Diseño en ingenieria mecanica de Shigley

396 PARTE TRES Diseño de elementos mecánicos
Sin duda, el tornillo de rosca helicoidal fue un invento mecánico muy importante. Es la base
de los tornillos de potencia, que cambian de movimiento angular a movimiento lineal para
transmitir potencia o desarrollar grandes fuerzas (prensas, gatos, etc.), y de los sujetadores
roscados, que son un elemento fundamental en las uniones no permanentes.
En este texto se presupone un conocimiento de los métodos elementales de sujeción.
Los métodos típicos para sujetar o unir partes usan dispositivos tales como pernos, tuercas,
pasadores, cuñas, remaches, soldaduras y adhesivos. A menudo, los estudios de gráficos de
ingeniería y de procesos metálicos incluyen instrucciones sobre varios métodos de unión, y
la curiosidad de cualquier persona interesada en la ingeniería mecánica resulta naturalmente
en la adquisición de un buen conocimiento de respaldo acerca de los métodos de sujeción.
Contrariamente a las primeras impresiones, esta materia es una de las más interesantes en
todo el campo del diseño mecánico.
Uno de los objetivos clave del diseño actual de la manufactura es reducir el número de
sujetadores. Sin embargo, siempre habrá necesidad de ellos para facilitar el desensamble para
propósitos diversos. Por ejemplo, aviones jumbo como el Boeing 747 requieren de hasta 2.5
millones de sujetadores, algunos de los cuales cuestan varios dólares por pieza. Para mantener
los costos bajos, los fabricantes de aviones y sus subcontratistas revisan de manera constante
los nuevos diseños de sujetadores, las técnicas más recientes de instalación y los tipos de
herramientas modernos.
A lo largo de cualquier periodo, el número de innovaciones que ha afectado el campo
de los sujetadores ha sido tremendo. Una variedad enorme de ellos se encuentran disponibles
para que el diseñador pueda elegir. Por lo general, los diseñadores serios mantienen un cuaderno
de notas específico para sujetadores. Los métodos de unión de partes son extremadamente
importantes en la ingeniería de diseño de calidad, y es necesario comprender a fondo el
desempeño de los sujetadores y uniones bajo todas las condiciones de uso y diseño.
8-1 Normas y definiciones de roscas
La terminología de las roscas de tornillo, que se ilustran en la figura 8-1, se explica de la
manera siguiente:
El paso es la distancia entre dos cuerdas adyacentes, medida en forma paralela al eje de la
rosca. El paso en unidades inglesas es el recíproco del número de cuerdas por pulgada N.
El diámetro mayor d es el diámetro más grande de una rosca de tornillo.
El diámetro menor (o raíz) d r es el diámetro más pequeño de una rosca de tornillo.
El diámetro de paso d p es un diámetro teórico entre los diámetros mayor y menor.
El avance l, que no se muestra, es la distancia que se desplaza una tuerca en forma paralela
al eje del tornillo cuando a ésta se le da una vuelta. En el caso de una rosca simple, como
en la figura 8-1, el avance es igual al paso.
Un producto con rosca múltiple es el que tiene dos o más roscas cortadas lado a lado
(imagine dos o más cuerdas enrolladas juntas alrededor de un lápiz). Los productos estandarizados
como tornillos, pernos y tuercas tienen roscas sencillas: un tornillo de rosca doble tiene
un avance igual al doble del paso, el avance de un tornillo de rosca triple es igual a 3 veces el
paso, y así sucesivamente.
Todas las roscas se hacen de acuerdo con la regla de la mano derecha, a menos que se
indique otra cosa.
La norma para roscas American National (Unified) ha sido aprobada en Estados Unidos
y Gran Bretaña para su empleo en todos los productos roscados estandarizados. El ángulo de
la rosca es 60° y sus crestas pueden ser aplanadas o redondas.
En la figura 8-2 se muestra la geometría de la rosca de los perfiles métricos M y MJ. El
perfil M reemplaza la clase de pulgadas y es el perfil básico ISO 68 con roscas simétricas
a 60°. El MJ tiene un filete redondeado en la raíz de la rosca externa y un diámetro menor