Rosca de tornillo (mecánica): definición, tipos y funcionamiento

Rosca de tornillo: definición, tipos y funcionamiento. Descubre su geometría, avance, ventaja mecánica y aplicaciones para elegir y usar tornillos de forma segura y eficiente.

Una rosca de tornillo, a menudo abreviada como rosca, es una estructura helicoidal. Se trata de una cresta que envuelve un cilindro o cono en forma de hélice, denominándose la primera rosca recta y la segunda rosca cónica.

El apriete de una tuerca a un tornillo es comparable a introducir una cuña en un hueco hasta que se quede fijada por fricción y deformación plástica (por ejemplo, el ligero aplastamiento de las superficies de los dos objetos).

La rosca de un tornillo es una de las seis máquinas simples que proporcionan ventajas mecánicas. La ventaja mecánica de una rosca depende de su avance, que es la distancia lineal que recorre el tornillo en una vuelta o revolución.

Elementos y parámetros principales

• Paso (p): distancia axial entre crestas contiguas de la rosca.
• Avance (lead): desplazamiento lineal por revolución. Para roscas de un solo inicio avance = paso; para roscas de varios inicios avance = paso × número de inicios.
• Diámetro mayor: diámetro exterior de la rosca (también llamado diámetro nominal).
• Diámetro menor o núcleo: diámetro de la raíz de la rosca.
• Diámetro medio: diámetro entre mayor y menor, usado a menudo para cálculos.
• Ángulo de perfil: el ángulo formado por los flancos de la rosca (p. ej. 60° en rosca métrica ISO, 55° en Whitworth).
• Ángulo de hélice (α): ángulo entre la cresta de la rosca y un plano perpendicular al eje; se relaciona con el avance y el diámetro medio (tan α ≈ lead / (π · d_m)).

Tipos de rosca

• Por forma del soporte
  • Rosca recta (cilíndrica) y rosca cónica (p. ej. rosca cónica para tuberías que sella por ajuste).
• Por perfil
  • Triangular (rosca métrica ISO, UNC/UNF, Whitworth): uso general en fijación.
  • Trapezoidal y Acme: diseñadas para transmisión de potencia (husillos, tornillos de potencia) por su mayor área de carga y mejor resistencia al desgaste.
  • Cuadrada y de tipo «buttress» (abrazadera): para altas fuerzas axiales con baja fricción y buena eficiencia.
  • Roscado especial: filetes para madera, roscas para plástico, roscas dentadas, etc.
• Por mano
  • Derecha: la más común (gira en sentido horario para apretar).
  • Izquierda: usada cuando la dirección normal de trabajo podría aflojar una rosca derecha (p. ej. en algunos ejes, bombas o en equipos con giro inverso).
• Por número de inicios
  • Monohilo (single start): avance = paso.
  • Multihilo (double, triple start): permiten mayores avances por revolución manteniendo la resistencia del filete.
• Variantes de baja fricción
  • Tornillos de bolas (ball screws): utilizan patines con bolas recirculantes para convertir giro en traslación con alta eficiencia y muy poca holgura.

Funcionamiento y relación con la ventaja mecánica

Una rosca convierte movimiento rotatorio en movimiento lineal y puede multiplicar la fuerza aplicada. En condiciones ideales sin fricción, el trabajo mecánico se conserva: la energía aportada por el par (torque) en una vuelta (2π rad) se transforma en trabajo contra la carga que avanza una distancia igual al avance (p).

Fórmulas útiles (sin tener en cuenta fricción):

• Avance por revolución = p (o p × número de inicios).
• Relación geométrica / ventaja mecánica ideal (IMA): IMA = (2π · r_m) / p, donde r_m es el radio medio (d_m/2).
• Relación entre par (T) y fuerza axial (F) sin fricción: T = F · p / (2π).

En la práctica la fricción entre flancos y la resistencia al deslizamiento aumentan el par requerido. Por ello, para aplicaciones de transmisión de potencia se prefieren perfiles y lubricaciones que reduzcan la fricción (ej. tornillos de bolas, tratamientos superficiales, grasas especiales).

Fabricación y normas

• Métodos de fabricación: corte (roscado con macho o terraja, fresado), laminado/rolado en frío (produce filetes más resistentes por compactación del material), rectificado (para altas precisiones) y métodos especiales para grandes diámetros.
• Normas habituales: ISO métrica (perfil triangular de 60°), UNE/ISO, Unified Thread (UNC/UNF) en Estados Unidos, Whitworth (perfil 55°), normas para roscas trapezoidales y Acme. Las tolerancias y clases de ajuste (p. ej. 6g/6H en métricas) determinan el juego o ajuste entre macho y hembra.
• Inspección: medidores de rosca (calibres), roscómetros, micrómetros para diámetros, y comparadores para verificar el perfil.

Aplicaciones y ejemplos

• Sujeción: tornillos, pernos, y tuercas en estructuras y maquinaria.
• Transmisión de movimiento: husillos de máquinas herramienta, tornillos de banco, prensas y gatos mecánicos.
• Ajuste fino: micrómetros y sistemas de regulación que aprovechan el paso pequeño para movimientos muy precisos.
• Sistemas de baja fricción y alta precisión: ball screws en máquinas CNC y actuadores.

Mantenimiento, seguridad y métodos de bloqueo

• Recomendaciones: mantener roscas limpias, lubricadas según especificación y sin daños en filetes para garantizar la capacidad de carga y evitar desgaste prematuro.
• Métodos de bloqueo: arandelas de seguridad, contratuercas, tuercas autoblocantes (p. ej. nyloc), adhesivos anaeróbicos para roscas y pasadores de seguridad en aplicaciones críticas.
• Cuidado con el apriete: utilizar pares de apriete especificados para evitar el sobreesfuerzo y la rotura de la rosca o la deformación plástica.

Resumen

La rosca de tornillo es un elemento helicoidal esencial en mecánica que permite sujetar piezas y convertir movimiento rotatorio en lineal, ofreciendo ventaja mecánica dependiente del paso y del radio medio. Existen muchos perfiles y tipos adaptados a finalidades distintas —desde fijación simple hasta transmisión de grandes fuerzas con precisión— y su correcta selección, fabricación y mantenimiento son clave para la seguridad y el rendimiento en cualquier montaje mecánico.

Preguntas y respuestas

P: ¿Qué es una rosca de tornillo?

P: ¿Cuáles son los dos tipos de roscas de tornillo?

P: ¿Cómo funciona el apriete de una tuerca a un tornillo?

P: ¿De qué depende la ventaja mecánica de la rosca de un tornillo?

P: ¿Cuántas máquinas simples dan ventaja mecánica?

P: ¿Qué es una rosca recta?

P: ¿Qué es una rosca cónica?

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