Diferentes tipos de rosca

Los tornillos son parte integrante de muchos dispositivos y estructuras mecánicas, ya que permiten unir y fijar distintos componentes. Sin embargo, las roscas de los tornillos son más variadas de lo que parece a simple vista. Se han desarrollado distintos diseños de rosca para adaptarse a diversas aplicaciones y requisitos. Comprender los distintos tipos de rosca es importante para que ingenieros y técnicos puedan seleccionar la configuración de rosca óptima para una tarea determinada.

Fundamentos de la rosca

Cuando hablamos de roscas de tornillo, nos referimos básicamente a una estructura helicoidal diseñada para convertir el movimiento de rotación en movimiento lineal o para unir objetos. Comprender los términos básicos le ayudará a identificarlas y utilizarlas con eficacia.

El paso es la distancia entre dos puntos correspondientes de roscas adyacentes. Es crucial para el montaje, ya que la coincidencia de pasos garantiza que las roscas puedan engranar correctamente.

El diámetro de un tornillo habla del tamaño del mismo. El diámetro mayor es el diámetro más grande (d、D) de la rosca, mientras que el diámetro menor (d1、D1) es el más pequeño.

La raíz es la parte inferior del hilo -entre dos flancos del hilo- y la cresta es la parte superior del hilo.

Hablemos del paso de una rosca. Si se trata de una rosca de un solo paso (una hélice), el paso es igual al paso. Sin embargo, para una rosca de varios pasos (más de una hélice), el paso es igual al paso multiplicado por el número de pasos.

El ángulo de rosca es el ángulo entre los flancos de la rosca, que puede afectar a la resistencia y la capacidad de carga. En los tornillos más comunes, este ángulo es de 60 grados, pero puede variar.

Normas del sistema de rosca

Conocer las diferentes roscas estándar es esencial para sus proyectos con tornillos y elementos de fijación. Exploremos los estándares más utilizados para asegurarnos de que selecciona el tipo adecuado para su trabajo.

Norma de rosca unificada (UTS)

La Norma Unificada de Roscas está muy extendida, sobre todo en Estados Unidos y Canadá. Incluye las roscas UNC (Unified National Coarse) y UNF (Unified National Fine), designadas para elementos de fijación de rosca gruesa y fina, respectivamente. Estas normas especifican la forma de la rosca, el ángulo, el diámetro y el paso (la distancia entre las roscas).

• UNC: Comúnmente utilizado cuando se necesita un montaje o desmontaje rápido.
• UNF: Proporciona mayor resistencia a la tracción que las roscas gruesas; ideal para aplicaciones de precisión.
• UNEF: Multa Extra Nacional Unificada

Estas roscas pueden tener varias clases de ajuste, de flojo a apretado, para satisfacer diferentes requisitos de montaje. Por ejemplo, 2A/2B es un ajuste común en el que 2A representa una rosca exterior y 2B representa una rosca interior.

Una adaptación de la Norma Unificada de Roscas es la rosca UNR. Incluye un pequeño y controlado redondeo de la raíz de la rosca, lo que mejora su resistencia a la fatiga. Esta característica es especialmente crucial para aplicaciones en las que el tornillo se someterá a ciclos de carga y descarga.

Estándar de rosca métrica

La norma de roscas métricas es un sistema reconocido internacionalmente que se caracteriza por su sencillez y eficacia. Las roscas métricas se identifican por su diámetro (en milímetros) y paso, y se presentan en variantes de rosca gruesa y fina. Esta norma facilita el intercambio de componentes en todo el mundo.

• Roscas gruesas: Uso habitual cuando no es necesario el ajuste fino de los tornillos.
• Roscas finas: Menos propensos a la rosca cruzada y mejores para aplicaciones que requieren un ajuste de tensión más fino.

Normas británicas

Las normas británicas incluyen diversos tipos de rosca, como la rosca British Standard Whitworth (BSW) y la serie de roscas British Association (BA). La BSW es conocida por su ángulo de rosca específico y sus raíces y crestas redondeadas, que proporcionan perfiles de rosca distintivos. Las normas BA se utilizan a menudo en instrumentos de precisión y elementos de fijación de pequeño tamaño.

• BSW: Perfil de rosca con un ángulo de 55 grados, común en maquinaria antigua o pesada.
• BA: Roscas finas adecuadas para mecanismos pequeños, a menudo en electrónica y modelismo.

Otras normas de rosca

Aparte de las normas principales, también existen roscas especializadas, como las de los accesorios de tubería o la Norma Nacional Americana para distintas aplicaciones. Estas normas atienden a requisitos específicos que pueden no cumplir las categorías más extendidas.

• Roscas especiales: Se utilizan para aplicaciones como conexiones de tuberías estancas o entornos con tensiones mecánicas únicas.

Variaciones del diseño del hilo

Recto frente a cónico

Las roscas rectas mantienen un diámetro constante, formando un cilindro a lo largo de su longitud. Son perfectas para fijaciones en las que la alineación y la integridad frente a fuerzas laterales son primordiales. Mientras que las roscas cónicas se estrechan como un cono a medida que avanzan, lo que garantiza un sellado más hermético, y se utilizan habitualmente en aplicaciones que requieren contención de líquidos o gases.

Paralelo frente a cónico

Las roscas paralelas son un tipo de rosca recta en la que el diámetro permanece invariable de un extremo a otro. Este diseño permite enroscar componentes sin cambiar la relación del diámetro, lo que las hace ideales para muchas operaciones de ensamblaje. Por el contrario, las roscas cónicas, análogas a las roscas cónicas, disminuyen de diámetro y están diseñadas para crear un sellado estanco al fluido gracias a que la propia superficie de la rosca se adapta a la forma del cono.

Mano izquierda frente a mano derecha

El sentido en que la rosca gira alrededor del cilindro puede ser a derechas o a izquierdas. Una rosca a derechas es más común y aprieta en el sentido de las agujas del reloj, mientras que una rosca a izquierdas aprieta en el sentido contrario. Esta última es menos común y podría utilizarse cuando la acción de atornillar necesita contrarrestar una fuerza que tiende a desenroscar una rosca a derechas, como en el lado izquierdo de un pedal de bicicleta.

Perfiles y formas de rosca

A la hora de comprender las roscas de tornillo, es esencial reconocer la variedad de perfiles y formas de rosca, cada uno con características y aplicaciones específicas. Analicemos ahora cuatro tipos principales: Rosca en V, rosca cuadrada, rosca Acme y rosca Buttress.

Rosca en V

Su experiencia con tornillos probablemente incluya la rosca en V, el perfil de rosca más común caracterizado por su ángulo de 60 grados. La encontrará en la mayoría de tornillos y pernos de fijación. Este diseño de rosca en V afilada ofrece una buena resistencia y es fácil de fabricar, por lo que resulta adecuado para la mayoría de las tareas generales de montaje.

Hilo cuadrado

Las roscas cuadradas se distinguen por su forma cuadrada, con el flanco perpendicular al eje del tornillo. Estas roscas están diseñadas para la transmisión de potencia, reduciendo la fricción en comparación con las roscas en V. Suelen utilizarse en gatos, tornillos de banco y otros mecanismos que requieren un movimiento eficaz.

Rosca Acme

El perfil de rosca Acme destaca por su forma trapezoidal, que ofrece un compromiso entre la resistencia de una rosca en V y la baja fricción de las roscas cuadradas. Su ángulo de flanco de 29 grados la hace más robusta y adecuada para cargas pesadas que suelen encontrarse en tornillos de cabeza y mecanismos de tornillo de banco.

Rosca de contrafuerte

Por último, las roscas Buttress tienen un perfil triangular con un flanco vertical y otro en ángulo. Este diseño permite una elevada transmisión de la fuerza en una dirección mientras se mantiene el movimiento libre en la otra, algo habitual en aplicaciones como martinetes y prensas en las que existe una carga unidireccional.

Mecánica y dinámica de roscas

En el ámbito de las roscas de tornillo, es fundamental comprender la interacción de las fuerzas y el movimiento resultante. Descubrirá que el par aplicado y la fuerza resultante son fundamentales para el funcionamiento de las roscas como máquina simple y como componente de sistemas de rodamientos.

Par y fuerza

Cuando se aplica un par de torsión a un tornillo, básicamente se le está retorciendo para generar un movimiento lineal. Este par se calcula como la fuerza ejercida a una distancia del punto de giro, que es el radio medio del tornillo. La ecuación M = Wr tan(ϕs + α) representa el momento o par necesario para superar la fricción y generar movimiento, donde:

• M es el momento o torsión.
• W es la fuerza lineal aplicada sobre el tornillo.
• r es el radio medio del tornillo.
• ϕs es el ángulo de fricción del tornillo.
• α es el ángulo de paso de la rosca del tornillo.

Esta fuerza lineal, o la carga sobre el tornillo, se traduce en el movimiento giratorio necesario para subir o bajar el tornillo, mostrando el principio de la ventaja mecánica en máquinas simples.

Fricción y desgaste

La fricción desempeña un papel importante en la dinámica de las roscas. Es la resistencia que encuentra una superficie o un material al desplazarse sobre otro. He aquí cómo influye:

• Ángulo de fricción (ϕs): Este ángulo contribuye a comprender cuánto par es necesario para que el tornillo comience a moverse. Una mayor fricción significa que se necesita más par.
• Desgaste: La interacción continua entre las roscas puede provocar desgaste, lo que afecta tanto a la eficiencia como a la vida útil del tornillo.

Para minimizar el desgaste y prolongar la vida útil de las roscas de los tornillos:

1. Lubricación: Aplique lubricantes adecuados para reducir el contacto directo metal con metal.
2. Selección de materiales: Utilizar materiales de alta resistencia al desgaste para las roscas.

Recuerde que cuanto mejor gestione la fricción mediante la lubricación y la elección del material, más suave será la traslación del movimiento rotativo al lineal, maximizando la ventaja mecánica de sus roscas de tornillo.

Medición de roscas y herramientas

Para conseguir precisión en sus proyectos con elementos de fijación roscados, es fundamental medir las roscas con exactitud. El diámetro de paso de rosca y el diámetro efectivo desempeñan un papel importante en este proceso. A continuación le explicamos cómo medir estas dimensiones con eficacia utilizando herramientas específicas.

Micrómetros y calibres

Los micrómetros funcionan como un instrumento de medición de precisión que se utiliza para obtener el diámetro exacto de las roscas macho. La herramienta funciona midiendo el diámetro de pasoque es el diámetro de un cilindro imaginario en el que la anchura de la rosca y el espacio entre las roscas son iguales. Por lo general, los micrómetros miden en incrementos finos, lo que permite alcanzar un alto grado de precisión.

• Micrómetro de paso: especialmente diseñado para medir el diámetro de paso de las roscas de los tornillos.
• Calibradores de roscas: esenciales para identificar el perfil de las roscas de una fijación roscada. Ayudan a verificar el paso o el número de roscas por pulgada haciendo coincidir los dientes con las roscas.

Tornos y maquinaria

Igualmente cruciales son los tornos y otras máquinas, que cumplen una doble función. No sólo pueden crear las roscas cortando, sino que algunas también tienen la capacidad de medir las roscas que han producido. Se utilizan especialmente para fabricar roscas macho y hembra, teniendo en cuenta su perfil básico. Además, muchos tornos modernos vienen equipados con lecturas digitales para proporcionarle mediciones precisas.

Utilizando micrómetros, calibres y equipos de mecanizado, puede medir con precisión y crear roscas que se ajusten a las especificaciones de su proyecto.

Formas de rosca especiales

En el mundo del roscado, las formas de rosca especiales sirven para fines precisos. Encontrará diseños únicos diseñados para conexiones seguras y aplicaciones de alta resistencia. Exploremos algunas roscas especializadas que podría utilizar en sus proyectos.

Roscas de tubos

Cuando trabaje en sistemas de fontanería o conducción de fluidos, a menudo tendrá que trabajar con roscas de tubo. Estas roscas están diseñadas para proporcionar un sellado a prueba de fugas y suelen tener una conicidad para crear un ajuste más apretado al atornillarlas. Los estándares más comunes para estas roscas son el NPT (National Pipe Taper) y el BSPT (British Standard Pipe Taper). Cada una de ellas tiene diferentes ángulos y diámetros de rosca que las hacen adecuadas para usos específicos.

• Roscas NPT: Comunes en Norteamérica, sellan herméticamente gracias a su perfil cónico.

• Roscas BSPT: Predominantemente utilizadas en Europa y Asia, también tienen una forma cónica para sellar fluidos.

El radio de la raíz, una característica de diseño de algunas formas de rosca, influye en la resistencia de la rosca. Es la pequeña curva en la parte inferior de la ranura de la rosca que puede absorber la tensión y reducir la posibilidad de que se produzcan grietas bajo cargas.

Manejo y uso del hilo

Cuando se trabaja con roscas de tornillo, es fundamental comprender las particularidades de la fijación y los niveles de acoplamiento entre las roscas macho y hembra. Una técnica adecuada garantiza la longevidad y fiabilidad de las conexiones roscadas.

Fijación y sujeción

La fijación es el proceso de unir objetos utilizando un perno, un tornillo o tipos similares de elementos de fijación. A continuación te explicamos cómo hacerlo correctamente:

• Seleccione el elemento de fijación adecuado: Haga coincidir las roscas macho (perno o tornillo) con las roscas hembra adecuadas (tuerca o agujero roscado).
• Alinee con precisión: Empiece a mano para evitar el enhebrado cruzado.
• Apriete adecuadamente: Utilice la herramienta adecuada para apretar los elementos de fijación; apretarlos demasiado puede dañar las roscas, mientras que apretarlos demasiado poco puede aflojar la unión.

El término tornillo jack se refiere a un tipo de tornillo utilizado en electrónica para proporcionar espaciado o asegurar componentes como conectores. El uso de una tuerca partida, que se divide en dos piezas para envolver el eje sin tener que roscar el extremo, puede facilitar las reparaciones cuando el desmontaje es difícil.

Hilo de compromiso

El engrane de roscas se refiere a la profundidad con la que las roscas macho se entrelazan con las roscas hembra. Para lograr un engrane adecuado:

• Asegurar la profundidad: Normalmente, la profundidad de encaje debe ser al menos igual al diámetro del tornillo o perno.
• Compruebe la calidad de la rosca: Las roscas dañadas o sucias pueden comprometer el enroscado.

El ajuste entre las roscas es fundamental. Debe notar resistencia al apretar, lo que indica que las roscas están en contacto total. Tenga cuidado de no dañar las roscas si aprieta demasiado.

En conclusión, existen varios tipos comunes de roscas de tornillo que se utilizan para distintos fines en función de factores como las tensiones mecánicas, las limitaciones de fabricación y la precisión requerida. Las roscas métricas y unificadas son las más comunes para el montaje mecánico general. Las formas de rosca especializadas, como las roscas de contrafuerte, Acme y cuadradas, responden a necesidades en áreas como la maquinaria pesada, el movimiento lineal y las uniones de alta resistencia.

Para facilitar la lectura, he aquí una forma concisa:

El ángulo, el paso y el perfil de la rosca influyen en su rendimiento. Seleccionar el tipo de rosca adecuado maximiza la funcionalidad al tiempo que evita fallos. A medida que avanzan los sistemas mecánicos, pueden surgir nuevos diseños de roscas. En general, la aplicación de los principios de ingeniería de roscas ayuda a garantizar que los componentes se fijen de forma fiable para los usos previstos.