma de hélice sobre una superficie cilíndrica y son unos de los elementos más utilizados en las máquinas. Podemos clasificar los tornillos, de acuerdo con la función que cumplen, en tornillos de unión y tornillos de potencia. Los tornillos de unión son los que sirven para unir o asegurardos o más partes estructurales o de maquinaria, como es el caso de los tornillos, pernos, espárragos y tornillos prisioneros o de fijación. Los tornillos de potencia son aquellos destinados a la transmisión de potencia y movimiento; generalmente convierten un movimiento de giro en un movimiento de traslación. Los tornillos se usan en estructuras, máquinas herramientas, vehículos, prensas yelementos de elevación, entre otros. En muchos casos, los tornillos están sometidos a cargas variables combinadas, por lo que debe aplicarse una teoría de falla por fatiga. Un tornillo puede fallar en el núcleo o en los filetes; se debe tener en cuenta el diámetro del tornillo, así como el número de filetes en contacto con la tuerca. El capítulo está organizado de la siguiente manera. La sección 8.2presenta diversos aspectos sobre tornillos de unión, comenzando por las características, dimensiones, roscas normalizadas y grados de los tornillos, pasando por el análisis elástico de los pernos, y finalizando con el diseño de este tipo de tornillos. En la sección 8.3 se estudian los tornillos de potencia; se presentan aspectos como la eficiencia de los tornillos, el par de giro, autoaseguramiento yesfuerzos. Se presenta también un procedimiento de diseño de tornillos de potencia.

8.2 TORNILLOS DE UNIÓN
8.2.1 Métodos de unión
Los métodos de unión pueden ser permanentes, como la unión mediante remaches, soldadura y pegantes (figura 8.1), o semipermanentes o desmontables, como los tornillos de unión (tornillos, prisioneros o tornillos de fijación, pernos y espárragos), chavetas y pasadores(figuras 8.2 y 8.3). Como su nombre lo dice, los métodos de unión permanentes son aquellos en los que las piezas quedan unidas de una forma “permanente” o difícil de desmontar; por ejemplo, para desunir dos piezas remachadas, es necesario destruir los remaches. En los métodos de unión semipermanentes, el elemento que une puede montarse y desmontarse fácil y repetidamente, sin necesidad dedestruirlo. Los tornillos y pernos de unión son métodos semipermanentes, y en esto radica su gran ventaja. Estrictamente hablando, la diferencia entre tornillo y perno es que el primero se introduce en una pieza roscada, mientras que el segundo va acompañado de una tuerca. En la práctica se suele utilizar, tal vez, el término tornillo para ambos casos.

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CONCEPTOS BÁSICOS SOBRE DISEÑO DE MÁQUINASRemache Soldadura Elementos a unir

Cabeza del remache (a) Remachado

Elementos a unir (b) Soldadura

Figura 8.1 Algunos métodos de unión permanentes

Tuerca

Elementos a unir

Elementos a unir

Arandela Cabeza del tornillo

Arandela Cabeza del perno (b) Perno: va acompañado de una tuerca

(a) Tornillo: uno de los elementos a unir es roscado

(c) Espárrago

(d) Tornillo prisionero o de fijación Cavidadpara llave bristol

Figura 8.2 Algunos métodos de unión semipermanentes con tornillos. Las arandelas en (a) y (b) se usan para proteger las partes a unir del desgaste producido por la cabeza del perno o tornillo y, en cierta medida, para expandir la fuerza

CAPÍTULO 8

DISEÑO DE TORNILLOS

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(a) Pasador o espiga cónica

Rodillo Platina Pasador

Sujetador (chaveta) (b) Algunos elementos de uniónen una cadena: pasador y sujetador Buje

Figura 8.3 Algunos métodos de unión semipermanentes

Aplicaciones de los pernos y tornillos
En algunos casos los tornillos y pernos tienden a ser reemplazados por otros métodos de unión que proporcionan mayor facilidad de manufactura y ensamble. Sin embargo, éstos son ampliamente usados en las máquinas, debido a sus ventajas: versatilidad, variedad,...