Tornillo (detalle)

Tornillo (del alemán Gewinde - corte, roscado, a través del polaco gwint ) - un sujetador para conectar o fijar piezas. Tiene forma de varilla con una rosca exterior en un extremo y un elemento estructural de transmisión de par en el otro [1] ; este elemento constructivo puede ser:

cabeza ranurada
cabeza moleteada (en el lateral)
o, en ausencia de una cabeza, una ranura en el extremo de la varilla. [una]

Además, los tornillos pueden servir como eje de rotación para piezas giratorias, sirven como guía para el movimiento rectilíneo o giratorio, y también pueden usarse para otros fines [2] .

Historial de apariciones

El mecanismo de tornillo era conocido en la antigua Grecia (como tornillo de Arquímedes ). El tornillo fue descrito más tarde por el matemático griego Arquitas de Tarento . En el siglo I a.C. mi. Los tornillos de madera ya se usaban ampliamente en los países mediterráneos como parte de las prensas de aceite y vino. En la Europa del siglo XV , los tornillos de metal como sujetadores eran muy raros, si es que alguna vez se conocieron [3] . Los destornilladores manuales (en el original - tournevis francés [4] ) aparecieron a más tardar en 1580 , aunque se generalizaron solo a principios del siglo XIX [5] . Inicialmente, los tornillos eran uno de los muchos tipos de sujetadores en la construcción y se usaban en carpintería y herrería.

El uso generalizado de los tornillos metálicos comenzó tras la aparición en 1760-1770 de las máquinas para su producción en serie en línea [6] . El desarrollo de estas máquinas en un principio fue de dos maneras: la producción industrial de tornillos para madera en una máquina de un solo uso, y el estampado artesanal de los tornillos necesarios a pequeña escala en una máquina semimanual con equipos intercambiables.

La diferencia entre un tornillo y otros sujetadores

El tornillo se diferencia del tornillo en que no tiene una constricción cónica en el extremo y no crea una rosca en el material al atornillarlo. .

Clasificación

Dependiendo del propósito, hay:

tornillos de fijación (para la conexión desmontable de piezas);
tornillos de fijación (para la fijación mutua de piezas).

Tornillos de montaje

El tipo de tornillo más común en ingeniería es el tornillo de máquina. Tal tornillo es la parte principal de una conexión de tornillo desmontable y es una varilla con una rosca en un extremo y una cabeza en el otro.

La cabeza del tornillo se utiliza para presionar las piezas a unir y sujetar el tornillo con un destornillador , llave inglesa , llave hexagonal (hexágono) u otra herramienta. Los tornillos de montaje con cabezas redondas, hexagonales, cuadradas y otras se han generalizado. Se utiliza un tipo de cabeza de tornillo, un candado , para dificultar que los extraños desenrosquen el tornillo. Por ejemplo, un tornillo con uno o dos agujeros en la cabeza (en lugar de una ranura ), tornillos para un destornillador en forma de Y, etc. En la URSS , los ferrocarriles (fijación de dispositivos de vía) a menudo usaban pernos de 5 lados . Para los entusiastas de los automóviles, se venden "secretos" para colocar ruedas de automóviles; por regla general, todos requieren su propia llave única no estándar.

En Rusia, las propiedades mecánicas de pernos, tornillos de fijación y espárragos hechos de acero al carbono aleado y sin alear según GOST 1759.4-87 [7] ( ISO 898/1-78) en condiciones normales caracterizan 11 clases de resistencia: 3.6; 4,6; 4,8; 5,6; 5,8; 6,6; 6,8; 8,8; 9,8; 10,9; 12.9. El primer número, multiplicado por 100, determina la resistencia a la tracción nominal en N/mm², el segundo número (separado por un punto del primero), multiplicado por 10, es la relación entre el límite elástico y la resistencia a la tracción en porcentaje. El producto de los números multiplicados por 10 da el límite elástico nominal en N/mm². Los tornillos y pernos más comunes son de grado 8.8 (resistencia normal).

La conexión de piezas con un tornillo y una tuerca se denomina empernado, y los tornillos destinados a ellos, respectivamente, se denominan pernos . . Los pernos suelen tener una cabeza hexagonal llave en mano.

Cuando se conectan partes que tienen una superficie no plana, las mareas se hacen en las ubicaciones de los tornillos o se hace un procesamiento local del área de la superficie para que las almohadillas de soporte para la cabeza del tornillo y la tuerca queden planas. De lo contrario, la conexión puede torcerse, lo que generará tensiones adicionales y puede causar la destrucción del tornillo. En las piezas fabricadas con materiales blandos, se proporcionan casquillos resistentes para conexiones roscadas. En piezas delgadas, es conveniente hacer un engrosamiento local para roscar. Cuando se conectan materiales con diferentes potenciales eléctricos, se pueden usar pasatapas hechos de materiales aislantes o tornillos no metálicos [8] .

Tornillos de fijación

Los tornillos de fijación se utilizan cuando es necesario para fijar la posición relativa de las piezas entre sí. Para hacer esto, tienen varias protuberancias o rebajes en los extremos para una mejor fijación de las piezas, y también, si es necesario o posible, se hacen agujeros especiales para los extremos de los tornillos de fijación.

Ejemplos de extremos de tornillos de fijación:

de acuerdo con GOST 12414-94 Extremos de pernos, tornillos y espárragos. Dimensiones. (ISO 4753:1999):
- extremo cónico;
- extremo plano;
- extremo cilíndrico;
- extremo perforado;
- extremo escalonado;
- extremo escalonado con una esfera;
- extremo escalonado con un cono;
según otras normas:
- extremo corrugado;
- extremo de bola;
- Tornillos de fijación simétricos con ranuras en ambos lados (utilizados para montaje automático).

Nombre	Reglamento	Área de aplicación
Tipos de tornillos [9]
Tornillo de cabeza plana		Para todo tipo de conexiones desmontables. Se puede usar con disco. La cabeza puede ser empotrada o no empotrada
Tornillo de cabeza plana		Se usa más a menudo para sujetar cualquier pieza hecha de aleaciones y metales no ferrosos. Si no se utilizan arandelas, un área suficientemente grande de la parte inferior de la cabeza evita daños en la pieza.
Tornillo avellanado ( Ing. Tornillo de cabeza avellanada o plana )		Se usa cuando es necesario ocultar la cabeza de los tornillos, por ejemplo, para sujetar cubiertas, para unir partes externas. No se recomienda su uso con pasadores
tornillo de cabeza avellanada ( Tornillo inglés de cabeza ovalada o elevada )
Tornillo de cabeza plana ( ing. Tornillo de cabeza redonda )		Se puede utilizar en casos donde el espesor de las piezas a unir es demasiado pequeño para el uso de tornillos avellanados
Tornillo de cabeza hueca con agujero hexagonal interno		Para casos en los que se requiere una fuerza de apriete importante al atornillar
Tornillo especial con cabeza cilíndrica y plana		Para la fijación de cubiertas de instrumentos y otros productos
Tornillo de fijación con cabeza avellanada
Tornillo especial		Diseñado para fijar o ajustar la posición de las piezas manualmente
tornillo de mariposa
Tornillo con cabeza esférica o cilíndrica		Además de ser utilizado para la fijación de piezas, también se puede utilizar como eje para piezas giratorias.
Tornillo de cabeza plana		Se utiliza principalmente para fijar piezas cilíndricas y también fija su posición entre sí.
Tornillo con cabeza esférica grande ( Ing. Botón o tornillo de cabeza abovedada )
Tornillo de fijación con cabeza cilíndrica ( Ing. tornillo cabeza cilíndrica )		Estos tornillos se pueden utilizar como tacos. En general, se utilizan para reparar piezas.
Tornillo moleteado de cabeza plana
Tornillo moleteado alto		Sirve para evitar que las piezas giren. Atornillado y ajustado a mano
tornillo de mariposa		Se utiliza en los casos en que se requiere un atornillado y desenroscado manual frecuente.
Tornillos de fijación inglés Tornillo de fijación (tornillo prisionero)		Para montar y sujetar piezas
Tornillos de fijación con cabeza cuadrada y extremo escalonado con esfera ( Punta escalonada de cabeza cuadrada inglesa con tornillos de fijación esféricos )	GOST 1486-84
Tornillo de fijación con extremo cónico
Tornillo de fijación con extremo plano
Tornillo de cabeza cuadrada con extremo cilíndrico
Tornillo de fijación con hexágono interior
Tornillo con extremos cilíndricos y escalonados
tornillo perforado

Elementos de tornillo

Los elementos principales del tornillo son [1] :

Varilla cilíndrica: una parte del tornillo que ingresa directamente en el orificio o se atornilla en el material. La varilla está parcial o completamente roscada. La longitud de la parte roscada y la profundidad de la rosca se determinan en función del material del que está hecho el tornillo y del material de las piezas a unir, así como del diámetro de la rosca [8] .
La cabeza es la parte del tornillo que se utiliza para transmitirle el par. Tiene planos para una llave o ranura para un destornillador. La forma de la cabeza y la ranura puede ser muy diversa.

Formas de la cabeza

Dependiendo del propósito, se distinguen las siguientes formas principales de cabezas:

plano;
convexo;
Redondo: generalmente con fines decorativos; [diez]
Hongo - cabeza esférica baja;
Avellanado: una cabeza cónica con una superficie exterior plana, diseñada para empotrar en el material "a ras", se usa mucho para tornillos ;
Semioculto: la parte inferior es como un oculto, pero la parte superior no es plana, sino redondeada [10] .

Tipos de tragamonedas

Ranura recta (plana) (SL)	Cabeza Phillips [11] (PH)	Ranura cruzada Posidriv [12] /SupaDrive (PZ)	cabeza cuadrada
tragamonedas robertson	Cabeza hexagonal (HEX)	Ranura hexagonal (Allen)	Hexágono protegido (pin-in-hex)
Ranura Torx (T, TX)	Torx protegido (TR)	Ranura de triple ala	Slot Torq-set
Toma de horquilla (ojo de serpiente)	Ranura cuadrada triple (estrella de 12 puntas)	Ranura spline (estrella de 12 puntas)	Ranura Doble hexágono (12 lados)
Ranura Polydrive	Ranura antivandálica Unidireccional	tragamonedas bristol	Ranura Pentalobe (utilizada por Apple y Meizu )

Protección de las uniones roscadas contra el desenroscado automático

A pesar del hecho de que las roscas de fijación están hechas de tal manera que el ángulo de hélice es menor que el ángulo de fricción, las conexiones roscadas aún tienden a desenroscarse por sí solas. La razón de esto es el trabajo de tales conexiones bajo la acción de cargas dinámicas. Vibraciones, sacudidas, impactos conducen al hecho de que la fricción a lo largo de la rosca entre el tornillo y la contraparte se reduce considerablemente. El desenroscado automático es un problema importante que puede tener consecuencias graves. Se ha desarrollado una amplia variedad de métodos para evitar el desenroscado automático. Se pueden dividir en los siguientes grupos [13] :

Protección al crear una mayor fricción en el tornillo asentado. Consiguen una mayor fricción ya sea a lo largo de la rosca o entre la cabeza del tornillo y la pieza. Estos objetivos se logran creando una presión adicional sobre el tornillo. Dichos métodos incluyen el uso de contratuercas (cuando se coloca otra, a menudo de menor altura, encima de la tuerca principal), el uso de tuercas partidas (la tuerca consta de dos partes con roscas separadas, las partes individuales a veces pueden apretados con un tornillo), el uso de tuercas con un sellado elástico (se coloca un anillo de material elástico en las tuercas que, después de la instalación, presiona el tornillo), el uso de arandelas de goma (la fricción debajo de la cabeza del tornillo aumenta ), el uso de presionar las partes conectadas con resortes (se puede instalar un resorte en el fondo del orificio donde se asienta el tornillo, que se comprime al atornillar el tornillo y luego lo presiona, aumentando la fricción a lo largo de la rosca). Cabe señalar que el uso de contratuercas no es la forma más eficiente, tanto en términos de rendimiento como por el hecho de que esto conduce a un desperdicio de material: no solo se requiere una cantidad adicional de tuercas y tornillos más largos, sino que a menudo un aumento en las dimensiones de la estructura.

El uso de arandelas elásticas instaladas debajo de las cabezas de los tornillos. Presionada durante el atornillado, una arandela de este tipo tiende a volver a su volumen anterior, creando una presión adicional sobre la rosca en la dirección longitudinal. Como tales, se utilizan arandelas, arandelas divididas, arandelas moldeadas con enlaces elásticos, arandelas especiales con un perfil elástico. Al usar arandelas elásticas, debe tenerse en cuenta que su grosor no debe ser demasiado grande. De lo contrario, existe la posibilidad de excentricidad en la dirección de la fuerza de sujeción en el tornillo, lo que puede provocar que la cabeza se salga. Este grupo también incluye tuercas autoblocantes, que tienen bordes afilados en la superficie inferior. Chocando contra el material de la pieza, tales tuercas proporcionan una fijación más fuerte. Sin embargo, esto solo es cierto para cargas pequeñas.
El uso de arandelas emparejadas del tipo "NordLock".

Uso de chavetas , pasadores , tornillos y ballestas.

Aplicación de piezas deformables. Dichas piezas, arandelas y tuercas tienen piezas dobladas, con las que puede crear un tope que evite el desenroscado automático.

Cambiar la forma de la cabeza o punta del tornillo, así como cambiar la forma de las piezas a unir. En este caso, los extremos del tornillo se pueden remachar, perforar o doblar en el caso de tornillos especiales. La desventaja de este tipo de protección es el mal desmontaje (desmontaje) de la conexión y, en la mayoría de los casos, la imposibilidad de reutilizar los tornillos.

El uso de cerraduras de alambre. Varios tornillos en su lugar se pueden unir con un cable que se pasa a través de los agujeros en sus cabezas. Bien torcido, el cable evitará que se desenrosque.

Aplicación de barnices o pinturas. En este caso, se aplican gotas de barniz o pintura en la cabeza del tornillo o tuerca, que adhieren el tornillo a la pieza. También se puede aplicar un relleno de pintura de la cabeza del tornillo empotrado.
Aplicación de bloqueadores de hilos anaeróbicos.

Cálculo de uniones roscadas

La cantidad de torque requerida para girar la tuerca en el tornillo se encuentra a partir de la ecuación [14]

M=P\cdot \operatorname {tg} (\alpha \pm \varrho '){\frac {d_{\text{cf))}{2)),

dónde

PAGS

- carga axial que actúa sobre la tuerca;

d_{\text{cf))

es el diámetro medio del tornillo;

\alfa

- el ángulo del hilo;

\varrho '={\frac {\mu}{\cos \beta}}

es el ángulo de fricción;

\mu

es el coeficiente de fricción entre los materiales del tornillo y la tuerca;

\beta

- la mitad del ángulo del perfil de la rosca (para rosca métrica , para pulgadas ).

{\ estilo de visualización \ beta = 30 ^ {\ circ})

\beta =27^{\circ }30'

A la hora de apretar un tornillo o una tuerca, también hay que tener en cuenta el rozamiento entre ellos y la superficie de la pieza.

El cálculo de la resistencia de las uniones atornilladas se realiza de la siguiente manera [14] :

1. El caso cuando una fuerza aplicada a lo largo del eje del tornillo actúa sobre las partes conectadas por el tornillo. En este caso, el tornillo trabaja en tensión y la ecuación de resistencia tiene la forma

d_{1}={\sqrt {\frac {4P}{\pi [\sigma]_{p)))),

dónde

d_{1}

- diámetro interior de la rosca;

{\ estilo de visualización [\ sigma] _ {p})

es la tensión de tracción admisible para el material del tornillo.

Según lo encontrado , se selecciona el tornillo correspondiente, y luego la tuerca. $d_{1}$

2. En el caso de que sea necesario apretar el perno bajo la acción de una carga axial, surgen tensiones adicionales de tensión y torsión en las secciones de la varilla. Se tienen en cuenta en el caso general utilizando un factor de seguridad. El diámetro interior del perno en este caso se encuentra mediante la fórmula

d_{1}={\sqrt {\frac {\beta \cdot 4P}{\pi [\sigma]_{p)))),

donde es el coeficiente que tiene en cuenta la torsión de la varilla. $\beta =(1{,}2\div 1{,}3)$

3. Si además de la resistencia de la conexión se requiere asegurar su densidad, la magnitud de la fuerza que actúa sobre el perno dependerá no solo de la fuerza aplicada, sino también de la elasticidad de los elementos a conectar. , y la cantidad de precarga requerida, que determina la densidad de la conexión, también debe tenerse en cuenta.

Se pueden considerar dos casos:

a) Si el perno conecta partes rígidas, entonces la fuerza de diseño . $P_{p}=2{,}6P$

b) Si las partes a unir son elásticas, entonces la fuerza calculada . $P_{p}=2{,}3P$

El diámetro interior de la parte cortada en ambos casos está determinado por la fórmula

d_{1}={\sqrt {\frac {\beta \cdot 4P_{p}}{\pi [\sigma ]_{p}}}}.

4. Conexión de piezas bajo la acción de cargas transversales. Dos casos son posibles:

a) El tornillo (perno) se coloca en la conexión sin espacio (un espacio entre las paredes del orificio y la varilla). En este caso, se calcula para cortante y colapso mediante las siguientes fórmulas:

\tau _{\text{cf))={\frac {4P}{\pi d^{2))}\leqslant [\tau]_{\text{cf)),

\sigma_{\text{cm}}={\frac {P}{ld}}\leqslant [\sigma]_{\text{cm}}),

donde son los esfuerzos admisibles de cortante y aplastamiento del material del tornillo. $[\tau]_{\text{cp)),[\sigma]_{\text{cm))$

b) El perno se coloca en conexión con el hueco. En este caso, el apriete debe ser mucho más fuerte, de lo contrario habrá un cambio y el perno quedará sesgado. Es necesario crear suficientes fuerzas de fricción entre las partes a apretar mediante apriete. El cálculo se realiza para la deformación por tracción y torsión:

d_{1}={\sqrt {\frac {4\beta N}{\pi [\sigma]_{p))))),

donde es la fuerza de tracción ( es la fuerza aplicada, es el coeficiente de fricción entre las partes). $N={\frac{P}{\mu}}$ $PAGS$ $\mu$

En muchos casos, las roscas de los tornillos se asignan de forma constructiva. En este caso, se verifica la flexión de acuerdo con las siguientes fórmulas [15] :

\sigma _{i}={\frac {M_{i}}{W}}={\frac {P{\frac {t_{2}}{2}}\cdot 6}{2\pi d_{1}b^{2}}}\leqslant [\sigma]_{i},

dónde

t_{2}

- altura del perfil de la rosca;

b

- grosor del hilo;

z

- número de vueltas [ claro ] .

Véase también

Notas

↑ 1 2 3 GOST 27017-86. Productos de sujeción. Términos y definiciones
↑ Manual del diseñador de instrumentación de precisión, 1964 , p. 279.
↑ Am_Tornillos_para_madera . Consultado el 30 de abril de 2010. Archivado desde el original el 31 de mayo de 2012. (indefinido)
↑ Rybczynski, 2000 , pág. 32–36, 44.
↑ Rybczynski, 2000 , pág. 34, 66, 90.
↑ Rybczynski, 2000 , pág. 75–99.
↑ GOST 1759.4-87 . Consultado el 3 de marzo de 2007. Archivado desde el original el 29 de septiembre de 2007. (indefinido)
↑ 1 2 Manual del diseñador de instrumentación de precisión, 1964 , p. 311.
↑ Manual del diseñador de instrumentación de precisión, 1964 , p. 282.
↑ 12 George Mitchell . Carpintería y Ebanistería 205. Cengage Learning (1995). (indefinido)
↑ Phillips en el sitio web de Phillips Screw Company . Archivado el 6 de abril de 2017 en Wayback Machine .
^ Phillips Screw Company: Innovación en tecnología de sujetadores . https://www.phillips-screw.com.+ Consultado el 14 de junio de 2016. Archivado desde el original el 15 de febrero de 2015. (indefinido)
↑ Manual del diseñador de instrumentación de precisión, 1964 , p. 316.
↑ 1 2 Manual del diseñador de instrumentación de precisión, 1964 , p. 321.
↑ Manual del diseñador de instrumentación de precisión, 1964 , p. 322.

Literatura

GOST 27017-86 Productos de sujeción. Términos y definiciones.
Manual del diseñador de instrumentación de precisión / Ed. F. L. Litvina. - M. - L .: Mashinostroenie, 1964. - 944 p.
Rybczynski, Witold. . One Good Turn: una historia natural del destornillador y el tornillo . — Nueva York: Scribner, 2000. — 176 p. - ISBN 978-0-684-86729-8 .

Enlaces

V. Lérmantov. Tornillo // Diccionario enciclopédico de Brockhaus y Efron : en 86 volúmenes (82 volúmenes y 4 adicionales). - San Petersburgo. , 1890-1907.
Tornillo / N. Ya. Niberg // Gran enciclopedia soviética : [en 30 volúmenes] / cap. edición A. M. Projorov . - 3ra ed. - M. : Enciclopedia soviética, 1969-1978.

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Elementos de conexiones roscadas
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