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Tornillo

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Tornillo

Un tornillo es un elemento mecánico comúnmente empleado para la unión desmontable de distintas piezas, aunque también se utiliza como elemento de transmisión. Básicamente es un cilindro con rosca helicoidal y cabeza, frecuentemente acompañado de la correspondiente tuerca.

Orígenes históricos

Los primeros antecedentes de la utilización de roscas se remontan al tornillo de Arquímedes, desarrollado por el sabio griego alrededor del 300 adC, que ya se empleaba en aquella época profusamente en el valle del Nilo para la elevación de agua.

Durante el Renacimiento las roscas comienzan a emplearse como elementos de fijación en relojes, máquinas de guerra y en otras construcciones mecánicas diversas. Leonardo da Vinci desarrolla por entonces métodos para el tallado de roscas, sin embargo, éstas seguirán fabricándose a mano y sin ninguna clase de normalización hasta bien entrada la Revolución industrial.

En 1841, el ingeniero inglés Joseph Whitworth definió la rosca que lleva su nombre. William Sellers hizo otro tanto en los Estados Unidos el año 1864. Esta situación se prolongó hasta que la organización ISO define, a mediados de siglo XX, el sistema de rosca métrica adoptado actualmente en prácticamente todos los países. En los EE.UU. se sigue empleando la norma de la Sociedad de Ingenieros de Automoción (Society of Automotive Engineers, SAE). Actualmente, estas roscas se definen como Unified National, en sus tres variantes:

  • UNC = Unified National Coarse = paso americano normal.
  • UNF = Unified National Fine = paso americano fino.
  • UNEF = Unified National Extra Fine = paso americano extrafino.

En todas ellas se mantienen los diámetros exteriores y varía el número de hilos de rosca por pulgada.

Roscas

Nomenclatura

Las roscas pueden ser exteriores o machos (tornillos) o bien interiores o hembras (tuercas). Las magnitudes deben ser coherentes para que ambos elementos puedan enroscarse.

Rosca exterior o macho Rosca interior o hembra
Nomenclatura de tornillos.
1 Fondo o base Cresta o vértice
2 Cresta o vértice Fondo o base
3 Flanco Flanco
4 Diámetro del núcleo Diámetro del taladro
5 Diámetro exterior Diámetro interior
6
Profundidad de la rosca
7
Paso

Entradas o filetes

Obtención de un tornillo de dos entradas arrollando un segundo filete. Tornillo de rosca a izquierdas.
La generación de un tornillo puede suponerse arrollando un filete alrededor de un cilindro. En la primera figura mostrada antes, el filete o hilo es trapezoidal, mientras que en la segunda es triangular. En cualquier caso, si la hélice que describe el filete tiene un paso suficientemente grande (a), dejará espacio para arrollar sobre el cilindro otro filete, con lo que se obtiene una rosca de doble entrada (b), o triple si los filetes añadidos son dos. Para determinar el número de entradas de un tornillo, basta apoyar un rotulador en el flanco y girarlo hasta marcar una vuelta completa, de forma que el filete correspondiente quede coloreado; si en medio queda otro sin colorear, será de dos entradas, si quedan dos, de tres entradas y así sucesivamente.

El incremento del número de entradas no modifica el paso del tornillo pero con ello se consigue que la superficie de contacto entre el tornillo y la tuerca se incremente de modo que se podrá aplicar una mayor fuerza (par) de apriete y se obtendrá una unión más estanca. Nótese que no es estrictamente necesario que exista un espacio entre dos filetes consecutivos igual o mayor que la base de los mismos para que se pueda intercalar una segunda entrada; en este caso el resultado será simplemente una disminución de la profundidad de la rosca.

Sentido de la rosca

En función del movimiento relativo entre el tornillo y la tuerca, existen tornillos (y roscas) a derechas que son aquellos que al girarlos en el sentido contrario al de las agujas del reloj salen de la tuerca y desenroscan (a), y a izquierdas, que son aquellos en los que al girar el tornillo en el sentido contrario al de las agujas del reloj, entra en la tuerca enroscándose (c). Las roscas empleadas son comúnmente a derechas.

Dimensiones normalizadas de una rosca métrica.

Roscas normalizadas, tipos y designación

  • Rosca triangular.
  1. Métrica: M Ø (diámetro exterior de la rosca Ø en milímetros).
  2. Métrica fina: M Øxp (paso p en mm).
  1. Witworth: Ø" (diámetro exterior de la rosca Ø en pulgadas).
  2. Witworth fina: W Øxp (paso p en pulgadas).
  3. Witworth de tubo: R Ø" (diámetro nominal del tubo Ø en pulgadas).
  • Rosca trapezoidal: Tr Øxp (diámetro exterior de la rosca &Oslash y paso p en mm).
  • Rosca redonda: Rd Øxp (diámetro exterior de la rosca &Oslash y paso p en pulgadas).

Usos

Las roscas triangulares se emplean en tornillos de fijación; el truncamiento del filete facilita las operaciones de desmontaje pero disminuye la estanqueidad de la unión. Las roscas finas (con paso menor que el normal) se emplean cuando la longitud de la unión atornillada es pequeña, por ejemplo en uniones en paredes delgadas de tubos; también pueden emplearse ciando se quiere evitar el aflojamiento de la unión, ya que el mayor número de filetes de contacto entre el tornillo y la tuerca incrementa el rozamiento.

Para el enroscado de tubos se emplean las llamadas roscas de gas derivadas del sistema Witworth, caracterizadas por una elevada estanqueidad (el filete no está truncado) y una relación profundidad/diámetro pequeña para no debilitar la pared del tubo.

Para tornillos de transmisión se usan roscas trapezoidales simétricas o en forma de diente de sierra (asimétricos) en aquellos casos en los que la fuerza aplicada tenga un sólo sentido. Estas últimas tiene una aplicación muy remarcable en tornillos destinados a fijaciones sobre plásticos.

Las roscas redondas, a pesar de sus buenas cualidades mecánicas se emplea poco debido a su dificultad de fabricación, y por ende, elevado precio. Se usa en aplicaciones en los que la unión haya de soportar impactos.

Dibujos de roscas

Las crestas vistas se representan con trazo continuo grueso y los fondos con trazo fino. En vistas ocultas, ambas se trazan con trazo fino discontinuo. En las secciones, el rayado se prolonga hasta la cresta. En vista frontal, la línea de fondo abarcará aproximadamente 3/4 de circunferencia para evitar errores de interpretación. En los dibujos conjuntos, las líneas de la rosca macho (tornillo) prevalecen sobre las de la rosca hembra (tuerca).

Representación de tornillos, vistas y secciones.

Cabezas

El diseño de las cabezas de los tornillos lejos de manifestar el capricho de los fabricantes, responde, en general a dos necesidades. Por un lado, conseguir la superficie adecuada de apoyo para la herramienta de apriete de forma tal que se pueda alzanzar la fuerza necesaria, sin que la cabeza se rompa o deforme. Por otro, necesidades de seguridad implican (incluso en reglamentos oficiales de obligado cumplimiento) que ciertos dispositivos requieran herramientas especiales para la apertura, lo que exige que el tornillo (si éste es el medio elegido para asegurar el cierre) no pueda desenroscarse con un destornillador convencional, con lo que se dificulta que personal no autorizado acceda al interior.

Tipología de cabezas de tornillos.

Así, se tienen cabezas de distintas formas: hexagonal (a), redonda (b), cilíndrica (d, g), avellanada (c, e, f); combinadas con distintos sistemas de apriete: hexagonal (a) o cuadrada para llave inglesa, ranura o entalla (b, c, d) y philips (f) para destornillador, agujero hexagonal (e) para llave Allen, moleteado (g) para apriete manual, etc.

Primera versión del artículo: Enciclopedia Libre en Español. Licencia GFDL