ELEMENTI FILETTATI E COLLEGAMENTI

Collegamenti smontabili

FILETTATURA: risalto elicoidale a sezione costante (filetto) avvolto intorno alla superficie di un elemento cilindrico o conico. Sono collegamenti per attrito, il quale contrasta lo svitamento spontaneo, e agiscono comprimendo i pezzi da collegare. 

ELICA: è una curva dello spazio euclideo, rappresentata da una linea avvolta con un angolo costante (angolo d’elica) attorno ad un cilindro 

PASSO: Distanza percorsa dalla curva in direzione assiale per ogni giro completo intorno all’asse 

COLLEGAMENTO: L’accoppiamento vite-madrevite è utilizzato per ottenere il collegamento (per attrito) di parti che debbono risultare facilmente smontabili. 

TRASMISSIONE: Vite e madrevite possono realizzare un accoppiamento elicoidale tale che la rotazione di uno dei due elementi (impedito di traslare), provochi la traslazione dell’altro (impedito di ruotare): vite di manovra 

Le filettature si possono realizzare mediante due tecniche differenti: 

• lavorazione per deformazione plastica a freddo, o rullatura, per grosse produzioni

• lavorazione per asportazione di truciolo, per esigenze di precisione o per filetti di grosse dimensioni

--> Rullatura: Processo di coniatura a freddo su apposite macchine a ciclo automatico. Le fibre sono compattate e non tagliate. Per incrudimento il filetto diventa più resistente all’usura ed ai fenomeni di fatica. Per lavorazione di filettature esterne con elevata produttività, ma non adatta per materiali ad elevata resistenza e non adatta per elevate precisioni 

--> Filettatura al tornio: 

Gola di scarico: Evita la formazione di un tratto terminale a filettatura incompleta. Assicura all’utensile la possibilità di disimpegnarsi (non è sotto sforzo a fine corsa). Permette di avvitare una vite fin contro uno spallamento o fino in fondo ad un foro. Evita la formazione di bave nel tratto di filetto incompleto 

--> Maschi e filiere: avviene dopo la foratura del pezzo

Elementi principali di una filettatura 

PROFILO: figura risultante dalla intersezione del filetto con un semipiano avente per origine l’asse della filettatura; può essere triangolare, a sezione trapezia, a dente di sega, rettangolare, circolare...  Si distinguono tre tipi di profili: 

• base: caratterizza la filettatura (altezza H) 

• nominale può differire dal precedente per troncature e arrotondamenti (altezze h3 e H1 ) 

• di esecuzione: profilo effettivamente realizzato a causa delle imperfezioni costruttive 

PASSO (P): è la distanza tra le creste di due filetti consecutivi o più in generale, tra due punti situati su fianchi paralleli, misurata parallelamente all’asse. Il passo è proporzionale all’altezza del filetto (H) 

NUMERO DI PRINCIPI: La filettatura a più principii viene utilizzata quando si vuole ottenere la combinazione di un passo lungo, con una ridotta profondità del filetto (accoppiamento rapido senza diminuzione della resistenza). Sul medesimo elemento si avvolgono più filetti elicoidali adiacenti.

DIAMETRO NOMINALE: È utilizzato per la designazione della filettatura. Coincide con il diametro esterno d della vite (misurato sulla cresta) e con quello corrispondente D della madrevite (misurato sul fondo) 

• Diametro di nocciolo: è il diametro misurato sul fondo del filetto della vite d3 o sulla cresta dei filetti della madrevite D1. 

• Diametro medio: è il diametro d2 = D2 misurato sulla linea media. 

• Linea media: linea contenuta in un piano assiale e tale che le sue intersezioni con i fianchi del filetto siano equidistanti. 

Prove a trazione hanno dimostrato che il carico di rottura di un cilindro filettato è circa equivalente a quello di un cilindro non filettato di diametro risultante dalla media aritmetica tra il diametro di nocciolo d3 ed il diametro medio d2 : 

SENSO DELL'ELICA

• Filettatura destrorsa: la rotazione, durante l’avvitamento, avviene in senso orario attorno all’asse del pezzo 

• Filettatura sinistrorsa: la rotazione durante l’avvitamento avviene in senso antiorario

LUNGHEZZA DI AVVITAMENTO

È la porzione di vite che va a contatto con la madrevite e viene misurata in lunghezza nella direzione dell’asse (normalmente è pari a 1 -1.5 d). Quando vite e madrevite sono accoppiate, i rispettivi fianchi sono a contatto solo per un certo tratto: la lunghezza di questo tratto misurata perpendicolarmente all’asse della filettatura si chiama ricoprimento, indicato con H1. 

ANGOLO DELL'ELICA

Formato tra un piano perpendicolare all’asse della filettatura e la tangente condotta per un punto dell’elica risultante dall’intersezione di un fianco del filetto con un cilindro di diametro uguale al diametro medio di filettatura. 

Rendimenti più bassi favoriscono l’arresto spontaneo. Si può dimostrare che maggiore è l’inclinazione (θ/2) del fianco del filetto rispetto all’asse del profilo, minore è l’angolo α e quindi il rendimento η.

Le viti a profilo triangolare hanno un rendimento minore delle viti a profilo trapezoidale. Per i collegamenti è preferibile un rendimento basso (profilo triangolare). Per le trasmissioni del moto è preferibile un rendimento alto (profilo quadrato o trapezoidale) 

Rappresentazione degli elementi filettati 

È una rappresentazione convenzionale (non legata all’effettiva geometria) e ha lo scopo di rendere veloce l’esecuzione dei disegni. A volte nei disegni complessivi, le filettature non si rappresentano affatto, limitandosi ai soli assi di simmetria ed alle relative indicazioni. Nella rappresentazione la linea spessa rappresenta sia nella vite che nella madrevite i contorni del pezzo non ancora filettato (la cui distanza è misurabile con il calibro), mentre la linea sottile indica sempre il risultato della lavorazione. UNI EN ISO 6410:1993-Technical drawings - Screw threads and threaded parts 

La profondità della filettatura f deve essere maggiore della lunghezza di avvitamento h di 1.25 volte per evitare il forzamento. La lunghezza minima l del foro filettato è data dalla somma di f più una camera di sfogo y che serve a: Accogliere la parte di imbocco del maschio, a cautelarsi contro la maggiore corsa della maschiatrice e contenere i trucioli non evacuati.

Rappresentazione di filettature in sezione

• La rappresentazione del fondo e della cresta del filetto si realizzano nelle sezioni con gli stessi criteri delle filettature in vista. 

• Il tratteggio (campitura) raggiunge sempre la linea grossa ed attraversa quella fine se necessario. 

• In sezione gli accoppiamenti vite-madrevite il disegno della vite nasconde quello della madrevite 

La quota di una filettatura deve riferirsi al diametro esterno corrispondente, e quindi risulterà legata alle linee grosse della vite ed a quelle sottili del foro, cioè il diametro da quotare è il diametro nominale comune alla vite ed alla madrevite. 

Designazione degli elementi filettati 

Dipende dal sistema di filettatura utilizzato, che è caratterizzato da: 

1. 1. la forma del filetto

   2. il significato ed i valori unificati dei diametri nominali scelti per viti e madreviti

   3. i valori unificati dei passi in relazione a quelli dei diametri

   4. le tolleranze di lavorazione

I sistemi di filettature utilizzati e normalizzati a livello nazionale ed internazionale sono 

1) Filettature a profilo triangolare 

• Metriche ISO 

• Whitworth

• Gas

2) Filettature a profilo non triangolare 

• Trapezoidali

• A dente di sega

• Speciali 

1) Filettature a profilo triangolare 

Filettature metriche ISO 

Il profilo ideale è un triangolo equilatero. Il profilo nominale della madrevite presenta troncamenti (sia in cresta che in fondo). Il profilo nominale della vite presenta troncamenti in testa ed arrotondamenti nel fondo. Le formule di proporzione sono espresse in funzione del passo H = 0.86603 P.

Il sistema di filettature metriche ISO definisce un insieme di diametri nominali unificati che sono divisi in tre gruppi: a, b e c. Nella progettazione sono da preferire i diametri del gruppo a, mentre quelli degli altri due gruppi debbono limitarsi come seconda scelta. A ciascun diametro nominale è sempre associato un solo valore di passo detto grosso e uno o più valori di passo detti fini.

1. a passo grosso: il simbolo M seguito dal valore del diametro nominale. Si usa quando non sono richieste esigenze specifiche di precisione e si vuole evitare il danneggiamento del filetto (rischi di usura, corrosione, urti,...). Es: Vite Unificata a passo grosso, diametro 10mm => M10

2. a passo fine: il simbolo M seguito dal valore del diametro nominale, poi dal segno x di moltiplicazione ed infine dal valore del passo. Per spostamenti graduali e se si vuole maggiore precisione (Il gioco tra creste e fondi è minore). Es: Vite Unificata a passo fine di 1 mm, diametro 10mm => M10 x 1 

3. La filettatura in questione è metrica non unificata. Viene designata indicando nell’ordine il diametro nominale, il segno x di moltiplicazione, il valore del passo ed infine il simbolo M. Esempio: Vite Metrica, non unificata diametro 10mm, passo 0,5 => 10 x 0,5 M 

Altri esempi: L:passo della filettatura; P passo del profilo 

• Vite a più principi (ad es. 2) = M20 x L3 – P 1,5 

• Vite ad elica sinistra = M12 x 1,25 LH (Left Hand) 

Filettature Whitworth 

Il profilo di base è un triangolo isoscele con angolo al vertice di 55°. Il profilo di esecuzione è raccordato sia nella vite che nella madrevite. Dimensioni espresse in pollici. Passo definito in base al numero z di filetti per pollice.

Filettature GAS 

Derivate dalle filettature Whitworth, si differenziano per i passi che sono più fini. La denominazione è dovuta all’impiego che esse ebbero inizialmente in condutture del gas e attualmente sono utilizzate nei collegamenti per tubazioni, rubinetteria e relativa raccorderia. Esistono due tipi: 

• NON a tenuta stagna (Vite cilindrica) Se necessario, per assicurare la tenuta sul filetto, può essere inserito un appropriato materiale di tenuta.

• a tenuta stagna (Vite conica, madrevite cilindrica o conica) 

Filettature NPT 

Le filettature National Pipe Taper (NPT) sono conformi alle norme statunitensi ANSI/ASME B1.20.1, hanno le stesse applicazioni delle GAS CONICHE, ma si differenziano per forma del filetto e passo. Molto utilizzate nella gestione dei gas alle alta pressione e temperatura. Sono designate indicando il diametro nominale, seguito dall’indicazione del passo in numero di filetti per pollice ed infine dalla sigla NPT  

2) Filettature a profilo non triangolare 

Filettature Trapezoidali 

Sono utilizzate per viti di manovra cioè quando, ruotando la vite o la madrevite, si vuole ottenere uno spostamento reciproco di due organi meccanici, anche per trasmissione di carichi di notevole entità 

Minore è l’angolo θ, minore è la superficie di strisciamento e la componente radiale della forza di contatto e dunque maggiore è il rendimento nella trasmissione del moto. Il rendimento maggiore si otterrebbe perciò con profilo quadrato o rettangolare. Tuttavia questo tipo di filettature è caduto in disuso per il costo di realizzazione ed altri svantaggi di ordine pratico (es. difficoltà di imbocco, usura, ecc.) 

ISO 2901:1993 ISO metric trapezoidal screw threads – Basic profile and maximum material profiles. 

ISO 2902:1993 ISO metric trapezoidal screw threads – general plan ISO 2903:1993 

ISO metric trapezoidal screw threads – Tolerances 

ISO 2904:1993 ISO metric trapezoidal screw threads – basic dimensions 

La designazione si effettua indicando il simbolo Tr seguito dal diametro nominale e dal passo del profilo. Se la vite ha più filetti, dopo il diametro nominale si indica il passo dell’elica e poi tra parentesi il passo del profilo; se la filettatura è sinistra, si aggiunge LH (Left Hand). 

Filettature a dente di sega 

Il profilo a dente di sega (trapezio asimmetrico) è usato nei collegamenti filettati tra tubi sottili soggetti a sforzi relativamente intensi nel solo senso assiale. Tra vite e madrevite è previsto un forte gioco assiale ed un centraggio sul diametro esterno. 

Secondo la UNIM 127 e 128 (ora ritirate) la designazione di una filettatura a dente di sega si effettua indicando il diametro nominale seguito da uno dei due simboli: SgN SgF Normale Fine Nel caso di vite a più filetti o di vite con elica sinistra, si devono aggiungere le relative indicazioni. 

80 SgN diametro nom. 80 mm, normale 

80 SgN 2 fil sin diametro nom. 80 mm, 2 principi, sinistra 

Filettature speciali 

Filettatura per viti autofilettanti Sono capaci di creare la loro sede filettata, cioè la madrevite. Largamente utilizzate in campo automobilistico, ferroviario, aeronautico e negli elettrodomestici. 

• Filettatura per viti da legno (tabella UNI 699) Realizzata su gambo conico con filetto piccolo rispetto al passo. Designazione: diametro nominale ed il riferimento della norma. Es.: filettatura 5 UNI 699. 

• Filettatura BA (British Association) Differisce dalla Whitworth perché ha l’angolo di 47° 30’, invece che di 55° ed usata per diametri nominali da 0,25 a 6mm. 

• Filettatura UN (Unified Screw Thread) Simile alla metrica (angolo del profilo 60°) ma con diametro definito in pollici e passo stabilito in base al numero di filetti per pollice. 

• Filettatura Edison Con profilo generatore semicircolare, per attacchi di lampade 

Riepilogo:

Tolleranze per filettature 

La ISO 965 definisce il sistema di tolleranze da adottare per le filettature metriche ISO: 

➢ Per la VITE: diametro esterno d e diametro medio d2 ➢ Per la MADREVITE: diametro di nocciolo D1 e diametro medio D2 Queste tolleranze tengono conto in modo indiretto anche degli errori del passo e dell’angolo del profilo (entrambi vengono controllati attraverso la variazione del diametro medio) Le lavorazioni sono classificate in base a: 

❖ Qualità: precisa, media, grossolana 

❖ Lunghezza di avvitamento: S (corta), N (normale), L (lunga) T 

VITI

I collegamenti mediante accoppiamento filettato sono effettuati utilizzando appositi elementi, normalizzati o no, che coprono una vasta gamma di necessità. 

Vite: elemento costruttivo meccanico costituito da un gambo cilindrico, filettato in tutto od in parte, recante ad un’estremità un ingrossamento, detto testa, di forma opportuna per consentire l’applicazione di un attrezzo mediante il quale si possa far ruotare la vite. 

VITI PRIGIONIERE (O PRIGIONIERI): cilindri filettati da entrambe le parti (anche con passo diverso), una delle quali (radice) viene avvitata a fondo, con leggero forzamento, in un foro, mentre l’altra (gambo), rimanendo sporgente, consentirà il collegamento con l’uso di un dado di serraggio. 

Utilizzo: quando il materiale del foro non sopporta frequenti svitamenti (ghisa, leghe leggere, ecc.); in questo caso si utilizzerà un passo grosso lato radice e un passo fine lato gambo. Quando vi sono esigenze di disegno (accessibilità, spazi di manovra). Elementi di riferimento per il centraggio 

Vite senza testa o “grano”: organo di collegamento, che consente la scomparsa della vite nel foro (applicazione: viti di pressione). 

Tirante: organo di collegamento costituito da un corpo cilindrico filettato ad entrambe le estremità, talvolta con inclinazione dell’elica opposta. Può essere usato per collegare reciprocamente parti di un meccanismo (es. cilindro idraulico). 

Viti autofilettanti: sono caratterizzate dall’avere un filetto in grado di costruirsi la madrevite facendosi strada in un foro liscio di preparazione. 

Viti da legno: sono generalmente costruite in acciaio dolce (spesso zincato o nichelato) o in ottone. Il collegamento dovrebbe essere effettuato con un foro passante ed un foro di inserzione, di diametro inferiore a quello di riferimento. 

DADO

Organo di collegamento, costituito essenzialmente da un prisma esagonale o quadrato con un foro filettato centrale. Elemento con foro filettato, con dispositivo di trascinamento (esagono, quadro, alette, zigrinatura, etc.), destinato ad essere avvitato su di una vite od un prigioniero, per realizzare un collegamento a pressione. Nella elaborazione delle norme sono stati valutati in particolare due parametri: 1. l’area della faccia di appoggio, 2. La sezione di nocciolo 

Ghiera: dado cilindrico di dimensioni diametrali molto ampie rispetto alla lunghezza assiale. Utilizzo: montaggio dei cuscinetti volventi 

Rosetta: elemento cilindrico piatto forato posto fra il dado (o la testa) ed il pezzo da serrare, allo scopo di aumentare la superficie d’appoggio, proteggere il materiale in caso di frequenti svitamenti ed in particolari casi svolgere funzioni di tenuta o bloccaggio. 

Inserti filettati : cilindri sottili internamente filettati. Sono impiegati per realizzare madreviti in materiali poco resistenti. Si distinguono due categorie: con filettatura esterna o per forzamento. a) Con filettatura esterna: all’esterno vi è una filettatura, per lo più a passo grosso, che ne consente l’avvitamento nel foro di base, e che può anche essere di tipo autofilettante. b) Per forzamento: gli inserti per forzamento hanno la superficie esterna opportunamente lavorata (zigrinature, scanalature, etc.) che assicura il collegamento per forzamento in un foro liscio, generalmente nel legno , materie plastiche, pannelli 

Designazione degli elementi unificati filettati 

Classi di bulloneria secondo UNI EN 20898: raggruppamenti che indicano la resistenza meccanica a trazione di viti e dadi. Per le VITI (fino a 39 mm) si hanno nove classi, indicate con due cifre separate da un punto 

Per i DADI si hanno sette classi di resistenza, corrispondenti a determinati valori di durezza Vickers 

Collegamenti filettati 

Bullone: insieme (smontabile) di vite e dado

• Ha come funzione il collegamento per serraggio di parti che sono provviste di fori passanti. 

• È più economico del collegamento con vite mordente, però è ingombrante a causa della sporgenza del dado.

• I fori sono eseguiti con diametro maggiore del diametro del gambo della vite e le loro dimensioni sono raccolte nelle tabelle UNI EN 20273. 

• Il rapporto tra diametro e lunghezza del gambo deve essere tale da garantire un’adeguata deformabilità longitudinale con buona elasticità in grado di assorbire vibrazioni (valori tra 1/5 e 1/8). 

•  Il raggio di raccordo tra testa e gambo deve essere sufficiente per evitare concentrazioni di sforzo. 

Collegamento con vite mordente 

Se il foro filettato è cieco, la lunghezza di avvitamento deve risultare inferiore alla lunghezza della parte di filettatura utile della madrevite. Il collegamento con vite mordente occupa poco spazio, con una conseguente riduzione degli ingombri e delle dimensioni dei pezzi collegati e consente la manovra della vite con accesso da una sola parte. Se sono richiesti frequenti smontaggi, si può presentare l’inconveniente della rapida usura dei filetti della madrevite 

Collegamento con vite prigioniera 

È usato quando si prevedono frequenti smontaggi delle parti. In caso di usura si può sostituire il prigioniero. La vite prigioniera rimane forzata (lato radice) nella relativa madrevite ed evitandone di conseguenza l’usura.

La vite prigioniera è forzata con il lato radice nel foro filettato di uno dei due pezzi, mentre nell’altro è praticato un foro passante di diametro maggiore di quello del diametro di vite del lato gambo. Il serraggio delle parti si ottiene mediante il dado che si avvita sulla parte filettata del lato gambo. 

Il limite del tratto utile della filettatura del lato gambo deve risultare compreso, a montaggio avvenuto, entro lo spessore della parte non filettata. 

Il forzamento del lato radice viene indicato graficamente facendo coincidere con l’inizio del foro filettato il termine della linea rappresentativa del tratto a filetti incompleti. La lunghezza di avvitamento del lato radice deve risultare inferiore alla lunghezza di filettatura utile della madrevite in caso di foro cieco analogamente a quanto avviene per la vite mordente 

Altri collegamenti

 Viti o grani di pressione: la vite esercita una forza impedendo il mutuo scorrimento dei due pezzi. Grano di fermo: come il grano di pressione, ma può alloggiare in un opportuno incavo. Grano di guida: consente lo scorrimento senza rotazione di un pezzo lungo un’opportuna scanalatura ricavata sull’altro. 

Dispositivi antisvitamento spontaneo 

Il collegamento vite -madrevite è garantito dall’attrito tra i relativi filetti.

Durante il funzionamento, a causa di vibrazioni, urti o dilatazioni termiche, può aversi il progressivo allentamento del contatto tra i filetti della vite e quelli della madrevite con conseguente possibile allentamento del collegamento (svitamento spontaneo). Per evitare lo svitamento spontaneo esistono due metodi: 

1. Garantire sempre una certa trazione e quindi un adeguato contatto vite-madrevite 

2. Impedire fisicamente la rotazione relative fra vite e madrevite 

Rosette elastiche: Assicurano una spinta elastica diretta assialmente, garantendo sempre il contatto tra i fianchi dei filetti della vite e della madrevite. In pratica si comportano come degli assorbitori di vibrazioni. La sicurezza è relativa alla capacità elastica dell’elemento