DISPOSITIVOS DE FIJACIÓN

l. Roscas
2. Sujetadores roscados
3.Pernos
4. Tornillos
5. Tuercas
6. Espárragos
7. Arandelas
8. Pasadores
9. Suplementos roscados
1O. Cierres Turnlock
11. Frenado de elementos con alambre
12. Remaches

ROSCAS

Se llama rosca  la ranura en forma de hélice que se talla sobre un núcleo cilíndrico de diá­metro determinado.

Tanto este diámetro como la dis­tancia que hay entre las crestas de la hélice, y otras características de la misma, están normalizadas.

La distancia entre cresta y cresta se llama paso de rosca.

La ranura se puede tallar sobre el núcleo (rosca exte­rior) o en una superficie interior.

La primera opción es la pieza macho (tomillo); la interior es la pieza hembra (tuerca).

La generación de una rosca en un cuerpo cilíndrico se puede asemejar al arrollamiento, en forma de hélice, hecho por un alambre en tomo al núcleo,

El alambre puede tener cualquier sección (triangular, trapecial, etc.).

Según que el arrollamiento sea exterior o interior hablamos de tomillo o tuerca.

Característica de la rosca

 

La rosca se define por varias características.
La primera que citamos es el número de crestas o filetes que tiene por longitud determinada;

Técnica­mente se conoce por número de hilos por pulgada, en abreviatura TPI.

Así, por ejemplo decimos rosca de 20 hilos por pulgada, lo que sig­nifica que hay 20 filetes tallados por pulgada de longi­tud medida sobre el eje del núcleo cilíndrico.

En el sistema métrico se expresa en número de hilos por milímetros.

Puesto que los filetes son de distinta forma de sec­ción podemos hablar de roscas triangulares, cuadran­ gulares, trapeciales, etc.

Hay roscas de una entrada (roscas simples) o de múltiples entradas (dos, tres, etc.)

Así, un tomillo con rosca de dos entradas se puede consi­derar formado por dos alambres que se enrollan en forma de hélice alrededor del núcleo, de forma simultánea.

Esta posibilidad da lugar a una nueva definición: y es lo que se llama avance de rosca.

Es la distancia recorrida por una tuerca en el tomillo (o tor­nillo en una tuerca) cuando gira una vuelta.

Si la rosca es simple (de una entrada) el avance es igual al paso de rosca, pero si es de dos entradas el avance sería el número de entradas  multiplicado por el paso.

En resumen, la rosca está determina­ da por:

a. Por el número de filetes de entrada que tiene (sim­ple, doble, triple…).

b. Por el paso.
Rosca de una entrada.
Paso = 1 vuelta.
Rosca de dos entrada.
2 pasos = 1 vuelta.

c. Por la forma del filete.

d. Su sentido; puede ser a izquierdas,contrario a las agujas del reloj, o a derechas en el mismo sentido.

Es claro que con tantas variables de definición se pueden construir un número extraordinario de roscas, de ahí la importancia de su normalización.

Definiciones Geométricas de las roscas

 

Las definiciones principales son las siguientes.

Paso (P). Es la distancia medida en sentido paralelo al eje entre el centro de las crestas de dos filetes con­secutivos.

También puede definirse como el número de hilos que existe en una longitud determinada de rosca.

Diámetro nominal (d). Es el mayor de los diámetros de un elemento roscado por el exterior, medido en sentido normal al eje.

Diámetro menor o de fondo (d 1). El diámetro más pequeño de la rosca.

Diámetro de paso (d 2). Es el doble de la distancia desde el eje al punto medio de la altura del perfil de rosca, llamado también diámetro en los flancos o diá­metro medio.

Profundidad de rosca. Es la dis­tancia medida normal al eje entre la cresta y el fondo. Como norma general, la profundidad de rosca es tanto mayor cuanto mayor es el paso. Matemáticamente es (d-d¡)/2.

Profundidad portante. Es la parte del filete que real­mente soporta la carga de ajuste.

Será igual a la pro­fundidad de rosca menos el juego de rosca.

Ángulo de rosca. Es el formado por dos flancos con­tiguos del perfil.

Angulo de hélice. Es el formado por la espiral cónica de la rosca respecto a un plano perpen­dicular al eje de la rosca.

Altura del filete. Igual a la mitad de la diferencia entre el diámetro mayor y menor.

Longitud de apriete. Longitud de contacto entre dos superficies roscadas, medida en sentido del eje longitudinal.

Se llama también longitud de acopla­miento.

Salida de rosca. Parte de la rosca donde aumenta el diámetro menor hasta alcanzar la dimensión plana de la espiga.

Esta parte de la rosca es inservible a efectos de apriete, de manera que cualquier tuerca que se apoye en ella se dice que está «fuera de rosca».

Rosca fina . Es rosca que tiene menor paso que una corriente, y también tiene menos profundidad de rosca.

Rosca basta . También rosca grue­sa. Rosca con mayor paso y mayor profundidad de rosca.

Es la rosca de uso corriente, pero en aviación se emplea mayoritariamente la rosca fina.

Nótese que el adjetivo «basta» o «gruesa» se emplea en sentido de construcción de la rosca, no en sentido de excelencia.

 

Tablas de Pasos

 

Son tablas que relacionan el paso y el diámetro nominal para cada tipo de rosca, y a veces otras carac­terísticas de la misma.

Ejemplo de entrada de Tabla para rosca Acme:
1-114″-5 ACME-2G.

Quiere decir. Rosca de 1-114 pulgada, 5 hilos por pulgada y de uso general.

Es también a derechas. Si es rosca a izquierdas sería así:

1-114″-5 ACME-2G LH

2G, 3G y 4G se refieren al ajuste, y se describen en Estándar ANSI B1.5, siendo 2G el ajuste más común, los otros tienen menos juego cuando se combi­nan macho y hembra de la misma clase.

Las distintas tablas son fácilmente accesibles en la Web de fabricantes y vendedores.

 

Tipos de perfiles de rosca

 

Se han proyectado cientos de perfiles de roscas pero, afortunadamente, permanecen solo unos pocos tipos.

Los perfiles de roscas principales aunque algunas de ellas están en desuso y han dado paso a otras modernas, lo cual no quiere decir que no existan mecanismos con ellas en servicio.

Rosca Withworth

La sección del filete es un triángulo isósceles con ángulo en el vértice de 55°.

En concepto, la rosca se engendra moviendo el triángulo de tal forma que su base se apoya en un cilindro de diámetro dn (diámetro del núcleo).

El paso de rosca es el descrito por el cen­tro de gravedad del triángulo, que describe una hélice.

Los vértices exterior e interior del triángulo se redon­dean a un sexto de su altura.

 

RoscaAcme

 

Es una rosca en forma de trapecio (trapecial o trape­zoidal).

Se usa para transmisión de fuerza en todo tipo

de máquinas herramientas. Su ángulo de rosca es 29°.

Está truncada de forma amplia en la raíz y en la cresta (longitud del corte igual a 3P/8, siendo P el paso).

Es más fácil de tallar que la rosca cuadrada, a la que sustituye.

La falta de líneas agudas en el perfil de esta rosca, en comparación con la rosca cuadrada, disminuye la concentración de esfuerzos en el material y aumenta la vida de servicio.

 

Rosca redondeada

 

Rosca sencilla, de uso general (tapones para botellas, bombillas, etc.) donde no se requiere transmitir o rea­lizar esfuerzo importante de agarre.

 

Tipos modernos de perfiles de rosca

Actualmente hay dos tipos normalizados de roscas para tomillos de unión.

Son las series de roscas unifi­cada (Unified National Standard-UNS) y la de ros­cas métricas (lntemational Organization for Standari­ zation -ISO).

Las formas son similares pero no son intercambiables porque las dimensiones son distintas.

Todas ellas están basadas en un ángulo de rosca en triángulo equilátero de 60°.

 

Perfiles de rosca para series en pulgadas y métricas

 

Empezamos por las series en pulgadas para mos­trar luego las diferencias con las métricas ISO.

En Estados Unidos los estándares de perfiles de rosca principales son ASME B1.1 (de 1989) y el están­ dar federal FED-STD-H 28/2B.

Ambos describen cuál es la forma de la rosca unificada básica.

Se identifica por los códigos UN/UNR.

Una versión ligeramente modificada de las UN/UNR está definida en la Especificación Militar MIL-S-8879 denominada UNJ.

Estos documentos muestran las rela­ciones que existen en su configuración geométrica, que pueden consultarse allí en caso de ser necesario.

Las diferencias entre los perfiles UN, UNR y UNJ.

Tales diferencias solo ocu­rren en la rosca macho, las hembras son iguales de manera que se usa la misma forma de rosca interna.

Cuadro de diferencias:

a. El perfil UN tiene fondo plano; opcionalmente tiene la raíz ligeramente redondeada.
b. Los perfiles UNR y M tienen raíces ligeramente redondeadas.
c. Los perfiles UNJ y métricos MJ tienen raíces con amplio redondeo, decimos «redondeo generoso».

Las roscas métricas, por su parte, están definidas en el documento ISO 68-1.

La altu­ra de rosca H es P cos 30°.

La cresta está truncada 1/8 H, mientras que la raíz lo hace en 1/4 H.

Se identifican por los códigos M y MJ.

La geometría básica de las roscas de las series métricas y en pulga­das es idéntica pero el modo de definición de las pri­meras es distinto como veremos más adelante.

Series de roscas

Los perfiles citados anteriormente se pueden aplicar a roscas de cualquier tamaño, y de esta modo se definen las series de roscas.

Para el sistema de rosca unificado:

l. Roscas UNIUNR o UNJ, que son las series de paso constante.

Cada rosca de la serie tiene el mismo número de hilos por pulgada.

Por ejemplo, la serie «pitch 1O» indica que cada rosca del grupo tiene 1O hilos por pulgada.

El ángulo que forma la hélice de la rosca del tomillo varía con el diáme­tro de este, pero la profundidad de rosca es cons­tante, sin tener en cuenta el diámetro sobre el que se arrolla.

La razón es la rígida geometría de 60° a la que se somete el perfil.

Hay ocho series de rosca de paso constante, con 4, 6, 8, 12, 16, 20, 28 y 32 TPI.

Están disponibles tanto en el perfil UN bási­co/UNR, como en UNJ.

2. Además de la serie de paso constante hay grupos clasificados por TPI para un diámetro común del tomillo.

Por ejemplo, los códigos UNC, UNCR, y UNCJ identifican roscas de paso basto.

3. UNF, UNFR y UNFJ designan roscas de paso fino.

4. UNEF, UNEFR y UNEFJ identifican roscas de paso extrafino.

5. Los estándares contemplan las series especiales UNS, UNRS, o UNJS para identificar combina­ciones de paso-diámetro no encontradas en las series estándar.

Las roscas métricas siguen las mismas reglas anteriores pero solo distinguen entre basta y fina.

Además, en vez de usar hilos por pulgada para clasifi­car la rosca, aquí se emplea la distancia de paso expre­sada en milímetros.

Por ejemplo, M6 x 1 especifica una rosca con diámetro nomi­nal de 6 mm y paso de 1 mm.

Distinción entre roscas de paso basto y fino

Para un sujetador ros­cado de diámetro dado,  la rosca UNC tiene menos TPI  que la UNF y esta, a su vez, tiene menos hilos por pulgada  que la UNEF.

Como se ha dicho, la ten­dencia general industrial no 6 específicamente aeronáutica 8es la utilización del paso basto.

El paso fino es utilizado en aeronáutica porque reúne cualidades singulares respecto al paso ordinario.

Son las siguientes:

• Mayor resistencia a los esfuerzos de tracción.
• Menor tendencia a aflo­ jarse por vibraciones (por su paso pequeño).
Reglajes y ajustes siem­pre más precisos.
No obstante, la rosca de paso basto tiene también sus ventajas. He aquí algunas:
• Mayor resistencia a man­tener la integridad de la unión en caso de choques.
• Montaje fácil y rápido.
• Posibilidad de unir reves­timientos de más espesor debido al juego de tole­rancias y pasos de rosca más amplios.
• Menor riesgo de fractura de la rosca.

En todo caso, citadas las ventajas de una y otra, el inge

niero de estructuras aeronáuticas tiene siempre en cuenta que frente a cargas dinámicas la variable prin­cipal es la resistencia a la fatiga.

En este sentido un paso de rosca más largo ofrece mayor resistencia a fati­ga porque la carga en el fondo de la rosca disminuye a medida que aumenta el paso.

1.11 El adecuado acoplamiento entre roscas viene determinado por la llamada holgura básica  que existe entre ellas. Se establece por las dimensiones de la mismas y las tolerancias referidas a esas dimensiones.

 

La nomenclatura para las series en pulgadas y métricas es distinta.

Concesión

En una rosca existe casi siempre diferencia dimensional entre el perfil teórico y el real.

A esta diferencia se le llama «concesión de rosca».

En el lenguaje de las series en pulga­das hablamos de, y en el caso de roscas métricas de desviación fundamen­tal.
La concesión o desviación de rosca determi­na la distancia mínima que existe entre rosca macho y hembra cuando, tanto una como otra, llegan a sus posiciones más cercanas.

En estos casos se dice que las roscas están separadas solo por la concesión de base.

 

Tolerancia

 

La tolerancia de rosca se superpone ahora a las dimensiones establecidas por la concesión.
La tolerancia proviene de las imprecisiones inevita­bles derivadas del proceso de fabricación.
La tolerancia se aplica siempre en la dirección donde hay «menos material», es decir, siempre hace que la

holgura entre tomillo y tuerca sea mayor que la deter­minada por la concesión, nunca menor.

Esto garantiza el mantenimiento (no transgresión) de los límites de los perfiles teóricos de la rosca.

 

 

Clase

Hay tres clases en las roscas unificadas, denomina­das en ANSI: lA, 2A y 3A para roscas macho, y lB, 2B y 3B para roscas hembra.

El par lA y lB define el ajuste grueso, mientras que 3A y 3B definen el más estrecho.

La clase lA-lB se emplea para condiciones de tra­bajo rudas, donde es probable que las roscas experi­menten daños.

Se trata de ambientes de trabajo con suciedad, polvo, etc.

Son roscas con gran holgura, en términos relativos.

El montaje de este tipo de roscas es fácil, es de fabricación económica y no se emplea en útiles de precisión.

La clase 2A-2B incluye roscas para aplicaciones nor­males.

Se emplea en maquinaria industrial.

La clase 3A y 3B tiene mayor grado de precisión.

La concesión es cero. El montaje es posible por la holgu­ra que establece la tolerancia.

 

Series de roscas métricas:posición, grado y de clase de tolerancia

 

En este caso de roscas métricas cambian las definiciones.

 

Posición de tolerancia

La holgura básica entre rosca macho y hembra, lla­mada concesión en las roscas de series en pulgadas, se llama aquí posición de tolerancia.

Se identifica por las letras G o H para roscas internas y e, f, g, h para roscas externas, aunque hay más códigos disponibles (véase ISO 286-1988) pero los señalados son de uso común.

El par G-e define el ajuste de mayor holgura (la mayor concesión, para entendernos).

Para H-h la concesión es cero.

 

Grado de tolerancia

Lo que representa la tolerancia para las roscas series en pulgadas, en las métricas se conoce por grado de tolerancia. Se identifica con un número.

Hay siete grados de tolerancia para roscas externas (números 3 a 9 incluidos).

El número 9 define el grado de mayor hol­gura, el 3 el más estrecho.

 

Clase de tolerancia

 

El grado de tolerancia y la posición de tolerancia se combinan con un código alfanumérico llamado clase de tolerancia.

Entonces, para designar la clase de tolerancia referi­da a una rosca externa se escribe el grado de tolerancia con una posición de tolerancia, primero para el diáme­tro de paso y luego para el diámetro mayor.

Por ejem­plo, «4g6g» es la clase de tolerancia para una rosca externa con diámetro de paso grado 4, en posición de tolerancia g; ahora vienen los símbolos para el diáme­tro mayor, decimos: diámetro mayor grado 6 en la posición de tolerancia g.
Si las dos partes de la designación son idénticas (por ejemplo «4h4h», se escribe simplemente «4h».

La clase de tolerancia para la rosca interna sigue la regla salvo que en lugar del diámetro mayor se diámetro menor; las letras van en mayúsculas en este caso.

Nótese que la combinación de una clase de toleran­cia para rosca externa con otra para rosca interna crea una clase de ajuste de rosca.

Una clase de ajuste de rosca equivalente a 2A/2B es «6g/6H».

Hablamos entonces de una rosca externa con grado de tolerancia 6 y posición g, y una rosca interna de clase de tolerancia 6 con posición H.

Por ejemplo 4h6h/4H5H es una clase de ajuste de rosca frecuente­mente usado en algunos sujetadores de empleo aeronáutico. Es equivalente a 3A/3B.

 

 

Medidas y Verificaciones de roscas

El control de una rosca debe determinar las magnitudes que la caracterizan:

a) diámetro exterior,

b) diámetro de flancos,

e) diámetro interior,

d) perfil, caracterizado por los semiángulos de los flancos y redondeado,

e) paso,

f) sentido de la rosca.

 

Medida del paso. Hay varios modos de medir el paso de rosca.

El más sencillo es usar un pie de rey ajustado para medir un número determinado de hilos o filetes, anotar la longitud, y dividirla por el número de hilos seleccionados.

Se utilizan también galgas para roscas que tienen la ventaja de que al mismo tiempo puede comprobarse el del filete (flancos, redondeo).

.Diámetros. Los tres a determinar son: exterior, inte­rior y de flancos.

Los diámetros exterior e interior se miden con pie de rey.

El diámetro de flancos se mide normalmente con un micrómetro para roscas, aunque hay procedimientos más exactos (en Metrología se estudia el método de los tres alambres).

Verificaciones

Digamos que en trabajos de poca precisión se utilizan calibres de anillo para tomillos y calibres macho para tuercas, consistentes en enroscar la contrapieza (tomillo a tuerca, o a la inversa) y ver si el movimiento relativo durante el roscado es continuo y sin cabeceo.

Solo admisible para operaciones sin exigencia de precisión, o comprobación primaria de intercambiabilidad.

Mayor precisión se obtiene con el uso de otros tipos de calibres.

Para roscas interiores o exteriores se utili­zan los calibres de tolerancia Go-NoGo (pasa-no pasa), en forma recta para tuercas o en herradura para tomi­llos.

El calibre macho tiene un lado bueno, largo, for­mado por una rosca de perfil completo que puede ator­nillarse fácilmente.

El lado malo es corto, con solo dos o tres hilos de flancos rebajados en los diámetros exte­rior e interior.

No se podrá atornillar.

Para exteriores se utiliza el calibre de herradura, con dos pares de rodillos de medición, paralelos, con los lados bueno (par delantero) y malo (par trasero).

El primer par lleva el perfil completo y se debe atornillar por sí solo.

Los rodillos traseros llevan los filetes con los flancos rebajados.

Los rodillos, que son desplaza­bles, se ajustan con calibres patrones.
roscas

 

Niveles de Inspección de las roscas

Están definidos niveles de inspección de roscas.

• El Nive l21 es el menos riguroso. La inspección de la rosca con este nivel trata de garantizar el mon­taje funcional del macho en rosca hembra.

Se usa con los sujetadores roscados comunes que no requieren comprobación precisa.

La inspección se realiza con calibres pasa/no pasa.

• El Nivel 21A es similar, pero usado para roscas métricas.
• El Nivel 22 incluye el anterior más inspección de límites mínimos de tamaño de rosca, a lo largo de ella.
• El Nivel 23, más completo, comprueba límites dimensionales máximos y mínimos de rosca, ángulos de flanco, conicidad, y redondeo.

Esta clase de la inspección solo puede ser realizada con calibres indicadores o comparadores ópticos, que permiten al inspector medir tales parámetros.

Ejemplo de nomenclatura de rosca unificada donde se incluye el nivel de inspección realizado:

l/4-20UNC-1A (21).

El código (21) indica que la rosca del sujetador se ha sometido solo a inspección con calibre pasa/no pasa.