El vocabulario dibuja una rosca de dos entradas, y el plan general no tiene dónde escribir una

De dónde salió la pregunta. Las herramientas de navegación que este sitio usa normalmente volvieron a no estar disponibles, así que la pregunta se obtuvo de un sitio público de preguntas de ingeniería a través de su interfaz abierta. Doce votos, cinco respuestas. Leímos la pregunta y no sus respuestas, y aquí no aparece ningún nombre de usuario.

Quien preguntaba lo planteó sin rodeos: toda descripción de una rosca indica el número de entradas como propiedad básica y, sin embargo, «todas las roscas normalizadas importantes de pernos son de una entrada» (traducción), con una excepción que había encontrado y que también existe en varias entradas. No vamos a explicar por qué, porque las razones son argumentos de diseño y los documentos no las contienen. Vamos a leer los documentos.

Las palabras están ahí, y el dibujo también

La norma de vocabulario de las roscas cilíndricas incluye ambos términos, uno junto al otro y numerados de forma consecutiva.

Y la figura 5 existe. Es el dibujo de una rosca exterior a derechas de dos entradas, en la misma fila que las de una entrada. Por tanto, el concepto no falta en el vocabulario, no está declarado obsoleto ni escondido en un anexo. Tiene una definición, un número y una ilustración.

El plan es bidimensional

El plan general es donde una rosca métrica se convierte en algo que se puede pedir. Su tabla 2 pone el diámetro nominal en las filas y el paso en las columnas, y el apartado 5.3 explica cómo usarla: «Para el diámetro (o el intervalo de diámetros) seleccionado, elija uno de los pasos indicados en la línea correspondiente.» (traducción)

Un diámetro y un paso. Esa es toda la selección, y la tabla no tiene una tercera columna en la que poner otra cosa.

Esto es una observación sobre este documento, no una regla que enuncie. El plan no prohíbe una rosca métrica de varias entradas. Simplemente no tiene forma de seleccionarla, que es algo distinto, y en la sección siguiente se ve que esa diferencia importa.

Hay otras dos cosas en ese apartado que vale la pena recoger de paso. El apartado 5.2 dice que las palabras coarse y fine (gruesa y fina) se usan para ajustarse al uso y que «sin embargo, no debe asociarse ninguna noción de calidad a estas palabras» (traducción), y que los pasos gruesos son simplemente los mayores pasos métricos usados en la práctica actual. Y el apartado 5.1 añade que los pasos indicados entre paréntesis deben evitarse en lo posible, la misma degradación discreta que este sitio encontró en las longitudes entre paréntesis de otra tabla.

El lenguaje de designación sí tiene una forma para ella

Una corrección a la primera versión de esta página. Decía que no había ningún campo para el número de entradas en todo el camino que va del plan a la designación. Era falso, y lo era porque la designación la fija un documento que no habíamos abierto. Ahora lo hemos abierto.

El apartado 5.2 de la norma de tolerancias designa una rosca corriente con la letra M, el diámetro nominal, el signo de multiplicación y el paso, que es el conocido M8 × 1,25. Y luego existe el apartado 5.3, titulado Designation of multiple-start screw threads (designación de roscas de varias entradas).

El lenguaje, por tanto, está completo. Primero el avance, después el paso, y el número de entradas es uno dividido por el otro: 3 entre 1,5 da dos, y en los ejemplos de rosca a izquierdas del apartado siguiente, M14 × Ph6P2 (three starts) es 6 entre 2. Esas divisiones son nuestras; los ejemplos son de la norma.

Hay dos cosas que conviene notar. La designación empieza por el avance, la magnitud que el plan general nunca menciona, y pone el paso en segundo lugar. Y la norma ofrece las palabras two starts como añadido opcional para mayor claridad, lo que equivale a una norma que admite discretamente que un lector puede no dividir Ph entre P a simple vista.

Lo que queda de la afirmación original es más estrecho, y sigue siendo cierto. El plan general es una tabla de diámetros frente a pasos sin columna para una segunda entrada, de modo que una rosca de varias entradas no puede seleccionarse en el plan. Puede escribirse perfectamente. Simplemente no es una de las cosas que el plan ofrece.

Una rosca no tiene un ángulo de avance

Antes de poder decir nada sobre lo que haría una segunda entrada, hay una definición que conviene leer despacio. El vocabulario da el ángulo de avance de una hélice como el ángulo cuya tangente es el avance dividido por la circunferencia, tan φ = P_h / πd. Luego añade una nota.

Así que no existe el ángulo de avance de una rosca. Hay un ángulo de avance en la cresta, otro en el diámetro de paso, otro en el fondo, y todos son distintos. Tome M8 × 1,25 y ponga los diámetros publicados en esa fórmula. El cálculo de abajo es nuestro.

• En la cresta, d = 8,000: tangente 0,0497, ángulo 2,85 grados
• En el diámetro de paso, d₂ = 7,188: tangente 0,0554, ángulo 3,17 grados
• En el fondo, d₃ = 6,466: tangente 0,0615, ángulo 3,52 grados

La relación entre las dos tangentes extremas es 8 ÷ 6,466 = 1,237, que es exactamente la relación de diámetros, exactamente como exige la nota. La misma rosca sube casi un cuarto más empinada en el fondo que en la cresta, y cualquier cifra única que se dé para ella es una elección de dónde medir.

Toda la serie gruesa cabe en un grado

Hagámoslo ahora para cada paso grueso de la serie, en el diámetro de paso, que es donde suele tomarse. Diámetros de la tabla de dimensiones básicas, cálculo nuestro.

El diámetro se multiplica por ocho y el ángulo varía en un factor menor que uno y medio, de 2,48 a 3,60 grados. Sea lo que sea la serie en otros aspectos, es una serie que mantiene esta magnitud casi inmóvil.

Y los tres últimos no son aproximadamente iguales: son iguales. M16, M20 y M24 tienen todos un paso que es exactamente un octavo del diámetro: 2 sobre 16, 2,5 sobre 20, 3 sobre 24. Como el diámetro de paso es el nominal menos un múltiplo fijo del paso, mantener fija la relación paso-diámetro mantiene fija también la relación diámetro de paso-paso, y la tangente sale igual hasta la quinta cifra. Es nuestra álgebra, y es la razón por la que tres pernos distintos se enrollan con un ángulo idéntico.

Una segunda entrada saldría de esa banda

Lo que se duplica es el avance. La nota anterior dice que todas las hélices de una rosca comparten el mismo avance, y el avance se define como el desplazamiento axial de un punto al dar una vuelta completa. Dos entradas significan que el desplazamiento axial por vuelta es de dos pasos en lugar de uno, así que la tangente del ángulo se duplica.

Para M8 × 1,25 en el diámetro de paso, eso deja la tangente en 0,1107 y el ángulo en 6,32 grados. Compárelo con la banda que ocupa toda la serie gruesa de una entrada, de 2,48 a 3,60. Un M8 de dos entradas subiría más empinado que cualquier tamaño de una entrada del plan, incluido el más pequeño.

Es una afirmación geométrica y nos detenemos ahí. Convertirla en una afirmación sobre si la rosca se aflojaría requiere un coeficiente de rozamiento, y esta página no tiene fuente para uno, así que no da ese paso. Lo que sí muestra el cálculo es más estrecho y más seguro: una segunda entrada no ajusta ligeramente una rosca, la saca del intervalo dentro del cual se trazó la serie normalizada.

El techo que nadie cita

Una cosa más del plan general, porque es el tipo de límite que nunca llega a un plano. Si se necesitan roscas más finas que las de la tabla, solo pueden usarse nueve pasos: 3; 2; 1,5; 1; 0,75; 0,5; 0,35; 0,25 y 0,2 milímetros. Y después, una advertencia con una tabla adjunta.

«Para un paso dado, cumplir las tolerancias resulta cada vez más difícil a medida que aumenta el diámetro.» (traducción) Por eso la tabla 1 da un diámetro nominal máximo para cada uno de esos pasos.

Divida cada uno por su paso, que es cálculo nuestro: 44, 44, 80, 100, 100, 100. A partir de un paso de 1,5, la norma limita el diámetro a cien veces el paso y no más, y los dos pasos más finos quedan limitados a menos de la mitad de eso. Ahí dentro hay una forma que la tabla no anuncia.

Qué sacar de todo esto

• El vocabulario define una rosca de varias entradas e ilustra una de dos entradas. El concepto está normalizado
• El plan general selecciona un diámetro y un paso, y nada más. Su tabla no tiene columna para una segunda entrada, así que no se puede escoger de ella
• La norma de designación sí tiene una forma para ella. El apartado 5.3 da M16 × Ph3P1,5 − 6H, con el avance escrito antes del paso y el número de entradas, opcionalmente, en palabras
• Una rosca no tiene un único ángulo de avance. Cada punto sigue su propia hélice y la tangente del ángulo es inversamente proporcional al radio
• M8 sube a 2,85 grados en la cresta y a 3,52 en el fondo, una relación de 1,237, que es la relación de diámetros
• Toda la serie gruesa está entre 2,48 y 3,60 grados en el diámetro de paso, mientras el diámetro cambia en un factor de ocho
• M16, M20 y M24 dan un ángulo idéntico porque su paso es exactamente un octavo de su diámetro
• Una segunda entrada duplica la tangente y lleva el M8 a 6,32 grados, fuera de toda la banda. Lo que eso significa para el aflojamiento requiere un dato de rozamiento que esta página no tiene
• Gruesa y fina no conllevan ninguna noción de calidad, y cada paso tiene un diámetro máximo hasta el que puede usarse

La pregunta era por qué las roscas de una entrada son tan comunes. La respuesta honesta de los documentos no es una razón en absoluto. Es que una rosca métrica se elige en una tabla de dos ejes, y una segunda entrada no está en ninguno de ellos, aunque el lenguaje para escribirla ha estado normalizado todo el tiempo. Lo que se fabrica es lo que ofrece la tabla de selección.

Este artículo trata el paso 2: rosca. El orden completo es sustrato, rosca, cabeza, accionamiento, acabado y documentación. El artículo inglés Specifying a screw explica por qué alterarlo genera retrabajo.

Preguntas frecuentes

¿Permiten las normas una rosca métrica de varias entradas?

Sí, y existe una designación para ella. La norma de vocabulario define la rosca de varias entradas en el apartado 2.10 e ilustra una de dos entradas en su figura 5, y el apartado 5.3 de la norma de tolerancias da la forma de designación, por ejemplo M16 × Ph3P1,5 - 6H, con el número de entradas añadido opcionalmente en palabras. Lo que no tiene columna para ella es el plan general, que solo selecciona un diámetro nominal y un paso, de modo que una rosca de varias entradas no puede elegirse en esa tabla.

¿Cuál es el ángulo de avance de un perno M8?

La pregunta no tiene una única respuesta. El vocabulario señala que cada punto de una rosca sigue su propia hélice, todas con el mismo avance, y que la tangente del ángulo de avance es inversamente proporcional a la distancia radial al eje. Para M8 × 1,25, nuestro cálculo da 2,85 grados en la cresta, 3,17 en el diámetro de paso y 3,52 en el fondo.

¿Cuánto varía el ángulo de avance en la serie métrica gruesa?

Muy poco. En el diámetro de paso, nuestras cifras son 3,41 grados en M3, 3,60 en M4, 3,25 en M5, 3,41 en M6, 3,17 en M8, 3,03 en M10, 2,94 en M12 y 2,48 en M16, M20 y M24. El diámetro cambia en un factor de ocho y el ángulo en menos de uno y medio.

¿Por qué M16, M20 y M24 dan el mismo ángulo?

Porque sus pasos son exactamente un octavo de sus diámetros nominales: 2 sobre 16, 2,5 sobre 20 y 3 sobre 24. Como el diámetro de paso es el nominal menos un múltiplo fijo del paso, una relación paso-diámetro fija produce una relación diámetro de paso-paso fija, y la tangente es idéntica hasta la quinta cifra. Es nuestra álgebra, no una afirmación de la norma.

¿Qué cambiaría una rosca de dos entradas?

El avance se duplica, así que la tangente del ángulo de avance se duplica. Un M8 × 1,25 de dos entradas quedaría en unos 6,32 grados en el diámetro de paso, por encima de todos los tamaños de una entrada de la serie gruesa. Esta página se detiene en esa afirmación geométrica y no la convierte en una afirmación sobre el aflojamiento, lo que requeriría un coeficiente de rozamiento para el que no tiene fuente.

¿Significa rosca gruesa menor calidad que rosca fina?

No, y la norma lo dice directamente. Indica que las palabras coarse y fine se usan para ajustarse al uso y que no debe asociárseles ninguna noción de calidad, y que los pasos gruesos son simplemente los mayores pasos métricos usados en la práctica actual.

¿Hay un límite sobre qué paso puede usarse con qué diámetro?

Sí, para los pasos más finos. El plan general dice que, si se necesitan roscas más finas que las de su tabla principal, solo pueden usarse nueve pasos, y da una tabla de diámetro nominal máximo para cada uno: 22 mm con un paso de 0,5 y luego 33, 80, 150, 200 y 300 mm con 0,75, 1, 1,5, 2 y 3. La razón que da es la creciente dificultad para cumplir las tolerancias a medida que aumenta el diámetro para un paso dado.

¿Por qué son tan comunes las roscas de una entrada?

Esta página no responde a eso. Las razones son argumentos de diseño y los documentos citados aquí no las contienen. Lo que muestran los documentos es que la tabla en la que se elige una rosca métrica normalizada tiene dos ejes, diámetro y paso, y una segunda entrada no está en ninguno de ellos, aunque la norma de designación ha tenido siempre una forma para escribirla.

¿Se aplica algo de esto a las roscas en pulgadas o a las roscas trapeciales?

Nada de lo dicho aquí trata de ellas. La norma de vocabulario abarca las roscas cilíndricas en general, pero el plan y las dimensiones citadas son las métricas. La serie en pulgadas y la serie trapecial tienen sus propias normas, y ninguna se ha leído para esta página.

Referencias

• ISO 5408:1983, Cylindrical screw threads, Vocabulary — leída en la vista previa gratuita de nueve páginas de la adopción nacional de 1998, inglés y francés en paralelo
• ISO 261:1998, ISO general purpose metric screw threads, General plan — vista previa gratuita de ocho páginas que cubre el apartado 5 y la tabla 1
• ISO 724:2023, Basic dimensions — usada aquí solo para los valores de paso y diámetro menor en los que se basa el cálculo
• La pregunta, en un sitio público de preguntas de ingeniería. Doce votos, cinco respuestas (en inglés)

Para esta página se leyeron dos vistas previas gratuitas: la norma de vocabulario, a partir de una adopción nacional cuya vista previa de nueve páginas recoge las definiciones en inglés y en francés en paralelo, y el plan general, cuya vista previa de ocho páginas llega hasta el apartado 5 y la tabla 1. El escaneo de la norma de vocabulario es deficiente y su texto extraído está muy dañado, así que cada frase citada se leyó sobre una imagen renderizada de la página y no sobre la capa de texto. Lo mismo se hizo con la tabla 1 y el apartado 5 del plan general. Los valores de paso y diámetro en los que se basa el cálculo proceden de la tabla de dimensiones básicas, que este sitio usó y comprobó sobre imagen para una página anterior sobre la pared entre dos roscas; este es el segundo uso de ese documento y no se repite aquí nada de aquella página. Lo siguiente es cálculo nuestro, no afirmaciones de ninguno de los documentos: cada ángulo de avance de esta página; la relación 1,237 entre las tangentes en la cresta y en el fondo; la observación de que la serie gruesa abarca de 2,48 a 3,60 grados mientras el diámetro abarca un factor de ocho; el álgebra que muestra por qué coinciden M16, M20 y M24; la tangente duplicada para una rosca de dos entradas; y las relaciones 44, 44, 80, 100, 100, 100 de la tabla 1. El resultado geométrico sobre una segunda entrada no es una afirmación sobre si esa rosca se aflojaría. Dar ese paso requiere un coeficiente de rozamiento, esta página no tiene fuente para uno y, por tanto, no dice nada sobre el autobloqueo. La pregunta procede de un sitio público de preguntas de ingeniería y no de las herramientas de foros que este sitio usa normalmente, que volvieron a no estar disponibles. Leímos la pregunta y no sus respuestas, y aquí no aparece ningún nombre de usuario. No damos consejos de diseño ni nombramos ningún producto. La norma de tolerancias, la norma del perfil básico y la norma de tamaños seleccionados no se han leído para esta página, solo eran visibles las primeras filas de la tabla 2 del plan general, y las normas de roscas en pulgadas y trapeciales no se han leído en absoluto. Corrección. La primera versión de esta página decía que no había ningún campo para el número de entradas en ningún punto del camino del plan general a la designación. Era falso. El apartado 5.3 de la norma de tolerancias designa las roscas métricas de varias entradas con la forma M16 × Ph3P1,5 − 6H y permite añadir el número de entradas en palabras. En aquel momento habíamos declarado ese documento como no leído, lo cual era cierto pero no hacía la frase menos falsa; la página cita ahora el apartado 5.3 y la afirmación se ha acotado a lo que realmente hace el plan general. La vista previa gratuita de esa norma llega hasta la página impresa 5, que cubre los apartados 5.2 a 5.4, y el pasaje citado se leyó sobre una imagen renderizada de la página.