Calculadora de Roscas: Calcular Profundidad y Diámetro de Rosca

Calculadora de roscas para medir tornillos y pernos

Una calculadora de roscas determina la profundidad, el diámetro menor y el diámetro de paso de la rosca de un tornillo o perno. Funciona a partir del diámetro mayor y el paso, o a partir del número de hilos por pulgada (TPI). Los torneros, ingenieros y aficionados la utilizan para comprobar si un tornillo encajará en una tuerca compatible o en un orificio roscado.

Términos fundamentales de las roscas

• Diámetro mayor: el punto más ancho de una rosca, medido de cresta a cresta.
• Diámetro menor: el punto más estrecho de una rosca, medido de raíz a raíz.
• Diámetro de paso: un diámetro imaginario situado aproximadamente a mitad de camino entre los diámetros mayor y menor, donde la cresta de la rosca y el espacio contiguo tienen la misma anchura.
• Paso: la distancia entre dos crestas de rosca contiguas. Se expresa en milímetros en las roscas métricas y en pulgadas en las roscas del sistema imperial.
• Hilos por pulgada (TPI): el número de crestas de rosca que hay en una pulgada de una rosca imperial. El paso y los TPI miden lo mismo en unidades diferentes: paso (mm) = 25,4 / TPI.
• Profundidad de la rosca: la distancia radial entre los diámetros mayor y menor, es decir, la profundidad a la que se corta el surco de la rosca.

Sistemas de roscas métricas e imperiales

Las roscas métricas siguen la norma ISO. Un tamaño como M10×1,5 significa un diámetro mayor de 10 mm con un paso de 1,5 mm. El ángulo de la rosca es de 60°.

Las roscas imperiales siguen la Norma Unificada de Roscas (UTS), el sistema más común en Estados Unidos. Un tamaño como 3/8"-16 significa un diámetro mayor de 3/8 pulgadas (9,5 mm) con 16 hilos por pulgada. Las roscas imperiales modernas también utilizan un ángulo de 60°. La norma británica Whitworth, más antigua, utilizaba 55°.

Cómo calcular la profundidad de la rosca

La profundidad de la rosca indica a qué profundidad se corta el surco. Es un radio, no un diámetro; por ello, el diámetro menor se encuentra a una distancia equivalente al doble de la profundidad por debajo del diámetro mayor.

La profundidad de una rosca exterior (de perno) depende únicamente del paso:

h = 0,61343 × P

La constante es 17√3/48, que procede del perfil básico de 60° de la norma ISO 68-1. En una rosca imperial, el paso es el recíproco de los hilos por pulgada, medido en pulgadas:

P = 1 / TPI, por lo que h = 0,61343 / TPI

h y P siempre se expresan en la misma unidad que el diámetro mayor: milímetros para las roscas métricas y pulgadas para las imperiales. Multiplique un resultado en pulgadas por 25,4 para expresarlo en milímetros.

Fórmula del diámetro menor

El diámetro menor equivale al diámetro mayor menos el doble de la profundidad de la rosca:

d₃ = d − 2h = d − 1,226869 × P

d es el diámetro mayor y d₃ es el diámetro menor de la rosca exterior; ambos se expresan en la misma unidad que P. La tuerca o el orificio roscado compatible tiene un diámetro menor mayor, D₁ = d − 1,082532 × P, porque su raíz no se corta a tanta profundidad.

Fórmula del diámetro de paso

d₂ = d − 0,649519 × P

d₂, el diámetro de paso, se sitúa aproximadamente a mitad de camino entre los diámetros mayor y menor. Es la dimensión que comprueban con mayor precisión los calibres de roscas, porque determina con qué grado de ajuste engranan dos piezas roscadas.

Ejemplo: rosca métrica (M10×1,5)

Un perno M10×1,5 tiene un diámetro mayor de 10 mm y un paso de 1,5 mm.

• Profundidad de la rosca: 0,61343 × 1,5 = 0,920 mm
• Diámetro menor: 10 − 1,226869 × 1,5 = 8,160 mm
• Diámetro de paso: 10 − 0,649519 × 1,5 = 9,026 mm

Ejemplo: rosca imperial (3/8"-16)

Un perno 3/8"-16 tiene un diámetro mayor de 0,375 pulgadas y 16 hilos por pulgada, por lo que el paso es 1 / 16 = 0,0625 pulgadas (1,59 mm)

• Profundidad de la rosca: 0,61343 × 0,0625 = 0,0383 pulgadas (0,974 mm)
• Diámetro menor: 0,375 − 1,226869 × 0,0625 = 0,2983 pulgadas (7,577 mm)
• Diámetro de paso: 0,375 − 0,649519 × 0,0625 = 0,3344 pulgadas (8,494 mm)

La calculadora de esta página muestra los resultados imperiales en pulgadas, con su equivalente en milímetros al lado, de acuerdo con la forma habitual de leer los calibres de roscas imperiales.

Aplicaciones de los cálculos de roscas

Los ingenieros utilizan las dimensiones de las roscas para elegir elementos de fijación que encajen en un orificio o una tuerca determinados. Los torneros las utilizan para preparar tornos y fresadoras para cortar roscas. Los inspectores de calidad las emplean para comprobar que las piezas terminadas coincidan con una especificación impresa. Los mecánicos las utilizan para encontrar un perno de repuesto compatible cuando el original se ha perdido o se ha pasado de rosca. Los fontaneros las usan para hacer coincidir accesorios de tubería.

Otras formas de rosca quedan fuera de la rosca estándar en V que abarcan estas fórmulas. Las roscas Acme y cuadradas, utilizadas en husillos de avance y gatos, tienen ángulos y cálculos de profundidad diferentes. Las roscas de tubería se estrechan a lo largo de su longitud en lugar de mantener un diámetro constante. Cada una de ellas requiere su propio conjunto de fórmulas.

Breve historia

Antes del siglo 19, los tornillos se cortaban a mano y rara vez eran compatibles entre sí. Henry Maudslay construyó un torno práctico para tallar roscas en 1797, lo que hizo posible por primera vez fabricar roscas uniformes. En 1841, Joseph Whitworth propuso en Gran Bretaña la primera norma de roscas de uso generalizado, con un ángulo de 55°. En Estados Unidos, William Sellers propuso en 1864 un sistema con un ángulo de 60°, que se convirtió en la norma estadounidense.

En 1948, Estados Unidos, Gran Bretaña y Canadá acordaron la Norma Unificada de Roscas, que todavía se utiliza. La Organización Internacional de Normalización publicó su perfil de rosca métrica como ISO/R 68 en 1958. Actualmente, las roscas métricas son el sistema más común en todo el mundo, aunque las roscas imperiales siguen siendo estándar para muchos elementos de fijación en Estados Unidos.

Preguntas frecuentes

¿Cuál es la diferencia entre el paso y los TPI?

El paso es la distancia entre dos crestas de rosca y se expresa en milímetros. Los TPI indican cuántas crestas caben en una pulgada. Ambos describen la misma medida en unidades diferentes: paso (mm) = 25,4 / TPI.

¿Cómo puedo saber si una rosca es métrica o imperial?

Las roscas métricas se identifican con una M y dos números en milímetros, como M10×1,5. Las roscas imperiales se identifican con un diámetro en pulgadas, a menudo expresado como fracción, seguido de un número de TPI, como 3/8"-16.

¿Qué es el engrane de la rosca?

El engrane de la rosca es la longitud de contacto entre dos piezas roscadas acopladas, medida a lo largo del eje del tornillo. Una regla habitual para los elementos de fijación de acero es que el engrane sea de al menos un diámetro mayor. Los materiales más blandos, como el aluminio, suelen necesitar 1,5 veces el diámetro mayor para sujetarse de forma segura.

¿Cuál es la diferencia entre las roscas gruesas y finas?

Las roscas gruesas tienen un paso mayor y menos hilos por pulgada. Resisten el roscado cruzado y funcionan bien en materiales blandos. Las roscas finas tienen un paso menor y más hilos por pulgada. Soportan mejor las vibraciones y permiten un ajuste más preciso.

¿Cómo mido el paso o los TPI de una rosca desconocida?

Se presiona un calibre de paso de roscas, un peine delgado cuyos dientes tienen perfiles correspondientes a pasos normalizados, contra la rosca hasta que un diente coincida exactamente. También se puede utilizar un calibre para medir la distancia a lo largo de varias roscas y dividirla por el número de roscas contadas.

¿Qué significa el ángulo de la rosca?

El ángulo de la rosca es el ángulo entre los dos lados inclinados de una sola cresta de rosca. Casi todas las roscas métricas e imperiales modernas utilizan 60°. Las roscas británicas Whitworth antiguas utilizaban 55°.

Referencias

1. ISO 68-1:1998, Roscas para tornillos de uso general — Perfil básico — Roscas métricas para tornillos.
2. ASME B1.1-2003, Roscas unificadas para tornillos en pulgadas (forma de rosca UN y UNR).
3. Oberg, E., Jones, F. D., Horton, H. L. y Ryffel, H. H. Machinery's Handbook, 31.ª edición. Industrial Press, 2020.