Por qué funciona una rosca?

Las roscas se pueden emplear para:

a) Unir piezas de manera permanente o temporal, éstas pueden tener movimiento o quedar fijas. La unión se hace por medio de tornillos y tuercas, elementos que contienen una rosca. Para que un tornillo sea acoplado con su tuerca ambos deben tener las medidas adecuadas y el mismo tipo de rosca.

b) Generar movimiento en máquinas o en transportadores. Los mejores ejemplos de esta aplicación se tiene en los tornos, en los que por medio de un tornillo sinfín se puede mover el carro o en los elevadores de granos en los que por medio de un gusano se transportan granos de diferentes tipos.

¿Por qué funciona una rosca?

La forma más sencilla de entender y explicar el funcionamiento de una rosca es la siguiente: Imagine que enrolla en un perno cilíndrico recto un triángulo rectángulo de papel. La trayectoria que sigue la hipotenusa del triángulo es una hélice que se desarrolla sobre la superficie del cilindro, esa es la rosca que nos sirve para fijar o transportar objetos.

El mismo papel que se enrolló sobre el cilindro del tornillo nos indica que las roscas actúan como un plano inclinado, pues al deslizarse la tuerca por las orillas de la rosca se está siguiendo la trayectoria de un plano inclinado, del cual su fórmula elemental es:

P x L = W x h

P = fuerza aplicada

L = longitud del plano inclinado

W = fuerza generada

h = altura del plano inclinado

Lo anterior se puede reflejar en la fuerza que se generaría en una prensa de husillo como se puede observar a continuación.

Las orillas de la rosca en el tornillo actúan como el plano inclinado. Por cada vuelta que se da a la la manivela se logra un avance de "h", generando una fuerza de "W", todo esto producto de la fuerza aplicada en la manivela "P" en una trayectoria igual al perímetro "2Pi x r". Con lo anterior se puede construir la siguiente expresión.

P x 2Pi x r = W x h

Por ejemplo: si se aplica en una prensa como la mostrada, con avance "h" en cada vuelta de 2 mm, brazo de palanca "r" de 200 mm y si se aplica una fuerza "P" de 15 kg, se tendrá.

Sustituyendo en la ecuación de la prensa

(15) (2)(3.14)(200) = W (2)

Despejando "W"

W = 9,420 kg

Como la fricción en la rosca genera una pérdida de la fuerza de un 40% se tendrá:

W = 9,420 x 0.6 = 5,652 kg

Lo anterior implica que con nuestra pequeña prensa y 15 kg, se obtengan más de 5.5 toneladas de fuerza.

Tipos de rosca

En el mercado existen diferentes tipos de roscas, su forma y características dependerán de para qué se quieren utilizar. La primera diferencia que se puede distinguir es su forma, ya que hay de cinco tipos de roscas:

a) agudas o de filete triangular

b) trapeciales

c) de sierra

d) redondas o redondeadas

f) de filete cuadrado

Las roscas de filete triangular o agudas se usan en tornillos de fijación o para uniones de tubos. Las trapeciales, de sierra y redondas se utilizan para movimiento o trasporte y las cuadradas casi nunca se usan.

Las roscas agudas o triangulares quedan definidas por los diámetros exterior (d), del núcleo (d1) y del de los flancos (d2), así como por el ángulo de los flancos (alfa) y su paso (h)

fig. del libro Alrededor de las máquinas de Gerling

El sentido de las roscas es otra de sus características. Hay roscas derechas e izquierdas. La rosca derecha se tiene si al girar el tornillo de acuerdo a las manecillas del reloj este tiene penetración y la rosca izquierda se tiene si al girar al tornillo en contra de las manecillas del reloj este avanza penetrando también.

Las roscas pueden tener una sola hélice (un sólo triángulo enrollado) o varios, esto indica que las roscas tendrán una o varias entradas.

A) Rosca sencilla B) Rosaca doble C) Rosca triple

Las roscas están normalizadas, en términos generales se puede decir que existen dos tipos fundamentales de roscas las métricas y las Whitworth. Las normas generales son las siguientes:

Sistema métrico

BS 3643: ISO Roscas métricas

BS 4827: ISO Roscas miniatura o finas

BS 4846: ISO Roscas trapeciales o trapezoidales

BS 21: Roscas para conexiones y tubos

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