Tornillos

14.0 INTRODUCCIÓN Las tuercas y los tornillos de un diseño podrían parecer uno de los aspectos de menor interés, pero de verdad es uno de los más fascinantes. El éxito o fracaso de un diseño tal vez dependa de la selección adecuada y el empleo de sus sujetadores. Y lo que es más, el diseño y fabricación de sujetadores es un negocio importante, y es una parte fundamental de nuestra economía. Losproveedores ofrecen miles de diseños de sujetadores diferentes, y en un solo conjunto como un automóvil o una aeronave se utilizan de miles a millones de sujetadores. El Boeing 747 lleva unos 2.5 millones de sujetadores, algunos de los cuales cuestan varios dólares cada uno. [1] Hay una tremenda variedad de sujetadores comerciales disponibles, desde las vulgares tuercas y tornillos a dispositivosmultipieza para la liberación rápida de paneles o para aplicaciones de sujetadores ocultos. La Figura 14- 1 muestra una limitada muestra de la diversidad disponible. No es posible tratar toda esta diversidad en un solo capítulo. Se han escrito libros completos sobre la materia, y algunos de ellos aparecen en la bibliografía de este capítulo. Limitaremos nuestro análisis al diseño y selección desujetadores convencionales como pernos, tornillos, tuercas, etcétera, empleados en aplicaciones de diseño de máquinas, en los cuales se presentan cargas y esfuerzos de importancia. Los tornillos sirven tanto para sujetar cosas como para desplazar cargas, como en el caso de los tornillos de potencia o tornillos guía. Investigaremos ambas aplicaciones. Los tornillos como sujetadores se disponen paraabsorber cargas a tensión, cargas al cortante o ambas. Exploraremos la aplicación de precarga en los sujetadores de tornillo, lo que suele resultar en un importante beneficio para su capacidad de carga. La Tabla 14-0 muestra las variables que se emplean en este capítulo, indicando las ecuaciones o secciones en las cuales se localizan. 889

14.1 FORMAS ESTÁNDAR DE ROSCAS El elemento común entresujetadores de tornillo es su rosca. En términos generales, la rosca es una hélice que, al ser girada, hace que el tomillo avance en la pieza de trabajo, o en la tuerca. Las roscas pueden ser externas (tornillos) o internas (tuerca o perforación roscada). Las formas de las roscas eran distintas en cada país fabricante de importancia; pero después de la Segunda Guerra Mundial se estandarizaron enGran Bretaña, Canadá y Estados Unidos, en lo que ahora se conoce como la serie Unified National Standard (UNS), según se aprecia en la Figura 14-2. También ISO ha definido un estándar europeo, y la rosca tiene en esencia la misma forma de sección transversal, pero con dimensiones métricas, por lo que no es intercambiable con las roscas UNS. Tanto las roscas UNS como las ISO son de uso generalizadoen Estados Unidos. Ambas normas manejan un ángulo de 600 y definen el tamaño de la rosca por el diámetro exterior nominal (principal) d de una rosca externa. El paso p de la rosca es la distancia entre hilos adyacentes. Las crestas y raíces se definen como planos, a fin de reducir la concentración de esfuerzos en contraste con esquinas agudas. Las especificaciones permiten que estas superficiesplanas se vayan redondeando debido al desgaste

de las herramientas. El diámetro de paso dp y el diámetro de raíz (o de fondo) dr se definen en función del paso de la rosca p, pero razones o relaciones de las roscas UNS y las ISO son un tanto distintas. El avance L de la rosca es la distancia que una rosca acoplada (tuerca) avanzará axialmente con una revolución de la tuerca. Si se trata de unarosca simple, según se muestra en la Figura 14-2, el avance será igual al paso. Los tornillos también se fabrican con rosca múltiple, que se conocen como hilos de inicio múltiple. Una rosca doble (dos inicios) tiene dos ranuras paralelas enroscadas en su diámetro, corno un par de “vías de ferrocarril” helicoidales. En este caso, el avance será el doble del paso. Una rosca triple (tres inicios)...