En inglés americano , un tornillo de fijación es un tornillo que se utiliza para asegurar un objeto, por presión y/o fricción, dentro o contra otro objeto, como fijar una polea o engranaje a un eje . [1] [2] Un tornillo de fijación normalmente se utiliza sin una tuerca (que lo distingue de un perno ), siendo atornillado en su lugar en un agujero roscado perforado en solo uno de los dos objetos a asegurar. Un tornillo de fijación a menudo no tiene cabeza y está roscado en toda su longitud, de modo que se asiente completamente dentro de ese agujero; en cuyo caso puede llamarse tornillo prisionero o tornillo ciego .
Una vez que se atornilla completamente y firmemente en el primer objeto, la punta saliente del tornillo de fijación presiona con fuerza contra el segundo objeto, actuando como una abrazadera . El segundo objeto puede tener un retén mecanizado (hueco) para asegurar que no se deslice debajo de la punta del tornillo. En un eje, esto puede ser simplemente un área aplanada. Un tornillo de fijación puede tener cualquier tipo de accionamiento , como cabeza hexagonal o cuadrada, ranura o empotrada: cruz (Phillips), hexagonal (Allen), estrella (Torx) o cuadrada (Robertson).
En el Reino Unido , el término "tornillo de fijación" o "tornillo de fijación" se refiere simplemente a un perno que está completamente roscado, sin vástago liso; llamado tornillo de cabeza en los EE. UU. [1] [2]
Los tornillos prisioneros no siempre son la mejor manera de resistir el par de torsión de los ejes accionados. Para reducir la posibilidad de deslizamiento y aumentar la capacidad de carga, se puede fresar o rectificar un retén (a menudo llamado "parte plana") en la parte del eje donde hace contacto la punta del tornillo prisionero. Sin embargo, el retén debe estar estrechamente alineado con el orificio roscado antes de apretarlo. El operador a menudo puede sentir cómo el tornillo empuja la parte plana hasta la alineación final mientras realiza la última media vuelta o cuarto de vuelta que aprieta el tornillo. Los tornillos prisioneros pueden resistir con éxito aplicaciones de par de torsión elevado si los detalles son correctos. Por ejemplo, los portafresas de tipo sólido suelen utilizar tornillos prisioneros grandes que se sostienen contra las partes planas para sujetar la fresa y resisten cargas pesadas. Sin embargo, los tornillos prisioneros pequeños sin partes planas son propensos a girar y desgastarse si se sobrecargan. El uso de chavetas y chaveteros en lugar de, o en combinación con, tornillos prisioneros es común para aplicaciones que requieren alta resistencia o transmisión del par de torsión. Las estrías ofrecen aún más resistencia.
Para una vida útil más prolongada, los tornillos prisioneros suelen estar hechos de acero de aleación y endurecidos por cementado . Los tornillos prisioneros endurecidos suelen dejar una deformación plástica, en forma de una marca circular o semicircular, en el eje contra el que se apoya el tornillo. Esto tiene ventajas y desventajas. En el lado positivo, dicha deformación aumenta la capacidad de sujeción (resistencia al par) de la unión, ya que el tornillo está esencialmente "haciendo su propio retén" a una escala pequeña pero efectiva. En el lado negativo, si uno busca tener un acabado cosmético sin imperfecciones en la pieza contra la que se apoya, debe tomar medidas para evitar las marcas circulares. En la mayoría de las aplicaciones de tornillos prisioneros, esta consideración es irrelevante. Otra desventaja es que esta deformación plástica puede causar puntos altos correspondientes en el eje que rodean la marca circular. Esto puede generar dificultades durante el desmontaje si un cojinete u otra pieza con tolerancias ajustadas necesita deslizarse más allá de esta área. El uso de una superficie plana mitiga este problema.
Los tornillos de fijación vienen con una variedad de tipos de puntas. Las puntas de diferentes formas tienen diferentes propiedades que los ingenieros pueden utilizar. Si un ingeniero tuviera que usar un retén para asegurar el correcto anidamiento del tornillo, podría optar por usar un tipo de tornillo de punta cónica. A menudo, uno podría necesitar usar una punta plana cuando el tornillo debe presionarse perfectamente plano contra una superficie. El tipo más común es la punta de copa. Este tipo funciona bien porque la superficie es redondeada de modo que una pequeña área de superficie está en contacto, pero no tiene una tensión extremadamente alta en un punto como la de una punta de cono. Los estudios de durabilidad muestran que la punta de copa ofrece una resistencia superior al desgaste al mismo tiempo que mantiene un agarre fuerte. [3] Las puntas de copa moleteadas ofrecen la ventaja adicional de una acción de bloqueo (similar a la de una arandela de seguridad dentada) que evita que los tornillos se aflojen en aplicaciones de alta vibración. [4]
Los puntos comunes incluyen los siguientes:
Los tornillos con punta moleteada se utilizan generalmente para asegurar un objeto dentro de otro. La cresta dentada del tornillo de fijación con punta moleteada ayuda a reducir el aflojamiento debido a la vibración. La punta moleteada combina la acción de excavación de la punta moleteada con moleteados de bloqueo en sentido antihorario que tienen una acción de bloqueo de trinquete que ayuda a resistir el aflojamiento, incluso bajo las vibraciones más severas. [5] [6]
Los tornillos de fijación con punta moleteada no deben reutilizarse porque los bordes cortantes de los tornillos se desvían al apretarlos. Durante la extracción, los bordes cortantes se rompen y ya no tienen la fuerza necesaria para resistir el desenroscado. La norma ISO para tornillos de fijación con punta moleteada es ISO 4029.
Los tornillos de fijación se fabrican con una variedad de estilos de accionamiento , incluidos los siguientes:
El concepto de tornillos de fijación tiene siglos de antigüedad y es anterior al tornillo de metal en al menos varios cientos de años. Los primeros materiales utilizados eran madera, hueso, cuerno, asta y marfil.
Los tornillos sin cabeza han existido durante mucho tiempo, siendo el de ranura recta el tipo de accionamiento más antiguo (debido a su facilidad de mecanizado ), pero la demanda de tornillos sin cabeza experimentó un marcado aumento en la primera y segunda décadas del siglo XX, cuando una inclinación por una mejor seguridad industrial, una campaña con el lema "la seguridad ante todo", [7] arrasó las naciones industrializadas de América del Norte y Europa como parte del Movimiento Progresista más amplio . Este aumento de la conciencia de seguridad fue una reacción contra los estándares de seguridad industrial a menudo atroces de la época. HT Hallowell, Sr., un industrial estadounidense cuya corporación fue una de las varias que fueron pioneras en la comercialización del accionamiento de casquillo hexagonal , señaló en sus memorias que los ejes de línea , que eran omnipresentes en la práctica industrial de la época, a menudo tenían tornillos de fijación con cabeza (con accionamiento cuadrado de llave externa ) que sujetaban las numerosas poleas a los ejes de línea y collares que sujetaban los ejes del movimiento axial. Los trenes de engranajes de engranajes expuestos también eran comunes en esa época y, a menudo, también utilizaban tornillos prisioneros con cabeza para sujetar los engranajes a los ejes. Los principales productos de su empresa en ese momento eran los colgadores de ejes y los collares de ejes de construcción de acero prensado. La "locura de la seguridad" creó una creciente demanda de tornillos prisioneros sin cabeza en poleas, engranajes y collares para reemplazar los que tenían cabeza, de modo que la ropa y los dedos de los trabajadores tuvieran menos probabilidades de engancharse en la cabeza expuesta del tornillo giratorio. Fue esta mayor demanda lo que impulsó a la empresa de Hallowell a entrar en el negocio de la fabricación de tornillos y a explorar diseños de accionamientos con cabeza hueca. Como PL Robertson tenía nuevos derechos de patente sobre un accionamiento con cabeza hueca cuadrada que era práctico de fabricar , la empresa pronto se dedicó a la transmisión con cabeza hueca hexagonal.
