REPRESENTACIÓN GRÁFICA DE ELEMENTOS DE SUJECIÓN Unidad 4. Representación gráfica de elementos de máquina
Los elementos de máquinas son conocidos como elementos de sujeción, se analizaran algunas características técnicas de dichos elementos e identificaremos los métodos de representación.
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¿QUÉ ENCONTRAREMOS EN ESTE DOCUMENTO?
Introducción .................................................................................................... 3 Qué son los elementos de sujeción ................................................................... 3 Superficies roscadas ....................................................................................... 5 Característica principal de los elementos de sujeción....................................... 5 Tipos de roscas................................................................................................ 6 Nomenclatura de las roscas ............................................................................. 7 Designación de las roscas................................................................................ 9 Representación gráfica .................................................................................. 15 Representación gráfica de las rocas de un elemento de sujeción ................... 15 Representación pictórica ............................................................................... 16 Representación esquemática ......................................................................... 17 Representación simplificada .......................................................................... 18 Acotado ........................................................................................................ 19 Acotado de elementos roscados .................................................................... 19 Ejemplos de formas de acotado ...................................................................... 20 Enlaces de interés ......................................................................................... 22 Dónde podemos encontrar más información................................................... 22
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Introducción Qué son los elementos de sujeción En la práctica los ingenieros, el personal técnico, mecánicos y dibujantes, deben estar familiarizados con gran cantidad de elementos de máquinas. En el campo de la ingeniería y diseño, existen diferentes tipos de elementos de máquinas que permite unir un conjunto de piezas organizadas listas para ser ensambladas y listas para realizar una determinada función pero en la cual se requiere que los elementos permanezcan solidarios.
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Los tornillos o pernos son uno de los elementos de mรกquina mรกs comunes y simples, y con una finalidad principal unir mecรกnicamente elementos o piezas de mรกquinas. Como elementos de uniรณn, se diferencian de los remaches y la soldadura en que son reversibles, es decir una vez puestos en su sitio definitivo se pueden extraer, por lo que sirven para unir elementos y subensambles donde se requiere su desmontaje para tareas de mantenimiento u operaciรณn normal. Por otro lado, no son tan baratos como los remaches pero sรญ soportan cargas mรกs elevadas; en comparaciรณn con la soldadura, las uniones pernadas requieren mรกs espacio pero son mรกs baratas y no requieren equipos especiales como soldadores.
Los tornillos y pernos son unos de los elementos de mรกquina mรกs comunes.
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Superficies roscadas Característica principal de los elementos de sujeción La característica principal de los elementos de sujeción, es que poseen superficies roscadas para generar uniones fijas con piezas que poseen agujeros roscados o con tuercas en sus extremos cuando el tornillo es pasante o atraviesa en su totalidad las piezas a unir. Unión tornillo y agujero (Agujero ciego)
Unión tornillo y tuerca (Agujero pasante)
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Tipos de roscas Estas superficies roscadas poseen características particulares en función del tipo de rosca. Existen varios tipos de rosca, como por ejemplo las roscas métricas (M), la rosca unificada fina (UNF), la rosca unificada normal (corriente) (UNC), la rosca Witworth de paso fino (BSF), la rosca Witworth de paso normal (BSW o W), entre otras. Las diferencias se basan en la forma de los filetes que los hacen más apropiados para una u otra tarea, las roscas indicadas son las más utilizadas en elementos de unión. En la figura siguiente se aprecian varias formas de roscas, los filetes triangulares son utilizados en pernos y tuercas, los filetes redondos son utilizados en uniones rápidas de tuberías, finalmente las roscas rectangulares en general se utilizan para ejercer fuerza en prensas.
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Nomenclatura de las roscas Aunque existen muchos tipos de roscas, la más utilizada en máquinas es la rosca triangular. Los tornillos en pulgadas están estandarizados bajo la norma del sistema unificado (UNS) y los tornillos en milímetros bajo la norma ISO. En la siguiente figura se ilustra la geometría y nomenclatura de una rosca triangular bajo los dos sistemas.
Los términos que se describen en la imagen son los más utilizados en la representación de roscas en dibujo técnico. Es el principal factor para caracterizar una rosca y coincide con el diámetro más grande de una rosca, ya sea interna o externa. Diámetro más pequeño de una rosca interna o externa y coincide con la base del filete de la rosca. Ángulo entre las superficies de dos roscas adyacentes. Se define como la distancia entre filetes generalmente medida entre filetes o valles o también se puede definir como la distancia entre cualquier punto de la rosca y el punto correspondiente de la siguiente vuelta adyacente, medido paralelo al eje.
Diámetro mayor o diámetro nominal (d)
Diámetro menor o diámetro de raíz (dz) Ángulo de rosca
Diámetro de paso (dp)
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En el sistema ISO, el paso se expresa directamente en milímetros, mientras que en el sistema UNS se expresa a través del inverso multiplicativo del paso en pulgadas, es decir, en términos del número de hilos o filetes que caben en una pulgada de longitud de la rosca. En el sistema métrico, para un mismo diámetro nominal de tornillo existen tres tipos básicos de rosca: 1. Gruesa (también llamada basta u ordinaria) 2. Fina 3. Extrafina En el sistema unificado corresponden a las roscas UNC, UNF y UNEF respectivamente. La rosca fina se aplica en tornillos de diámetros pequeños para aumentar la capacidad de carga del filete tanto del tornillo como de la tuerca o rosca hembra (por ejemplo, tornillos en espacios reducidos con cargas axiales significativas o roscas en materiales blandos y poco resistentes); otra aplicación son los instrumentos donde se requieren tornillos de paso más pequeño para calibrar determinada posición de referencia; finalmente, la rosca fina es deseable en uniones sometidas a vibración, donde una rosca ordinaria tiende a aflojarse fácilmente.
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Designación de las roscas La designación de las roscas se hace por medio de su letra representativa e indicando la dimensión del diámetro exterior y el paso. El paso se indica directamente en milímetros para la rosca métrica, mientras que en la rosca unificada y Witworth se indica a través de la cantidad de hilos existentes dentro de una pulgada.
La designación completa de una rosca en sistema UNS será: Tamaño - Paso x Longitud - Ajuste, Tipo De Rosca Por Ejemplo: 3/4-10 UNC x 1½ - 2A RH La rosca W 3/4 ’’- 10 equivale a una rosca Witworth normal de 3/4 pulg de diámetro exterior y 10 hilos por pulgada.
En el sistema ISO, se expresa el tamaño con el sufijo M para identificar el sistema métrico; el paso y la longitud se indican directamente en milímetros. Tamaño (M), Paso y longitud en milímetros.
Por ejemplo, la rosca M 3,5 x 0,6 x 30 indica una rosca métrica de 3,5 mm de diámetro exterior con un paso de 0,6 mm y una longitud de 30 mm.
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La tabla siguiente entrega información para reconocer el tipo de rosca a través de su letra característica, se listan la mayoría de las roscas utilizadas en ingeniería mecánica.
Símbolos de roscado más comunes
Denominación usual
American Petroleum Institute
API
British Association
BA
International Standards Organisation
ISO
Rosca para bicicletas
C
Rosca Edison
E
Rosca de filetes redondos
Rd
Rosca de filetes trapezoidales
Tr
Rosca para tubos blindados
PG
Rosca Whitworth de paso normal
BSW
Rosca Whitworth de paso fino
BSF
Rosca Whitworth cilíndrica para tubos Rosca Whitworth
BSPT BSP
Rosca Métrica paso normal
M
Rosca Métrica paso fino
M
Rosca Americana Unificada p. normal
UNC
Rosca Americana Unificada p. fino
UNF
Rosca Americana Unificada p.exrafino
UNEF
Rosca Americana Cilíndrica para tubos
NPS
Rosca Americana Cónica para tubos
NPT
Rosca Americana paso especial
UNS
Rosca Americana Cilíndrica "dryseal" para tubos
NPSF
Rosca Americana Cónica "dryseal" para tubos
NPTF
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Otras características para la designación de una rosca son: el ajuste, la construcción de la misma y la dirección. El ajuste designa rangos de tolerancias dimensionales según la aplicación en clases del 1 al 3: La clase 1 tiene tolerancias más amplias y se utilizan en herrajes y hojalatería. La clase 2 tiene tolerancias menores y es la que más se emplea en máquinas. La clase 3 es de precisión y se utiliza en instrumentación.
Con respecto a su construcción, una rosca puede ser externa (A) o interna (B). La dirección igualmente puede ser derecha (RH) o izquierda (LH), siendo la derecha la más común. La designación de los elementos de sujeción se complementa con otras características como el tipo de cabeza, el material y el grado de resistencia. Para dar algunos ejemplos tendientes a mostrar las especificaciones en cuanto al tipo de cabeza y resistencia, se incluyen a continuación tablas con esta información. •
Tipos de cabezas de los tornillos.
La cabeza hexagonal es la más común en máquinas y se aprietan con llaves de boca fija o de copas. Se fabrican en todos los tamaños de tornillos y sus dimensiones están estandarizadas en ambos sistemas (ISO y UNS). Los tornillos de cabeza socket (cabeza redonda con indentación hexagonal para llave Allen) se usan en agujeros abocardados de manera que quedan a ras de la superficie; esto es útil en elementos móviles donde una cabeza hexagonal normal puede generar interferencia. También se usan en ensambles pequeños y estrechos donde no se podría acceder con una llave de boca fija o de copas. Otros tipos de cabezas de tornillos (ranurados, Phillips o de estrella, avellanados, redondos, etc.) vienen para tamaños más pequeños y se emplean en aplicaciones domésticas o en la unión de láminas delgadas.
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Forma de la cabeza del tornillo Ilustraci贸n
Forma de la cabeza del tornillo
Tornillo con cabeza hexagonal para apriete con llave de boca fija o copas.
Tornillo con cuadrada.
Tornillo con cabeza redonda para apriete con destornillador
Tornillo con cabeza de gota de cebo.
Tornillo con cabeza avellanada para apriete con destornillador
Tornillo con cabeza cil铆ndrica para apriete con destornillador
Tornillo don cabeza cil铆ndrica para apriete con llave Allen.
Tornillo con cabeza avellanada para apriete con llave Allen.
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cabeza
Ilustraci贸n
Tornillo con cabeza avellanada para apriete con destornillador de estría.
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Tornillo con cabeza cilíndrica para apriete manual
Propiedades mecánicas (resistencia) y su identificación (Marcas de cabeza)
Las normas de prueba de pernos indican cargarlo contra su propio hilo. Esto genera un valor llamado carga de prueba, la cual puede utilizarse para diseñar en reemplazo de la resistencia a la fluencia. En la práctica existen pernos probados bajo normas SAE, ASTM y Métrica. Como ejemplo se adjunta la tabla con las propiedades mecánicas y las marcas con que se indica el grado de resistencia de los pernos, para la norma Métrica. Propiedades mecánicas de elementos roscados de clase métrica
Clase
Rango del diámetro
Carga de prueba [MPa]
Esfuerzo de ruptura [MPa]
4.6
M5 - M36
225
400
Acero de bajo carbono ó acero al carbono
4.8
M1.6 M16
310
420
Acero de bajo carbono ó acero al carbono
5.8
M5 - M24
380
520
Acero de bajo carbono ó acero al carbono
Material
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Marcado de la cabeza
8.8
M16 M36
600
830
Acero al carbono, Templado y Revenido
9.8
M1.6 M16
650
900
Acero al carbono, Templado y Revenido
Propiedades mecánicas de elementos roscados de clase métrica
Clase
Rango del diámetro
Carga de prueba [MPa]
Esfuerzo de ruptura [MPa]
Material
10.9
M5 - M36
830
1040
Acero de bajo carbono martensítico, Templado y Revenido
12.9
M1.6 M36
970
1220
Acero aleado, Templado y Revenido
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Marcado de la cabeza
Representación gráfica Representación gráfica de las rocas de un elemento de sujeción En la práctica se distinguen tres formas de representar la rosca de un elemento de sujeción o una superficie roscada. Ellas son la representación pictórica o detallada, la representación esquemática y la representación simplificada.
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Representación pictórica La representación pictórica o detallada de las roscas es muy difícil de realizar y pocas veces se emplea a menos que se pretenda mostrar en detalle las características de la rosca.
En esta representación y más cuando el dibujo posee una escala o tamaño importante se ve con claridad las características geométricas de la rosca y se pueden detallar algunas dimensiones características de cada tipo de rosca, tal cual se ve en la siguiente imagen.
Dada las dificultades que implica emplear el método de representación pictórica o detallada, es indispensable emplear alguna de las dos representaciones adicionales mencionadas, ellas son la representación esquemática y simplificada. Estos dos métodos son más prácticos y comúnmente empleados en planos técnicos.
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Representación esquemática La representación esquemática es ampliamente empleada en dibujos técnicos pero en algunas ocasiones se limita a dibujos de grandes proporciones porque es muy cargada de trazos para representar la rosca. Por lo general se recomienda este tipo de representación para dibujos de montaje y ensamble.
Las líneas delgadas que representan las crestas de las roscas no están espaciadas de acuerdo con la escala. Se recomienda que el espaciamiento de estas líneas no sea menor de 0.09 mm (3/32’’). Las líneas que representan los fondos de la rosca se dibujan más gruesas. Estas líneas se colocan a la mitad entre las líneas de las crestas y deben terminar a una distancia mínima de 1.5 mm (1/16’’) de las líneas que representan el diámetro mayor de la rosca. Para el caso de roscas internas o agujeros roscados, se suelen emplear secciones para simbolizar la rosca en forma esquemática, en este caso el rayado se prolonga hasta las crestas. Cuando las vistas son ocultas las crestas y base se muestran en trazo fino y discontinuo. En vista frontal, la línea de fondo abarcará preferiblemente 3/4 de circunferencia aproximadamente para evitar errores de interpretación. En los dibujos conjuntos, las líneas de la rosca macho (tornillo) prevalecen sobre las de la rosca hembra (tuerca). En la siguiente imagen se observa un ejemplo de representación esquemática para agujeros roscados.
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Representación simplificada La representación simplificada es la más empleada de las tres, dado que la rosca se simplifica y simboliza con el uso de líneas de trazo continúo y discontinuo variando en función de si se simboliza un tornillo y un agujero roscado. Este tipo de representación es recomendada para dibujos de detalle.
Para el caso de agujeros roscados las convenciones son similares a las de la representación esquemática con la única diferencia de que el rayado de las piezas en decisión se extiende hasta la base de la rosca atravesando las líneas de las crestas.
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Acotado Acotado de elementos roscados El acotado de roscas es importante para poder interpretar las características dimensionales de la rosca y sus características geométricas.
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Ejemplos de formas de acotado
Las roscas se acotan por su diámetro exterior (Diámetro nominal), expresado en mm o pulgadas, a dicha cota se antepone la letra que indica el tipo de rosca y también se acota el largo útil de la rosca
Cuando los elementos roscados son de pequeño tamaño comúnmente se emplean líneas guías sobre las cuales se especifican las roscas.
En algunos casos es indispensable colocar el largo total del tornillo (l) y la longitud de salida de la rosca (x).
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Para el caso de roscas internas, se puede distinguir los agujeros pasantes y los agujeros ciegos. Para el caso de los agujeros pasantes bastara con acotar su diámetro exterior (Diámetro nominal), expresado en mm o pulgadas, a dicha cota se antepone la letra que indica el tipo de rosca.
En el caso de agujeros ciegos se acota a parte del diámetro nominal y el tipo de rosca, la longitud útil de la rosca y la profundidad de la perforación.
En el caso de especificar las roscas en agujeros pequeños de una pieza, se suelen designar las características de la rosca sobre las líneas de centro, lógicamente especificando la profundidad del agujero cuando el agujero no es pasante.
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Enlaces de interés Dónde podemos encontrar más información Tornillos http://es.wikipedia.org/wiki/Tornillo
Acotación de tornillos y turcas http://dibujotecnico.ramondelaguila.com/normalizacion/acotaciontornillos.htm
Tipos de tornillos http://www.gig.etsii.upm.es/gigcom/temas_di2/roscas/tipos_tornillos.html
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