Henry Bernard Varas Concha Estudiante de Ingeniería en Mecatrónica Universidad de Talca
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Informe de Pernos
Índice
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Resumen Objetivos Introducción Historia del Perno Clase de Pernos Partes fundamentales del Perno Norma y Estandarización Sistemas de Hilos -
9 10 11
Formas de Fabricación Conclusión Bibliografía
Whitworth Sistema Internacional S.I Sistema Métrico Francés Sistema Métrico DIN Sistema Sellers Hilos Finos Hilo Trapezoidal Hilo Cuadrado Hilo Redondo
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Resumen En el siguiente informe se estudiara la historia, tipos y construcción de un elemento básico en la unión de elementos mecánicos de forma rápida con un alto nivel de sujeción como son los pernos. Estos elementos permiten unir de forma confiable y muy bien, elementos sin dejar espacios y sin apretar como eran los antiguos sistemas de remache y clavos. Este informe es parte del proceso de aprendizaje del modulo de la carrera de Ingeniería en Mecatrónica denominado “Procesos de Fabricación”, correspondiente al octavo semestre de la malla curricular. También se adjuntaran adjuntaran tablas métricas e inglesas inglesas con las respectivas equivalencias equivalencias como también las especificaciones técnicas del paso del hilo de cada valor en su respectiva unidad.
Objetivos El objetivo de este informe es que el alumno sea capaza de conocer los diferentes tipos de pernos que existen como saber identificar como calcular las particularidades de los tipos de hilos que poseen estos elementos. También mantenga manejo y conocimiento de las normas aplicadas en la construcción y clasificación de los pernos.
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Introducción Se llama en mecánica “ perno” a cualquier pieza que tenga una parte cilíndrica o casi
cilíndrica con un canal en forma de hélice continua. Los pernos tienen innumerables aplicaciones: sujetar unas piezas a otras, como los pernos que unen el motor del automóvil al batidor, transmitir y transformar fuerzas, como el husillo de una prensa, guiar un movimiento, entre otras aplicaciones. Los pernos se utilizan para unir entre sí diversas partes de una maquina. Así, el estudiante de ingeniería en mecatrónica debe conocer perfectamente los diferentes tipos de pernos comerciales como así el método de especificar las tolerancias deseadas para el montaje entre perno y tuerca. La industria moderna ha desarrollado un sistema de hilos intercambiables normalizadas, el cual hace posible la producción en masa de elementos de fijación hilos y pernos para la transmisión del movimiento en toda clase de maquinas de precisión. Los pernos se utilizan también como un medio de para las mediciones de precisión; el micrómetro, por ejemplo, depende del principio del hilo para obtener mediciones dentro de diezmilésimas de pulgada, o de medias centésimas de milímetro.
Historia del Perno Los pernos y los hilos se han venido usando durante siglos como medios de unión o de fijación de las piezas metálicas conjuntamente. Así, la idea de constituir una forma similar al perno parece remontar bastante lejos en la historia, puesto que Arquímedes fue el primero que tuvo la idea de de enrollar un tubo según una hélice geométrica, sobre la periferia de un cilindro, con el objeto de constituir un dispositivo elevador de agua.
Figura 1. Tornillo de Arquímedes.
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Ya en aquella época la idea del hilado pudo ser dada por la observación de cómo penetra en la madera una tijereta. Pero, de todas formas, los primeros pernos necesariamente tuvieron que ser a mano. En cuanto a las primeras tuercas, fueron ejecutadas mediante un diente metálico incrustado en el primer filete de un tornillo de madera. En la edad media, las tuercas y los pernos ya se empleaban para la sujeción de armaduras y de las corazas. La ventaja principal del uso de los pernos es que las piezas pueden montarse y desmontarse sin deteriorarse. Se utilizaban igualmente los tornillos de madera después de la aparición de la imprenta, puesto que todas las prensas de imprimir los llevaban. Desde esa época la forma de los pernos y de las tuercas fue haciéndose más precisa a medida que su reproducción se multiplicaba. Clasificación de los hilos Los hilos pueden clasificarse de variadas maneras. Según el número de filetes:
Hilos de una sola entrada, que tienen un filete.
Hilos de varias entradas, con varios filetes.
Figura 2. Tipos de entradas simple, doble y triple.
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Según la forma del filete pueden ser: 1. Hilos triangulares, cuando la sección del filete tiene la forma aproximada de un triangulo. Son las más usadas. 2. Hilos trapeciales, cuando la sección del filete tiene forma de trapecio isósceles. 3. Hilos cuadradas. 4. Hilos redondas. 5. Hilos de diente de sierra, cuya sección tiene la forma de un trapecio rectángulo Según su posición los hilos se clasifican en: 1. Hilos exteriores si pertenecen al perno. 2. Hilos interiores si pertenecen a la tuerca. Según su sentido se dividen en: 1. Hilo a derecha cuando avanza o gira en sentido de las manecillas del reloj. 2. Hilo a izquierda cuando avanza o gira en sentido contrario a las manecillas del reloj.
Partes Fundamentales de un Perno Término y definiciones
Diámetro mayor: Se le conoce también como diámetro exterior y nominal del hilo. Es el diámetro máximo del filete del perno o de la tuerca.
Diámetro menor: también conocido como diámetro interior, del núcleo o de raíz. Es el diámetro mínimo del filete del perno o tuerca.
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Diámetro primitivo: En un perno cilíndrico, es el diámetro de un cilindro imaginario cuya superficie corta los filetes en puntos tales que resulten iguales al ancho de los mismos y al de los hoyos cortados por la superficie de dicho cilindro. En un perno cónico, es el diámetro sobre un cono imaginario medido a una distancia dada desde un plano de referencia perpendicular al eje; la superficie del cono imaginario corta los filetes en puntos tales que resulten iguales al ancho de los mismos y el de los huecos cortados por la misma superficie.
Paso: Es la distancia desde un punto de un filete al punto correspondiente del filete siguiente, medida paralelamente al eje. Puede darse en milímetros, en pulgadas o en función del número de filetes por pulgada, de acuerdo con las siguientes relaciones:
- Paso en pulgadas = 1/numero de filetes por pulgada - Paso en milímetros = 25,4/numero de filetes por pulgada
Avance: Es la distancia que avanza un filete en una vuelta. En pernos de un solo filete, o de una entrada, el avance es igual al paso; en pernos de filete doble o de dos entradas el avance que es el paso real, es igual al doble del paso, que viene a ser un paso ficticio; en pernos de triple filete el avance es igual a tres veces el paso; etc.
Angulo del filete: Es el ángulo formado por los flancos del filete, medido en el plano.
Angulo de la hélice: Es el ángulo formado por la hélice del filete en el diámetro primitivo, con un plano perpendicular al eje.
Cresta: Es la pequeña superficie superior del filete que une los dos flancos del mismo.
Raíz: Es la superficie del fondo que une los flancos de los filetes adyacentes.
Flanco: Es la superficie del filete que une la cresta con la raíz.
Eje del perno: es el del cilindro o cono en que se ha tallado el hilo.
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Base del filete: Es la sección inferior del filete, o sea, la mayor sección entre dos raíces adyacentes.
Profundidad del perno: es la distancia entre la cresta y la base del filete, medida normalmente al eje.
Numero de filetes. Es el número de filetes en una longitud determinada que casi siempre es una pulgada.
Longitud de acoplamiento: Es la longitud de contacto entre dos piezas acopladas por pernos, medidas axialmente.
Altura de contacto: Es la altura de contacto entre filetes de dos piezas acopladas medidas radialmente.
Línea primitiva o de flanco: Es una generatriz del cilindro o cono imaginarios especificados en la 3° definición.
Grosor del filete: Es la distancia entre los flancos adyacentes del filete, medida a lo largo o paralelamente a la línea primitiva.
Discrepancia: Es una diferencia prescrita intencionadamente en las dimensiones de las piezas acopladas, la cual no permite que se rebasen ni la holgura mínima ni la interferencia máxima que convienen al acoplamiento.
Tolerancia: Es la magnitud de variación permitida en la medida de una pieza.
Medida básica: Es la medida normal, teórica o nominal, a partir de la cual se consideran todas las variaciones.
Holgura de cresta: Se encuentra definida en el perfil de un perno como el espacio que queda entre uno cualquiera de sus filetes. Y la raíz del filete correspondiente en la pieza de acoplamiento.
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Acabado: Es el carácter de la forma y superficie de un filete de perno o de otro producto.
Ajuste: Es la relación entre dos piezas acopladas con referencia a las condiciones de acoplamiento, las cuales pueden dar lugar a ajustes forzados, apretados, medios, libres y holgados. La calidad del ajuste depende a la vez de la medida relativa y del acabado de las piezas acopladas.
Zona neutra: Es la zona de discrepancia positiva.
Limites: Son las dimensiones extremas permitidas por la tolerancia aplicada a una pieza.
Figura 3. Definiciones de la terminología de roscas.
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Normas y Estándares Organismos de Normalización En la siguiente tabla se desglosan los organismos de normalización de varias naciones. País Internacional España Alemania Rusia Francia Inglaterra Italia América
Abreviatura de la Norma ISO UNE DIN GOST NF BSI UNI USASI
Organismo Normalizador Organización Internacional de Normalización Instituto de Racionalización y Normalización Comité de Normas Alemán Organismo Nacional de Normalización Soviético Asociación Francesa de Normas Instituto de Normalización Ingles Ente Nacional Italiano de Unificación Instituto de Normalización para los Estado de América
Designación de los Pernos Básicamente, la designación de un perno incluye los siguientes datos: tipo de tornillo según la forma de su cabeza, designación de la rosca, longitud y norma que lo define. A estos datos, se pueden añadir otros, referentes a la resistencia del material, precisión, entre otras. Ejemplo Perno hexagonal M20 x2 x60 x To DIN 960.mg 8.8 Donde se analiza que:
Denominación o nombre: Tornillo Hexagonal Designación del hilo: M20 x 2 Longitud del vástago: 60 To: Cabezas in salientes en forma de plato. Norma que especifica la forma y características del perno: DIN 960 M.g: Ejecución y precisión de medidas. 8.8: clase de resistencia o características mecánicas.
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Designación de los Hilos La designación de los hilos es la identificación de los principales elementos que intervienen en la fabricación de un perno determinado, se hace por medio de su letra representativa e indicando la dimensión del diámetro exterior y el paso. Este último se indica directamente en milímetros para un perno métrico, mientras que en un perno unificado y Whitworth se indica a través de la cantidad de hilos existentes dentro de una pulgada. Por ejemplo, el perno M 3,5 x 0,6 indica un hilo métrico normal de 3,5 mm de diámetro exterior con un paso de 0,6 mm. El hilo W ¾” – 10 equivalente a un hilo Whitworth normal de ¾ pulgadas de diámetro exterior y 10 hilos por pulgada. La designación del perno unificado se hace de manera diferente: Por ejemplo una nomenclatura en un plano de taller podría ser: 1/4 - 28 UNF – 3B –LH Examinando cada elemento, se tiene que:
¼ de pulgada es el diámetro mayor nominal del hilo. 28 es el número de hilos por pulgada. UNF es la serie de hilos, en este caso unificada fina. 3B: el 3 indica el ajuste (relación entre un hilo interno y uno externo cuando se arman); B indica una tuerca interna. Una A indica una tuerca externa. LH indica que el hilo es izquierdo (cuando no aparece indicación alguna se supone que el hilo es derecho.)
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Sistemas de Hilos En la industria se han utilizado gran cantidad de tipos de pernos. Para disminuir confusiones y ahorrar gastos se ha procurado en los diversos países normalizar los pernos, en otras palabras, darles dimensiones exactas y clasificarlas según su forma, utilidad y aplicaciones; dentro de cada uno de esos grupos establecer las proporciones más convenientes y una serie de medidas normales convenientemente escalonadas para que puedan cubrir las necesidades más comunes. Se llama Sistema de hilos a cada uno de los grupos en que se pueden clasificar los hilos normalizadas con especificaciones o reglas que deben cumplir. Estas se refieren a los siguientes puntos: a. Forma y proporciones el filete b. Escalonamiento de los diversos diámetros. c. Paso que corresponde a cada uno de los diámetros d. Tolerancias que se admiten en las medidas Los principales sistemas empleados los clasificaremos para su siguiente estudio según el organigrama:
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Hilos HILOS DE SUJECIÓN
Sistema Whitworth
Sistema Internacional
R métrica Francesa
Sistema Sellers
R. para Artillería
Rosca Métrica DIN
HILOS FINOS
Hilo Fino Métrico
Hilo fino Whitworth
Hilo Fino Sellers
Hilo de gas
HILOS TRAPECIALES
Sistema Acmé
R. Trapecial Normalizada
A) DE SUJECIÓN Se llaman así los hilos empleados en la construcción normal mecánica para la fijación energética de determinadas piezas de máquinas. Éstos hilos tienen, en general, filete de sección triangular en forma de triangulo isósceles o equilátero, pero no un triangulo perfecto, sino con el vértice truncado en forma recta o redondeada. Al fondo del hilo también se le da forma truncada o redondeada. En la práctica el perfil de la tuerca no encaja perfectamente con el tornillo sino que se hacen los hilos con juego en los vértices ajustando los flancos. Se exceptúan los hilos estancos, aquellos que no dejan ningún escape, para evitar la salida de gases o líquidos. En éstas se suprime completamente el juego haciendo el fondo y la cresta del perno exactamente con el mismo perfil que la cresta y el fondo de la tuerca., En los hilos de sujeción, como el ajuste solo se hace en los flancos, no tiene importancia la exactitud de los diámetros interior y exterior, con tal que las crestas de los hilos no puedan tocar los fondos de la otra al a que se acoplan, en cambio tiene gran importancia la exactitud del diámetro medio o diámetro de los flancos pues de él depende el buen ajuste del hilo.
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A.1) ROSCA WHITWORTH El sistema Whitworth normalizado en Francia con el nombre de paso de gas es la forma de hilo de mayor antigüedad conocida. Es debida a Sir Joseph Whitworth, que la hizo adoptar por el instituto de ingenieros civiles de Inglaterra en 1841. Sus dimensiones Básicas se expresan en pulgadas inglesas: 25,4 Mm. Forma del filete El perno está engendrado por el enrollamiento en hélice de un tornillo isósceles cuyo ángulo en el vértice superior es de 55°. La base de este triangulo, situada paralelamente al eje del cilindro de soporte, es, antes de truncada, igual al paso del tornillo La parte superior y las base del triangulo primitivo isósceles se rodean hasta 1/6 de la altura teórica. Este tipo de hilo da un ajuste perfecto. Dimensiones
D = Diámetro nominal del perno expresado en pulgadas inglesas (25.4 Mm.)
P = Paso expresado en número de hilos por pulgada
h = altura de los filetes = 0,6403 P.
r = radio de las truncaduras = 0,1373 P
d = diámetro de mandrinado de la tuerca = D-1,2086 P
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Usos Como su nombre lo indica, es especialmente utilizado este hilo para tubos de conducción de gas, tubos de calefacción central y tubos para alojar conductores eléctricos. Así mismo es utilizado para construcción de maquinaria no solo en los países de habla inglesa sino también en los que utilizan el sistema métrico decimal. Como rosca de sujeción, no se debe utilizar en diámetros pequeños, porque el paso resulta en ellos demasiado grande y así el hilo no puede sujetar bien en estos casos se debe sustituir por la rosca métrica.
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TABLA DEL SISTEMA WHITWORTH Diámetro exterior Número de en hilos por pulgadas pulgada
DIMENSIONES EN MILÍMETROS Diámetro exterior
Diámetro medio
Diámetro del núcleo
Paso
1/8
40
3,175
2,768
2,362
0,635
5/32
32
3,969
3,461
2,952
0,794
3/16
24
4,762
4,085
3,407
1,058
7/32
24
5,556
4,879
4,201
1,058
1/4
20
6,349
5,536
4,723
1,269
5/16
18
7,937
7,033
6,130
1,411
3/8
16
9,524
8,508
7,492
1,587
7/16
14
11,120
9,950
8,789
1,814
1/2
12
12,699
11,344
9,989
2,116
9/16
12
14,287
12,931
11,576
2,116
5/8
11
15,874
14,396
12,918
2,309
11/16
11
17,465
15,983
14,505
2,309
3/4
10
19,049
17,423
15,797
2,539
13/16
10
20,637
19,010
17,384
2,539
7/8
9
22,224
20,417
18,610
2,822
15/16
9
23,812
22,004
20,197
2,822
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1
8
25,399
23,366
21,333
3,174
1 1/8
7
28,574
26,251
23,927
3,628
1 1/4
7
31,749
29,426
27,102
3,628
1 3/8
6
34,924
32,213
29,502
4,233
1 1/2
6
38,099
35,388
32,677
4,233
1 5/8
5
41,279
38,021
34,768
5,079
1 3/4
5
44,449
41,196
37,943
5,079
1 7/8
4,5
47,624
44,099
40,395
5,644
2
4,5
50,799
47,184
43,570
5,644
2 1/8
4,5
53,974
50,359
46,745
5,644
2 1/4
4
57,148
53,082
49,016
6,349
2 3/8
4
60,323
56,258
50,192
6,349
2 1/2
4
63,498
59,432
55,366
6,349
2 5/8
4
66,673
62,608
58,542
6,349
2 3/4
3,5
69,848
65,200
60,552
7,257
2 7/8
3,5
73,023
68,376
63,789
7,257
3
3,5
76,198
71,550
66,904
7,257
Tabla 1. TABLA DEL SISTEMA WHITWORTH
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A.2) SISTEMA INTERNACIONAL S.I. El hilado S.I. deriva del sistema francés que fue instituido en Paris el 10 de mayo de 1895 a petición de los industriales de aquel país, para reemplazar los múltiples hilados existentes hasta entonces, que por su variedad constituían un serio obstáculo para la industria. La forma del filete era ya el triangulo equilátero, con truncaduras de 1/8 de la altura teórica del filete en el vértice superior y en la base; la única crítica que se hizo a éste sistema francés de hilos fue respecto a su carencia de holgura en el fondo del filete que es conveniente en todo hilo, el ajuste de este hilo es perfecto. Este sistema se deriva del hilo métrico, sistema fundado en el sistema métrico decimal y en el que sólo varían algunos detalles en el fondo del hilo ya que el resto es igual para todos los sistemas. En cuanto a la forma del filete, el perno resulta engendrado por el enrollamiento a la derecha, en hélice, de un triángulo equilátero truncado, cuyo lado situado paralelamente al eje del cilindro soporte, Es antes de truncarlo, igual al paso del perno. El triángulo primitivo equilátero está truncado por dos paralelas a su base trazadas respectivamente a 1/8 de la altura a partir del vértice superior y de la base. La altura del filete medida entre las truncaduras es, por consiguiente, igual a los ¾ de la altura del triangulo primitivo. En lo que respecta al vacío existente entre perno y tuerca en el fondo de los ángulos entrantes del perfil el ahondamiento debido a tal vacío no debe exceder de 1/16 de la altura del triángulo primitivo.
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Dimensiones
D = diámetro nominal después de la truncadura.
P = paso expresado en milímetros.
h = altura teórica del filete = 0.866P
h1 = altura práctica del filete = h x 13/16 = 0,703P
h2 = altura de contacto de los filetes = h x 12/16 = 0,649P.
d = diámetro de mandrinado de la tuerca = D – 1.299P.
r = redondeado del fondo del filete = 0.054P.
= diámetro medio en los flancos del filete.
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Usos Casi toda los pernos mecánicos internacionales utilizan éste sistema de hilo, que satisface para la mayoría de las uniones para pernos y tuercas, por pernos y taladros hilados, por prisioneros y tuercas, etc. Es, en total, el sistema de hilos más extendido actualmente.
A.3) ROSCA MÉTRICA FRANCESA Se diferencia del sistema internacional en que los fondos de los hilos son rectos en vez de redondeados y que teóricamente no existe el juego. En la práctica ésta diferencia queda casi anulada. La rosca métrica francesa es una adaptación al sistema métrico de hilos americana Sellers.
A.4) ROSCA MÉTRICA DIN Se diferencia del sistema internacional en que el redondeamiento del fondo del perno y el truncamiento de la cresta del filete de la tuerca son mayores. Con esto se consigue una mayor resistencia en el perno y una mayor facilidad en el hilado. El sistema internacional se hace prácticamente el taladro del hilo con un valor mayor del teórico, lo cual anula casi totalmente la diferencia que existe entre éste sistema y el DIN.
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TABLA DEL SISTEMA INTERNACIONAL diámetro Paso exterior en en Mm. Mm.
Diámetro de Diámetro mandrinado medio de la tuerca
diámetro Paso Diámetro de exterior en Diámetro mandrinado en Mm. Mm. medio de la tuerca
1,6
0,30
1,405
1,210
36
4,00 33,402
30,804
1,8
0,40
1,540
1,280
39
4,00 36,402
33,804
2
0,40
1,740
1,480
42
4,50 39,077
36,154
2,2
0,45
1,907
1,615
45
4,50 42,077
39,154
2,5
0,45
2,207
1,915
48
5,00 44,752
41,504
3
0,60
2,610
2,220
52
5,00 48,000
45,504
3,5
0,60
3,110
2,720
56
5,50 52,428
48,885
4
0,75
3,513
3,025
60
5,50 56,428
52,855
4,5
0,75
4,013
3,525
64
6,00 60,103
56,206
5
0,90
4,415
3,830
68
6,00 64,103
60,206
5,5
0,90
4,915
4,330
72
6,00 68,103
64,206
6
1,00
5,350
4,701
76
6,00 72,103
68,206
7
1,00
6,350
5,701
80
6,00 76,103
72,206
8
1,25
7,188
6,376
85
6,00 81,103
77,206
9
1,25
8,188
7,376
90
6,00 86,103
82,206
10
1,50
9,026
8,051
95
6,00 91,103
87,206
11
1,50
10,026
9,051
100
6,00 96,103
92,206
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12
1,75
10,863
9,726
105
6,00 101,103
97,206
14
2,00
12,701
11,402
110
6,00 106,103
102,206
16
2,00
14,701
13,402
115
6,00 111,103
107,206
18
2,50
16,376
14,752
120
6,00 116,103
112,206
20
2,50
18,376
16,752
125
6,00 121,103
117,206
22
2,50
20,376
18,752
130
6,00 126,103
122,206
24
3,00
22,051
20,702
135
6,00 131,103
127,206
27
3,00
25,051
23,102
140
6,00 136,103
132,206
30
3,50
27,727
25,453
145
6,00 141,103
137,206
33
3,50
30,727
28,453
150
6,00 146,103
142,206
Tabla 3. Sistema Métrico Internacional Las dimensiones de estos hilos son de las normas C.N.M. 3 y C.N.M. 132 del comité de normalización del la mecánica.
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A.5) SISTEMA SELLERS o UNITED STATES STANDARD (U.S.S.) El hilado del sistema Sellers es corrientemente aplicado en los Estados Unidos. Fue establecido por William Sellers, industrial de Filadelfia, quien lo hizo aceptar oficialmente por el Franklin Institute, en 1864. Al igual que en el sistema Whitworth, sus dimensiones base se expresan en pulgadas inglesas. El hilo del sistema Sellers (S.S.) o nacional americana tiene la forma del filete semejante a la rosca métrica. En cuanto a la forma del filete está engendrado por el enrollamiento en hélice de un triángulo equilátero truncado, cuyo lado situado paralelamente al eje del núcleo es, antes de truncarlo, igual al paso del perno. El triángulo primitivo está truncado por dos paralelas a su base, respectivamente distanciadas de su vértice superior y de la base 1/8 de la altura teórica. La altura práctica de los filetes es igual a los ¾ de la altura del triángulo inicial. Este hilo como lo precedente, da un ajuste perfecto. Dimensiones
D = diámetro nominal del tornillo, expresado en pulgadas inglesas (25,4mm.)
P = paso expresado en número de hilos por pulgada.
h = altura de los filetes = 0.649P.
d = diámetro de mandrinado de la tuerca = D – 1,299P
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TABLA DEL SISTEMA SELLERS O UNITED STATES STANDARD (U.S.S.) DIMENSIONES EN MILÍMETROS
Diámetro exterior en pulgadas
Número de hilos por Diámetro pulgada exterior
1/4
20
6,349
5,525
4,699
1,269
5/16
18
7,937
7,021
6,105
1,411
3/8
16
9,524
8,493
7,462
1,587
7/16
14
11,112
9,934
8,763
1,814
1/2
13
12,699
11,430
10,160
1,954
9/16
12
14,287
12,913
11,531
2,116
5/8
11
15,874
14,374
12,874
2,309
3/4
10
19,049
17,400
15,748
2,539
7/8
9
22,224
20,391
18,558
2,822
1
8
25,399
23,337
21,277
3,174
1 1/8
7
25,874
26,218
23,850
3,628
1 1/4
7
31,749
29,393
27,025
3,628
1 3/8
6
34,924
32,175
29,413
4,233
1 1/2
6
38,099
35,350
32,588
4,233
1 5/8
5 1/2
41,274
38,275
35,280
4,618
1 3/4
5
44,449
41,150
37,846
5,079
Diámetro medio
Diámetro del núcleo
Paso
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1 7/8
5
47,624
44,325
41,021
5,079
2
4 1/2
50,799
47,133
43,459
5,644
2 1/4
4 1/2
57,148
53,482
49,809
5,644
2 1/2
4
63,498
59,374
55,245
6,349
2 3/4
4
69,848
65,724
61,595
6,349
3
3 1/2
76,198
71,484
66,751
7,257
3 1/4
3 1/2
82,548
77,834
73,101
7,257
3 1/2
3 1/4
88,898
83,822
78,740
7,815
3 3/4
3
95,248
89,749
84,252
8,466
4
3
101,598
96,099
90,602
8,466
Tabla 3. TABLA DEL SISTEMA SELLERS A.6) ROSCADO PARA ARTILLERÍA Como su nombre indica este modo de hilar es sobre todo, utilizado en las realizaciones de artillería para todas las piezas que tengan que soportar choques repetidos; en efecto, las armas de fuego están sometidas a esfuerzos súbitos, a veces muy importantes. Los órganos de unión de los morteros, cañones y ametralladoras, deben ser, por lo tanto objeto de una especial atención desde el punto de vista de su hilado. Por la acción del choque provocado por el disparo de una bala o un obús, los filetes triangulares ordinarios tendrían tendencia a escurrirse, tanto por el tornillo como por la tuerca. Tal inconveniente se remedia dirigiendo el esfuerzo sobre un flanco vertical, perpendicular al eje del perno, mientras que el otro flanco del filete se conserva inclinado para reforzar la resistencia al choque.
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Dimensiones
La forma de los filetes es: los hilos del perno de artillería se ejecutan según dos ángulos diferentes: a. Con un ángulo de 45° para pasos superiores a 1 Mm. b. Con un ángulo de 30° para pasos inferiores a 1mm.
La truncadura del filete la forman, en ambos casos, en el vértice superior de1/8 de la altura teórica y de 1/16 de esa misma altura en la base, y ello mientras no sobrepasan los 10 Mm. Por encima de 10 Mm., tanto en el vértice superior como en la base, basta una truncadura de 1/16 de la altura teórica. Para una rosca inclinada a 45°, la altura práctica del filete del tornillo es de: h1 = P – (1/8+1/16 de P)= P x 13/16 = 0,812 P
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En el caso de la rosca inclinada a 30°, la altura teórica del filete es igual al paso dividido por tg 30°, o multiplicado por cotg 30°: h = P/tg 30° = P/0,557 = P x 1,732 La altura práctica es entonces: h1 = 1,407P El perno de artillería es siempre engendrada por el enrollamiento en hélice, de un perfil cuya sección es un triángulo rectángulo con uno de sus catetos perpendicular a las generatrices el cilindro soporte. Usos Las construcciones de artillería no son el único caso en que se utiliza éste hil ado particular; su facultad de reforzar la resistencia al esfuerzo lo hace muy apropiado para todos los órganos de máquinas que deban resistir grandes esfuerzos de compresión, como los tornillos para ajustar las correderas porta-punzón de las prensas de taladrar.
B.1) SISTEMAS DE HILOS FINOS Los hilos finos son semejantes a los hilos de sujeción, pero teniendo igualdad de diámetro poseen un paso más pequeño y por tanto, una profundidad de hilo menor. Se emplean los hilos finos en todos aquellos casos en que los hilos normales de sujeción resultan con una profundidad demasiado grande para el espesor disponible como en husillos huecos, tubos, etc. Además de los tipos de hilos finos correspondientes a los sistemas de rosca normal estudiados (Sistema Internacional, DIN, Sistema Whitworth, Sistema Sellers), existe un tipo especial de hilo fino: el hilo de gas. La forma del filete en todas ellas es exactamente igual al del correspondiente hilo de sujeción normal.
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HILO DE GAS El hilo de gas (Hg.), tiene la forma del filete igual que la Whitworth, pero tiene un paso mucho más fino que el hilo normal y lleva juego en los vértices. Se emplea en tubos cuando se necesita un cierre fuerte y sin escapes pero sin necesidad de materiales auxiliares como cinta de teflón. C) SISTEMAS DE ROSCAS TRAPEZOIDALES Los hilos trapezoidales se emplean principalmente para la transmisión y transformación de movimientos, como por ejemplo, en el husillo de roscar de un torno. Los principales sistemas son dos: el hilo trapecial acmé y el hilo DIN. C.1) ROSCADO ACMÉ Éste sistema de hilo trapezoidal, que tiene los flancos inclinados a 14°30’, es el más empleado en los estados unidos en sustitución de los filetes cuadrados. El perno queda siempre centrado por sus flancos inclinados y su ajuste es muy sencillo, comparado con el de los pernos de filete cuadrado; además resulta posible corregir las holguras, y su construcción es más fácil a la vez que su resistencia es mayor a la de los filetes cuadrados. El filete acmé está engendrado por el enrollamiento en hélice, de un perfil cuya sección es un trapecio isósceles en el que el ángulo que forman sus dos lados paralelos es de 29°. Las bases del trapecio son paralelas al núcleo del tornillo, y la mayor de ellas coincide con las generatrices del mismo.
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Dimensiones
D = diámetro nominal del tornillo, expresado en pulgadas inglesas.
P = paso expresado en número de hilos por pulgada.
h = altura de los filetes = P/2 + 0,254 Mm.
a = 0,3707 P
b = 0,3707 P – 0,1321 Mm.
d = diámetro de mandrinado de la tuerca = D-P
diámetro de núcleo del tornillo = D-(P + 0,508 Mm.)
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TABLA DEL SISTEMA ACMÉ Paso = P Hilos por pulgada
en Mm.
Profundidad del filete h Mm.
1
25,400
12,95
9,41
9,28
2
12,700
6,60
4,7
4,57
3
8,466
4,48
3,13
3
4
6,350
3,42
2,35
2,22
5
5,080
2,79
1,88
1,75
6
4,233
2,36
1,56
1,43
7
3,628
2,06
1,34
1,21
8
3,175
1,84
1,17
1,04
9
2,822
1,66
1,04
0,91
10
2,540
1,52
0,94
0,81
a Mm.
b Mm.
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C.2) HILO TRAPEZOIDAL NORMALIZADO El hilo trapezoidal normalizado no es, sino el hilo acmé adaptado a las necesidades francesas, e igualmente concebido para suprimir las posibilidades de holguras inherentes a los pernos de hilo cuadrado. La forma del filete trapezoidal normalizado está engendrada por el enrollamiento en hélice, de un perfil cuya sección es un trapecio isósceles en el que el ángulo que forman sus dos lados no paralelos es de 30 °. También en éste caso las bases del trapecio son paralelas al núcleo del perno, y la mayor de ellas coincide con las generatrices del mismo.
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TABLA DEL ROSCADO TRAPEZOIDAL NORMALIZADO P
h
a
b
j1
j2
d
d1
2
D-1
1,20
0,73
0,62
0,20
0,30
D-1.8 D+0,4
3
D-1.5 1,75
1,10
0,96
0,25
0,50
D-2,5 D+0,5
4
D-2
2,25
1,46
1,33
0,25
0,50
D-3,5 D+0,5
5
D-2.5 2,75
1,83
1,70
0,25
0,75
D-4
D+0,5
6
D-3
3,25
2,20
2,06
0,25
0,75
D-5
D+0,5
8
D-4
4,25
2,93
2,79
0,25
0,75
D-7
D+0,5
10
D-5
5,25
3,66
3,53
0,25
0,75
D-9
D+0,5
12
D-6
6,25
4,39
4,26
0,25
0,75
D-11
D+0,5
16
D-8
8,50
5,86
5,59
0,50
1,50
D-14
D+1
20
D-10
10,50 7,32
7,05
0,50
1,50
D-18
D+1
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D) HILO CUADRADO El hilo cuadrado es un hilo que cada vez tiende más a desaparecer, reemplazado por el hilo trapezoidal; se utilizaba casi exclusivamente para todos los pernos de accionamiento de las máquinas-herramientas.
El filete cuadrado es engendrado por el enrollamiento en hélice de un perfil de sección cuadrada con uno de los lados apoyando el cilindro generador.
Pudiendo ser los pernos de varias entradas y hélices, el paso de la hélice es en tal caso, la distancia, expresada en milímetros, comprendida entre dos espiras de consecutivas de la misma hélice medida paralelamente al eje. Dimensiones
D = diámetro normal del tornillo, expresado en milímetros.
P = paso en milímetros
h = altura de los filetes
a) 1 hélice: 9/19P ó 0,473P
b) 2 hélices: 9/38P ó 0,237P
d = diámetro de mandrinado de la tuerca = D-0,946 Paso aparente.
El roscado cuadrado no tiene tabla puesto que no está normalizado.
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E) HILO REDONDO NORMALIZADO El hilo redondo normalizado es, pese a sus buenas cualidades mecánicas, un hilo poco utilizado debido a las dificultades mecánicas que entraña su ejecución. Su utilización se recomienda para toda unión de órganos susceptibles de recibir choques, como los enganches de vagones. La forma del filete es según la norma alemana DIN 405, con un ángulo de los flancos del filete de 30° y redondeamientos cuyo radio se aproxima a la mitad de la altura del filete. Dimensiones
D = diámetro nominal del tornillo expresado en milímetros.
P = paso expresado en milímetros.
R1 = radio de la coronación del filete en el tornillo = 0,238P.
R2 = radio del fondo del filete en el tornillo = 0,238P
R3 = radio de la coronación del filete en la tuerca = 0,236P.
R4 = radio del fondo del filete en la tuerca = 0,221P.
h = altura de los filetes = 0,5P.
d = diámetro de mandrinado de la tuerca = D – 0,9P
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HILO REDONDEADO DIN 405 Diámetro Número de rosca de filetes d por 1" z
Profundidad Profundidad Paso de la rosca del h t1 contacto t2
Redondeados Tornillo
tuerca
r
R
R1
7_12
10
2,540
1,270
0,212
0,606
0,650
0,561
14_38
8
3,175
1,588
0,265
0,757
0,813
0,702
40_100
6
4,233
2,117
0,353
1,010
1,084
0,936
105_200
4
6,350
3,175
0,530
1,515
1,625
1,404
F) SISTEMAS DE DE POCA UTILIZACIÓN Además de los hilos anteriormente estudiados hay otras de uso menos general, ya sea porque no fueron normalizadas, porque se han fabricado otras de mejor resistencia, o por su difícil forma de producción. Entre estas citaremos las siguientes:
Sistema Löwenherz: Tiene filete triangular con ángulo de 53° 30’ achaflanado en las puntas 1/8 de la altura. Las medidas se dan en milímetros. Se utilizaba para mecánica de precisión y aparatos de óptica; para trabajos de mecánica fina, principalmente en Austria y Alemania.
Sistema Thury: El sistema suizo Thury, llamado también de la British Association (B.A.), se utiliza en pequeños tornillos sobre todo para relojería. El ángulo de la rosca es de 47° 30’ y las crestas y fondos están muy
redondeados. Las medidas de éste sistema se dan en milímetros.
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FORMAS DE FABRICACIÓN DE LOS HILOS Práctica del hilado
Con peines
1. PEINE EXTERIOR—2. ROSCADO EXTERIOR—3. ROSCADO INTERIOR—4. PIEZA A REPASAR—5. PEINE INTERIOR.
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Los peines se utilizan principalmente para repasar los filetes de los pernos (peine exterior), o los filetes de las tuercas (peine interior o de lado). También se emplean para ejercer directamente hilos de pernos y de tuerca sobre los materiales blandos (torneado de aparatos ópticos en astronomía y en pequeña mecánica de precisión). Estos peines, siendo herramientas de mano exigen de parte del operario, una gran habilidad para su empleo. El tornero debe en efecto, hacer deslizar el peine, sobre la parte recta del soporte de la herramienta de mano, una cantidad igual al paso para cada vuelta del perno o de la tuerca. Para roscar con el peine debe ponerse el torno a una velocidad apropiada a la importancia del paso, tomando la precaución de situar el soporte del peine lo más próximo posible a la pieza. PRACTICA DE HILADO Con macho de roscar El macho es una barra de acero cilíndrica con filetes formados alrededor de ella y estrías o ranuras practicadas a lo largo de la misma, las cuales, al interseccionar con los filetes, forman las aristas cortantes, forman las aristas cortantes. Se utiliza para tallar roscas interiores. Existen los juegos de machos, que comprenden tres machos de roscar cuyos nombres son:
De devaste o primera pasada.
Intermedio o de segunda pasada.
Final o de acabado.
Para usar los machos, primero debemos iniciar el tallado de los filetes de la rosca, y si el agujero es pasante (abierto por los dos lados), no hace falta ningún otro macho. Si el agujero es ciego, después del macho de desbaste se emplea un macho intermedio para completar el tallado de la rosca cerca del fondo del agujero; cuando se requiere que los filetes en el fondo del agujero queden totalmente tallados, se usa el macho de acabado.
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Con terrajas Es una pieza de acero templado, fileteado interiormente, con ranuras que seccionan los filetes para formar las aristas cortantes. Se emplea para tallar roscas exteriores en barras redondas metálicas. Las terrajas, o cojinetes de roscar, tienen una abertura con un prisionero roscado que permite expandirlas al objeto de facilitar el primer corte. Los lados de la terraja no son iguales; por uno el agujero de la terraja tiene un chaflán mayor que el otro. Este chaflán mayor permite que la terraja inicie el roscado con facilidad. El gira-terrajas, es un utensilio para sujetar las terrajas; se utiliza sujetando la barra a roscar en una prensa de banco, y la terraja, alojada en el gira-terrajas, se gira en sentido de las agujas del reloj, y a veces, es conveniente invertir el movimiento para eliminar algunas virutas que pueden obstruir la terraja.
