Uniones Atornilladas

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PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL PERÚ
SECCIÓN INGENIERÍA MECÁNICA – ÁREA DE DISEÑO
GENERALIDADES
Los tornillos son de gran utilidad en la unión de elementos de máquinas y elementos
estructurales. Se utilizan también en tapones, tensores, tornillos de traslación, instrumentos de
medición y reguladores de distancia entre otras aplicaciones.
El tornillo es un elementocilíndrico o cónico roscado en su superficie. Entendiéndose por rosca,
una entalladura o resalte de geometría particular que sigue una trayectoria helicoidal sobre la
superficie cilíndrica o cónica. Esta geometría suele ser en V, cuadrada, trapezoidal, diente sierra
o redonda.
La rosca puede ser exterior o interior y su sentido, derecho o izquierdo. Además puede tener
más de una hélice oentradas. (ver figura 1)

Figura 1

p

Paso y ángulo de la hélice
En la figura 2 se muestra una hélice sobre una superficie cilíndrica y su desarrollo en un plano.
Si denominamos P al paso de la hélice o avance axial de ésta al completar una vuelta, φ al
ángulo de la hélice o ángulo de inclinación de la misma y d2 al diámetro primitivo, de paso o de
flanco del tornillo; se cumple larelación:

d2

tg φ = p / (π d2)
d2

Figura 2

Designación de la resistencia de los tornillos (clase de material)
Los tornillos de acero de acuerdo a normas ISO, DIN, Eurocódigo y otras normas se designan
por su resistencia a la tracción y resistencia a la fluencia.
Esta designación consta de dos números separados por un punto. El primero representa un
centésimo de la resistencia a latracción en MPa (N/mm2). El segundo representa diez veces la
relación entre el límite a la fluencia y la resistencia a la tracción.
Por ejemplo, un tornillo de clase de material 5.6
- el 5 significa 5 = σB / 100 …… σB = 500 MPa
- el 6 significa 6 = 10( σF / σB)… σF = 300 MPa

Elementos de Máquinas – Uniones atornilladas
Kurt F. Paulsen M. / 111018

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La designación M10 x 60 10.9 representa un tornillo métrico con rosca en V, de diámetro
exterior 10 mm, longitud de la zona cilíndrica 60 mm y material clase 10.9; es decir 1000 MPa
de resistencia a la tracción máxima y 900 MPa de resistencia a la fluencia.
Las clases de material normalizadas son:
4.6, 4.8, 5.6, 5.8, 6.8, 8.8, 10.9,12.9.
Del 4.8 a 6.8 se fabrican de acero con bajo contenido de carbono y no requieren tratamiento
térmico. Los tornillos 8.8 al 10.9 se suelen fabrican de acero aleado con tratamiento térmico
previo a la laminación del tornillo de los tornillos.
UNIÓN ATORNILLADA
Con el fin de estudiar el comportamiento de una unión atornillada se empleará dos tubos unidos
axialmente entre la cabeza del tornilloy la tuerca correspondiente. En la figura 3 se muestra:
(a) Los tubos en contacto con la tuerca y la cabeza del tornillo. Sin ajuste alguno.
(b) Los tubos comprimidos una magnitud n•p luego de girar la tuerca n vueltas. Observe
que en este paso se está asumiendo que el tornillo es completamente rígido (o que la
rigidez del tornillo es mucho mayor a la del tubo) y por tanto no se deforma. Comoel
paso del tornillo es P, el desplazamiento relativo de la tuerca sobre el tornillo es n•P,
esto es el acercamiento entre tuerca y cabeza del tornillo.
(c) Tanto tubo y tornillo deformados. Como el tornillo no es completamente rígido también
se deforma (estira) una cantidad δ. Resultando en un equilibrio de fuerzas internas. Los
tubos finalmente resultarían deformados n.P – δ.
(d) Eldiagrama de cuerpo libre del tornillo y tuerca, con la fuerza de los tubos sobre la
tuerca y la cabeza del tornillo, respectivamente.
(e) El diagrama de cuerpo libre de los tubos. Se muestra la fuerza de la cabeza del tornillo
sobre el tubo inferior y de la tuerca sobre el tubo superior.
(f) El diagrama de cuerpo libre del tornillo.

F
np

F

F
F

F
F

(a)

(b)

(c)

(d)...