SEP TECNM SNITINSTITUTO TECNOLÓGICO DE TOLUCA Diseño de elementos de maquina PROFESOR: Clasificación y designación de roscas C A R R E R A: Electromecánica P R E S E N T A: Peña Pereyra Emmanuel Cristóbal Bravo Andrei Guadarrama Rodrigo Agüero rivera Fernando Alejandro Metepec, Estado de México, 2017 Partes de la Rosca (Para ver el gráfico faltante haga click en el menú superior "Bajar Trabajo") Paso de la Rosca (P) Número de hilos de rosca por pulgada. . El sentido de avance puede ser derecho o izquierdo. cuyo diámetro y paso se hallan normalizados. el sentido de avance. Los diámetros interior y exterior limitan la zona roscada. significa el número de paso por pulgada y se halla dividiendo 1 por el número de hilos por pulgada. formada sobre un núcleo cilíndrico. Se denomina rosca al fileteado que presentan los tornillos y los elementos a los que éstos van roscados (tuercas o elementos fijos). Esto significa que una rosca derecha avanza axialmente al girarla de acuerdo a la ley de la mano derecha. trapezoidal o redondo que se fabrica tanto en el eje como en el orificio que pretenden unirse. Los elementos básicos de una rosca o hilo son el diámetro exterior. cuadrada o roma. El sentido de avance izquierdo se usa principalmente por seguridad. el tipo de hilo es determinado por el tipo de filete y el paso. con todas sus aristas redondeadas. Para roscas cuadradas o Acme cada paso incluye un hilo de rosca y un espacio. En una rosca izquierda esta ley no se cumple. Diámetro Mayor o Nominal (D) Es el diámetro más grande de un tornillo. Diámetro Menor o de la raíz (d) Es el diámetro más pequeño de un tornillo. la cantidad de entradas y el ajuste. existiendo un gran número de hilos estandarizados. En el sistema norteamericano Sellers. Profundidad de las Roscas (La distancia entre la cresta y la raíz medida perpendicularmente al eje. el diámetro interior. El perfil de rosca métrica ISO es de sección triangular equilátera. Hilos por pulgada . además de su diámetro. rectangular. Diámetro Primitivo o de paso (En una rosca. el tipo de hilo. a cada diámetro corresponde un determinado número de filetes por pulgada. con aristas inferiores redondeadas y arista superior chaflanada. Las roscas se caracterizan por su perfil y paso. de sección triangular. El juego entre dos roscas que emparejan se regula principalmente por estrechas tolerancias sobre los diámetros primitivos. el paso. como en las válvulas de balones de gas. mientras que el perfil de rosca inglesa Whitworth es de sección triangular isósceles.ROSCAS DEFINICIÓN Una Rosca es una arista helicoidal de un tornillo (rosca exterior) o de una tuerca (rosca interior). Diseño de las roscas Este antiguo método se basa en una hélice cilíndrica o cónica y un filete triangular. La «rosca de paso de gas» tiene un perfil triangular con un ángulo de 55° en el vértice y cortes redondeados.Es el recíproco del paso y el valor especificado para regir el tamaño de la forma de la rosca. el diámetro de un cilindro imaginario cuya superficie corta a las formas o perfiles de los filetes de modo que sus anchos y los huecos entre ellos sean iguales. Las roscas de perfil trapecial están especialmente indicadas para la transmisión de esfuerzos en un solo sentido mientras que la rosca de filete redondo o de cordón se utiliza en los casos en los que ha de recibir impactos persistentes. Las roscas de perfil cuadrado se emplean cuando sea conveniente evitar la acción radial de la rosca. el paso es el desplazamiento axial al dar una vuelta sobre la hélice. el promedio del diámetro exterior y el diámetro interior. Esto necesariamente aumenta el paso. . 4 o más entradas. en tapas de frascos y bebidas se desea una colocación fácil y se utilizan 3. lo cual no es conveniente en un elemento que debe permanecer unido. Si se considera que la unión perno-tuerca está ejerciendo una fuerza. o sea. ROSCAS AUTOBLOQUEANTES Existe un equilibrio que podemos calcular de la siguiente forma: tomemos una rosca y desarrollemos lateralmente la hélice. También se puede ver que para un diámetro dado. 4 o más hélices presentes. es decir 3. Generalmente sólo hay una hélice presente. parte de esta fuerza F tiende a hacer resbalar la tuerca (F sen a) y como se desea que no resbale. Por ejemplo si se desea unir una tuerca a un perno. el roce debe ser mayor. utilizando como diámetro Dm. se tiene una oportunidad por vuelta. Fr > F sen a mN > F sen a m F cos a > F sen a m cos a > sen a m > tg a m > P / (pDm) P < (m p).Dm P = K Dm De aquí se desprende que existe una relación entre el paso y el diámetro para evitar que una unión apernada se suelte sola.La cantidad de entradas indican cuántas hélices están presentes. un paso menor tiene menos tendencia a resbalar. una entrada. los filetes triangulares son utilizados en pernos y tuercas.REPRESENTACION GRAFICA DE LAS ROSCAS El dibujo detallado de las roscas es muy difícil de realizar. TIPOS DE ROSCAS Existen varios tipos de rosca. esto obliga a reemplazarlo por algún símbolo que represente un eje roscado. los filetes redondos son utilizados en uniones rápidas de tuberías. la rosca Witworth de paso fino (BSF). En la figura siguiente se aprecian varias formas de roscas. entre otras. finalmente las roscas rectangulares en general se utilizan para ejercer fuerza en prensas. Nosotros utilizamos principalmente la representación europea. La siguiente figura muestra las representaciones simplificadas en Europa y Norte América. la rosca unificada normal (corriente) (UNC). las roscas indicadas son las más utilizadas en elementos de unión. la rosca unificada fina (UNF). como por ejemplo las roscas métricas (M). Las diferencias se basan en la forma de los filetes que los hacen más apropiados para una u otra tarea. . la rosca Witworth de paso normal (BSW o W). 6 mm.exrafino UNEF NEF Rosca Americana Cilíndrica para tubos NPS Rosca Americana Cónica para tubos NPT ASTP Rosca Americana paso especial UNS NS Rosca Americana Cilíndrica "dryseal" para tubos NPSF Rosca Americana Cónica "dryseal" para tubos NPTF Es posible crear una rosca con dimensiones no estándares. SAE Rosca Americana Unificada p. fino UNF NF. la rosca M 3. pero existen muchas roscas importantes para usos especiales. Por ejemplo.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. Símbolos de roscado más comunes Denominación usual Otras 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 trapesoidales Tr Rosca para tubos blindados PG Pr Rosca Whitworth de paso normal BSW W Rosca Whitworth de paso fino BSF Rosca Whitworth cilíndrica para tubos BSPT KR Rosca Whitworth BSP R Rosca Métrica paso normal M SI Rosca Métrica paso fino M SIF Rosca Americana Unificada p. se listan la mayoría de las roscas utilizadas en ingeniería mecánica. La fabricación y el mecanizado de piezas especiales aumentan el costo de cualquier diseño. mientras que en la rosca unificada y Witworth se indica a través de la cantidad de hilos existentes dentro de una pulgada. normal UNC NC. .10 equivale a una rosca Witworth normal de 3/4 pulg de diámetro exterior y 10 hilos por pulgada. Este último se indica directamente en milímetros para la rosca métrica. La rosca W 3/4 ’’.5 x 0.5 mm de diámetro exterior con un paso de 0.6 indica una rosca métrica normal de 3. por lo tanto se recomienda el uso de las piezas que están en plaza. Le entregan a continuación las tablas detalladas de estas tres familias de roscas para las series fina y basta. USS Rosca Americana Unificada p. La tabla siguiente entrega información para reconocer el tipo de rosca a través de su letra característica. Se han destacado solamente las roscas métricas. pero siempre es recomendable usar roscas normalizadas para adquirirlas en ferreterías y facilitar la ubicación de los repuestos. unificadas y withworth por ser las más utilizadas. M 25 x 2 M 1.5 M 11 x 1.5 x 0.5 x 0.4 0.9 M 10 x 1.35 Mxpaso 5 x M 26 x 1.35 M 27 x 2 M 2.75 M 9 x 1 M 32 x 2 M 5 x 0.5 M 18 x 1 M 45 x 3 M 33 x 3.5 M 52 x 2 M 48 x 5 M 24 x 1 M 52 x 3 M 52 x 5 M 24 x 1.5 .45 M 3 x 0.5 M 50 x 2 M 42 x 4.45 M 4 x 0.9 M 11 x 0.75 M 30 x 1 M 3.2 x 0.5 M 45 x 2 M 30 x 3.35 M 27 x 1 M 2.5 x 0.5 M 5.6 x 0.5 M 5 x 1 M 11 x - M 35 x 1.5 M 3 x 0.5 M 2.75 M 30 x 1.25 M 12 x 1.75 M 9 x 0.6 x 0.75 M 35 x 2 M 6 x 1 M 12 x 1 M 36 x 2 M 7 x 1 M 12 x 1 M 36 x 3 M 8 x 1.5 x 0.75 M 33 x 1.75 M 14 x 1.5 M 42 x 3 M 24 x 3 M 17 x 1 M 45 x 1.METRICA PASO METRICA PASO METRICA PASO FINO FINO NORMAL Medida Nominal Medida Nominal Medida Nominal Dext x paso Dext x paso Dext M 25 x 1.5 M 24 x 1.5 M 2 x 0.5 M 38 x 2 M 10 x 1.5 M 4.35 2.5 M 14 x 1 M 39 x 1.5 M 5 x 0.5 M 16 x 1 M 40 x 3 M 20 x 2.5 x 0.75 M 32 x 1.5 M 20 x 1.5 M 28 x 1.25 M 39 x 3 M 14 x 2 M 15 x 1 M 40 x 1.5 M 6 x 0.5 M 17 x 1.5 M 28 x 1 M 2.5 M 25 x 1 M 25 x 1.5 M 16 x 1.35 M 27 x 1.25 M 38 x 1.6 M 7 x 0.5 M 22 x 1 M 50 x 3 M 45 x 4.6 M 8 x 0.5 M 4 x 0.5 M 9 x 1.5 M 48 x 2 M 36 x 4 M 20 x 1 M 48 x 3 M 39 x 4 M 22 x 1.45 M 5 x 0.25 M 34 x 1.8 M 10 x 1 M 33 x 2 M 5 x 0.5 M 40 x 2 M 18 x 2.75 M 28 x 2 M 3 x 0.3 x 0.5 M 14 x 1 M 39 x 2 M 12 x 1.7 M 8 x 1 M 30 x 2 M 4 x 0.4 M 3.5 M 27 x 3 M 18 x 1.7 x 0.25 M 13 x 1.5 M 42 x 2 M 22 x 2.5 M 1.75 M 10 x 0.5 M 16 x 2 M 15 x 1. . 36 UNC 7/16" .20 UNC 1"1/4" .20 UNC 1" .138") .18 UNC 1"1/2" .190") . 48 BFS 7/32'' . 40 UNC Dext . 24 BFS 3/8'' .112") . 14 UNC Nº 10 (.125") . 26 W 3/16'' .099") . 20 UNC Nº 5 (. 9 UNC 7/16'' .12 UNC 2" . 7 UNC 1/2'' . 28 UNC 9/16" .UNIFICADA PASO UNIFICADA PASO NORMAL FINO Medida Nominal .086") .216") . 4 1/2 UNC 2"1/2" .060'') . 7 UNC 9/16'' . 11 UNC 5/16'' . 40 UNC 3/8" . 10 UNC 3/8'' . 16 . 4 UNC 1''1/8'' . 56 UNC 12 (.28 UNC 5/8" .138") . 32 UNC 1/2" . 32 BFS 9/32'' . 4 UNC 1''1/4'' 4 12 UNC 3" . 40 BFS 1/4'' . 24 UNC Nº 3 (. 60 BFS 3/16'' . 4 1/2 UNC 1'' . 13 UNC Nº 12 (. 18 W 5/16'' . 28 W 1/8'' . 32 UNC Nº 2 (. Nº H/'' Dext .112") . 20 BFS 7/16'' . 44 UNC 5/16" . 32 UNC Nº 1 (.073") . 80 UNC 6 (. 16 UNC Nº 8 (. 32 W 3/32'' .12 UNC 2"3/4 .24 UNC 3/4" . 72 UNC 8 (. 5 UNC 7/8'' .24 UNC 7/8" . 12 UNC 1/4'' .14 UNC 2" . 64 UNC 10 (. 20 W 1/4'' .12 UNC WHITWORTH PASO WHITWORTH PASO NORMAL FINO Medida Nominal Medida Nominal Dext .16 UNC 1"3/4" .190") . 22 W 7/32'' . 6 UNC 5/8'' .18 UNC 1"3/8" . 18 UNC Nº 6 (. 40 UNC Nº 0 (.164") .125") . Nº H/'' W 1/16 '' .164") . 18 BFS 1/2'' . Nº H/'' 5 (. Nº H/'' Medida Nominal 4 (. 24 BFS 5/16'' . 24 UNC Nº 4 (. 4 UNC 1''3/4'' 4 12 UNC 1''1/12'' .216") . 6 UNC 3/4'' . 8 UNC 1"1/8" . 26 W 5/32'' . 48 UNC 1/4" . si tiene más de una entrada se indica "2 ent" o "3 ent". 9 W 1''1/8'' . 7 BFS 1''3/8'' . . 11 BFS 13/16'' . se agregan más símbolos para informar el grado de ajuste y tratamientos especiales FABRICACIÓN DE UNA ROSCA Para proceder a la fabricación de una rosca se pueden seguir al menos tres caminos: forjar la rosca a través de peines. 6 BFS 1''1/2'' .6 W 2''1/2'' . 11 W 7/8'' . 10 W 1'' . 9 BFS 1'' . 10 BFS 7/8'' . 4 BFS 2''3/4'' . 3 W 3'' . 6 BFS 1''5/8'' . 9 W 1''1/4'' . 7 BFS 1''1/4'' . 12 BFS 3/4'' . De forma similar. 3 Con respecto al sentido de giro. 5 BFS 1''3/4'' .6 W 2''1/4'' . 8 W 1''1/2'' . tornearla o maquinarla usando machos y terrajas. mientras que las terrajas son utilizadas para roscas exteriores. 14 W 1/2'' . 4 BFS 2''1/2'' . 14 W 9/16'' . 16 W 7/16'' . no se indica nada si es de sentido derecho. 8 W 1''3/8'' . Los machos son utilizados para formar hilos interiores. La figura siguiente muestra el proceso de fabricación de una rosca interior utilizando una broca para perforar el diámetro interior y un macho para cortar el hilo en la pared de la perforación. 8 BFS 1''1/8'' . Si no se indica nada al respecto. en la designación se indica "izq" si es una rosca de sentido izquierdo. 7 W 1''3/4'0' 5 BFS 2'' 7 W 1''7/8'' 4 BFS 2''1/4'' 6 W 2'' .5 W 2''3/4'' . 14 BFS 5/8'' . 12 W 5/8'' . W 3/8'' . 4 BFS 3'' . se subentiende que se trata de una rosca de una entrada y de sentido de avance derecho. En roscas de fabricación norteamericana. 16 BFS 9/16'' . 12 BFS 11/16'' . 12 W 3/4'' . 8 W 1''5/8'' . evitando que ésta gire y se suelte. se han desarrollo distintos métodos para bloquear la salida accidental de la tuerca. Pasador de aleta D nominal Largo 0. Se muestra también el uso de arandelas elásticas (golillas de presión) que se ubican entre la tuerca y la pieza.8 de 5 a 16 1. el objetivo es provocar un mayor roce en la cara inferior de la tuerca. Una deformación local de la tuerca provocada por la inserción de un perno de menor tamaño provoca un mayor ajuste y asegura la unión. Otra forma de inmovilizar la tuerca es colocar un pasador de aletas en el perno. Esta solución requiere de una perforación en el perno.6 de 4 a 12 0. que debe sacarse para poder remover la tuerca.RETENSION DE TUERCAS Como una unión depende tanto del perno como de la tuerca. o entre la tuerca y una arandela plana.0 de 6 a 20 . Finalmente. La figura siguiente muestra la utilización de una tuerca auxiliar (contratuerca) para producir una presión sobre la cara superior de la tuerca principal. Pueden utilizarse tuercas especiales que tienen cortes para alojar el seguro (tuercas almenadas). pueden utilizarse arandelas deformables que se doblan sobre la tuerca. Templado y Revenido .2 ¼-1 120 150 Acero de bajo carbono martensítico. Templado y Revenido 8.2 ¼-1 85 120 martensítico. Templado 5 ¼ . sin utilizar una probeta representativa.1½ 105 133 Templado y Revenido 8 ¼ . 7 ¼ .6 de 8 a 32 2.2 de 8 a 25 1.1½ 85 74 120 105 y Revenido Acero de bajo carbono 5.0 de 10 a 40 2.¾ 7/8 . la cual puede utilizarse para diseñar en reemplazo de la resistencia a la fluencia.2 de 17 a 63 UNI 1336 Las normas de prueba de pernos indican cargarlo contra su propio hilo.5 de 12 a 50 3. Marcado de pernos de acero grado SAE Número de grado Rango del Carga de Esfuerzo de Marcado de la Material SAE diámetro [inch] prueba [kpsi] ruptura [kpsi] cabeza ¼ .1½ 120 150 Acero al carbono aleado. Se adjunta también la tabla de marcas de los productos American Screw. Templado y Revenido Acero al carbono aleado. Esto genera un valor llamado carga de prueba. 1. Se adjuntan las marcas con que se indica el grado de resistencia de los pernos.1 11/8 . ASTM y Métrica. para las normas SAE. Acero de bajo carbono ó 12 55 33 74 60 1½ acero al carbono Acero al carbono.1½ ¼ . A325 tipo 3 ½ a 1 11/8 a 1½ 85 74 120 105 Templado y Revenido Acero aleado. Templado y A354 grado BC Revenido Acero aleado. A449 85 74 55 120 105 90 1¾ a 3 Templado y Revenido Acero aleado. Templado y Revenido Acero recubierto. A325 tipo 1 ½ a 1 11/8 a 1½ 85 74 120 105 Templado y Revenido Acero de bajo carbono A325 tipo 2 ½ a 1 11/8 a 1½ 85 74 120 105 martensítico. A490 tipo 3 Templado y Revenido . Templado y A354 grado BD ¼a4 120 150 Revenido ¼ a 1 11/8 a 1½ Acero al carbono. Templado y A490 tipo 1 ½ a 1½ 120 150 Revenido Acero recubierto.Marcas para pernos de acero grado ASTM Designación Rango del Carga de Esfuerzo de Marcado de la Material ASTM diámetro [inch] prueba [kpsi] ruptura [kpsi] cabeza A307 ¼a4 Acero de bajo carbono Acero al carbono. M24 380 520 acero al carbono Acero al carbono.6 .6 M5 .8 M1.6 . Templado y 9. Templado y 12.9 M1.6 .9 M5 . Templado y 8.Propiedades mecánicas de elementos roscados de clase métrica Rango del Carga de Esfuerzo de Marcado de la Clase Material diámetro prueba [MPa] ruptura [MPa] cabeza Acero de bajo carbono ó 4.M16 310 420 acero al carbono Acero de bajo carbono ó 5.M36 830 1040 martensítico.M36 225 400 acero al carbono Acero de bajo carbono ó 4.M16 650 900 Revenido Acero de bajo carbono 10.8 M1.M36 600 830 Revenido Acero al carbono. Templado y Revenido Acero aleado.8 M16 .M36 970 1220 Revenido .8 M5 . partes de motores de 80 64 Rc tracción.6 motores eléctricos.35 Rc especialmente para juntas 85 de 1 1/8 65 de 1 1/8 A325 de 1 1/8 a estructurales exigidas a 1 ½ a 1 ½ 1 ½ 19 mecánicamente.MARCAS DE GRADOS DE RESISTENCIA PERNOS DE ACERO MARCA A.38 Rc y golilla de la misma calidad Para requerimientos de alta resistencia a la tracción.S. Para requerimientos de resistencia J429 media. pernos para ruedas GRADO 8 vehículos pesados. etc. paquete de resortes. flexión. Debe trabajar con 74 57 TIPO 1 TU y golilla de la misma calidad .32 8.9 105 88 31 . 34 20 Rb electrónica.31 Rc Para requerimientos de alta resistencia a la tracción y alta A490 temperatura. 53 .8 A449 vehículos.6 grado A 42 23 ¼"a 1 afectas a fuertes tensiones). línea blanca. . Para requerimientos de alta resistencia a la tracción. cajas de cambio. usos generales.38 Rc Culata de motores. automotriz (piezas no 70 .95 4. bielas. Debe trabajar con TU 105 81 32 . etc. matrices Para requerimientos de alta Hasta 1 resistencia a la tracción y otros. cizalle. construcción de máquinas A307 grado 1 livianas. Rb yB ½" máquinas agrícolas. metalmecánica. 8 10.70 3. estructuras livianas. ruedas de 22 . Hasta 1 Hasta 1 23 . máquinas herramientas. ESPECIFICACION Resistencia a Límite de ALGUNOS USOS la tracción fluencia GRADO SAE ISO DUREZA ASTM RECOMENDADOS mínima mínima RESISTENCIA grado clase [Kg/mm2] [Kg/mm2] Para requerimientos menores de resistencia. puc.tenaris.ing.html http://www.Referencias http://www2.com/sp/tamsa/prod_servp_re.asp .cl/~icm2312/apuntes/uniones/union1.