Tornillos
Definiciones de roscas En términos generales, la rosca es una hélice que, cuando gira, provoca que el tomillo avance hacia la pieza de trabajo o la tuerca.
Rosca interna (tuerca)
La rosca externa (tornillo)
Definiciones de roscas :
distancia entre dos roscas adyacentes, medida paralela al eje. El paso en UI es el recíproco del número de hilos por pulgada .
:
diámetro más grande de una rosca.
(o raíz) : diámetro más pequeño de una rosca.
:
diámetro entre el diámetro diámetro mayor mayor y menor menor (teóric (teórico). o).
Definiciones de roscas
Un tornillo con rosca múltiple es el que tiene dos o más roscas cortadas lado a lado.
Definiciones de roscas
Un tornillo con rosca simple, el avance es igual al paso.
Avance : distancia que se desplaza una tuerca en forma paralela al eje del tornillo cuando a ésta se le da una vuelta.
Un tornillo con rosca doble el avance es doble del paso
Definiciones de roscas
Las roscas se hacen según la regla de la mano derecha,
Definiciones de roscas
Las roscas se hacen según la regla de la mano derecha, a menos que se indique otra cosa.
Definiciones de roscas La norma para roscas American National (Unified) se usan para todos los productos roscados. El ángulo de la rosca: 60 °. Cresta: Aplanada o redonda.
M y MJ: son los perfiles básicos de las roscas métricas.
En el perfil MJ, el filete es redondeado en la raíz de la rosca externa y el diámetro menor es más grande. Se usa cuando se requiere alta resistencia a la fatiga.
Definiciones de roscas Diámetros y áreas de roscas métricas de paso grueso y fino
Definiciones de roscas Diámetros y área de roscas unificadas de tornillo UNC y UNF
Definiciones de roscas El diámetro de una varilla sin rosca igual a + Τ2 tiene la misma resistencia a la tensión que la varilla roscada. El área de la varilla sin rosca se llama de la varilla roscada. Roscas unificadas de uso común: UN y UNR. La diferencia entre ellas es que en la serie UNR se usa un radio de la raíz.
Definiciones de roscas Las roscas unificadas se especifican: 1. Diámetro mayor nominal, el número de roscas por pulgada y la serie de rosca: 5/8 pulg−18 UNRF ó 0.625 pulg−18 UNRF 2. Roscas métricas, diámetro y el paso en milímetros:
M12×1.75 mm (la M que precede al diámetro, es por métrica)
Definiciones de roscas Rosca cuadrada
Rosca Acme
Se emplean para transmitir potencia
La rosca cuadrada algunas veces se modifica cortando el espacio entre los dientes para incluir un ángulo de 10 a 15°
Definiciones de roscas Tabla 1: Pasos preferidos para roscas Acme
Definiciones de roscas
Tabla 2: Diámetros preferidos para roscas Acme
* Por pulgada de longitud de acoplamiento.
Mecánica de los tornillos de potencia Un tornillo de potencia cambia el movimiento angular a lineal. : en tornillos de tornos y en tornillos para prensas de banco, prensas de sujeción y gatos.
Mecánica de los tornillos de potencia El torque aplicado gira la tuerca y el tomillo se mueve hacia arriba para elevar o hacia abajo para bajar la carga . Gato mecánico
Debe haber cierta fricción en la superficie de la carga para evitar que el tomillo gire junto con la tuerca.
La fricción entre la tuerca y la base requiere un cojinete de empuje.
Mecánica de los tornillos de potencia (rosca cuadrada) Diagramas de fuerza
:
diámetro medio : ángulo de avance :
ángulo de hélice
:
fuerza compresión axial
:
fuerza normal
:
fuerza de fricción
:
fuerza para elevar
:
fuerza para bajar
Mecánica de los tornillos de potencia (rosca cuadrada) =
=
sin + cos
= ∙
− sin =
= σ = 0 − sin − cos = 0 σ = 0 + sin − cos = 0
=
=
2
sin + cos
2 + −
cos − sin tan + 1−tan Τ + − Τ
=
+
−
(superar la fricción en la rosca y elevar la carga)
Mecánica de los tornillos de potencia (rosca cuadrada) =
cos − sin
=
= ∙
+ sin =
− − sin + cos = 0 σ = 0 − sin − cos = 0
=
2
cos − sin
= σ = 0
2 − +
cos + sin − tan
=
1+tan − Τ + Τ
=
−
+
(superar una parte de la fricción al bajar la carga)
Mecánica de los tornillos de potencia (rosca cuadrada) Autobloqueo del tornillo
Si ≤ 0 la carga bajará por si misma. Esto caso ocurre si: − ≤ ( grande y bajo) Si > 0, se dice que el tornillo es autobloqueante . Este caso ocurre si: − > >
>
Mecánica de los tornillos de potencia (rosca cuadrada) Eficiencia de un tornillo de potencia
Si en la ecuación
∴
+
=
2
−
Hacemos = 0 =
2
=
Es la relación del par torsional necesario para mover la carga sin fricción entre la correspondiente con fricción. La eficiencia del tornillo de potencia =
= 2 =
Ajustes para la rosca Acme Los ajustes para las roscas Acmé se deben a la presencia del ángulo de rosca 2. Se llegan a la siguientes formulas modificadas: =
+
=
−
−
+
Condición de autobloqueo >
Collarín de empuje Al cargar un tornillo axialmente, se usa collarín de empuje entre los elementos rotatorio y estacionario.
Sea: :
diámetro medio del collarín. : coeficiente de fricción del collarín. =
Ejemplo 1: Un tornillo de transmisión de potencia de rosca cuadrada tiene un diámetro mayor de 32 mm y un paso de 4 mm con roscas dobles . Se tiene que = = 0.08, = 40 mm y = 6.4 kN por tornillo. a) Encuentre la profundidad de la rosca, el ancho de rosca, el diámetro de paso, el diámetro menor y el avance. b) Determine el par de torsión necesario para elevar y bajar la carga. c) Encuentre la eficiencia durante la elevación de la carga.
Ejemplo 2: Determine los torques de elevación y descenso, así como la eficiencia de un tornillo de potencia usando un tornillo y una tuerca Acmé. a) ¿Es de autobloqueo? b) ¿Cuál es la contribución de la fricción del collarín contra la fricción del tornillo si el collarín tiene (1) fricción de deslizamiento, (2) fricción de rodamiento? •
•
•
•
•
•
El tornillo es Acme 1.25 − 5. La carga axial es de 1000 lb. El diámetro medio del collarín es de 1.75 in. El tomillo y la tuerca están lubricados con aceite. La fricción de deslizamiento es 0.15 La fricción de rodamiento es 0.02.
Ejemplo 3: Se van a usar dos tomillos de potencia para subir una pesada compuerta de acceso. El peso total de la compuerta es de 25 000 Ib, y se divide por igual entre los dos tomillos. Seleccione un tomillo adecuado, de la tabla Diámetros preferidos para roscas Acme, basándose en la resistencia a la tensión, limitándola hasta 10 000 psi. Entonces, calcule el espesor necesario del yugo que funciona como tuerca sobre el tomillo, para limitar el esfuerzo cortante en las roscas hasta 5000 psi. Para el tomillo diseñado así, calcule el ángulo de avance, el par torsional necesario para subir la carga, la eficiencia del tomillo y el par torsional necesario para bajar la carga. Maneje un coeficiente de fricción igual a 0.15.
Ejemplo 3:
Problema 1: Si se carga un husillo con rosca ACME a tensión, con una fuerza de 30 000 Ib ¿qué tamaño de rosca, de acuerdo con la tabla 2, se debe usar para mantener el esfuerzo de tensión menor que 10 000 psi? ¿Cuál sería la longitud axial requerida en la tuerca para que transfiera la carga al marco de la máquina, si el esfuerzo cortante en las roscas debe ser menor que 6000 psi? Calcule el par torsional requerido. Maneje un coeficiente de fricción de 0.13. Calcule el par torsional necesario para bajar la carga.
Problema 2: Si un tomillo de rosca cuadrada, con diámetro mayor de 3/4 de pulgada y seis roscas por pulgada, se usa para subir una carga de 4 000 Ib, calcule el par torsional requerido para girar el tomillo. Maneje un coeficiente de fricción de 0.15. Calcule el par torsional necesario para girar el tomillo y bajar la carga. Calcule el ángulo de avance para el tomillo. ¿Es de autobloque? Si el tomillo descrito sube una carga de 4 000 lb a una velocidad de 0.5 pulg/s, calcule la velocidad de giro del tomillo y la potencia necesaria para moverlo.
