Estándar de rosca unificada

El Estándar Unificado de Rosca ( UTS ) define una forma y serie de rosca estándar, junto con tolerancias, holguras y designaciones, para las roscas de tornillo comúnmente utilizadas en Estados Unidos y Canadá . Es el estándar principal para pernos, tuercas y una amplia variedad de otros elementos de fijación roscados utilizados en estos países. Tiene el mismo perfil de 60° que la rosca métrica ISO , pero las dimensiones características de cada rosca UTS (diámetro exterior y paso) se eligieron como fracciones de pulgada en lugar de milímetros . El UTS está actualmente regulado por ASME / ANSI en Estados Unidos. Nota: Esta serie de roscas a menudo se denomina erróneamente "Unified National" en lugar de "Unified". Este error posiblemente se deba a la confusión con la obsoleta serie "American National".

Cada rosca de la serie se caracteriza por su diámetro mayor D _maj y su paso P. Las roscas UTS constan de una rosca simétrica en forma de V. En cualquier plano que contenga el eje de la rosca, los flancos de la V forman un ángulo de 60° entre sí. El octavo más externo y el cuarto más interno de la altura H de la forma de V se recortan del perfil.

El diámetro mayor D _maj es el diámetro del tornillo medido desde el borde exterior de las roscas. El diámetro menor D _min (también conocido como diámetro de la raíz) es el diámetro del tornillo medido desde el borde interior de las roscas. El diámetro mayor puede ser ligeramente diferente del diámetro del vástago, que es el diámetro de la parte sin rosca del tornillo. Los diámetros a veces se dan aproximadamente en fracciones de pulgada (por ejemplo, el diámetro mayor de un tornillo n.° 6 es 0,1380 pulg.  , aproximadamente 9/64 pulg. = 0,140625 pulg . ) . 

El paso P es la distancia entre las crestas de la rosca. Para las roscas UTS, que son roscas de una sola entrada, es igual al avance , la distancia axial que el tornillo recorre durante una rotación de 360°. Las roscas UTS no suelen utilizar el parámetro de paso; en su lugar, se utiliza un parámetro conocido como hilos por pulgada (TPI), que es el recíproco del paso.

La relación entre la altura H y el paso P se encuentra utilizando la siguiente ecuación donde θ es la mitad del ángulo incluido de la rosca, en este caso 30°: ^{[ 1 ]}

$${\displaystyle {\begin{aligned}H&={\frac {P}{2\tan \theta }}={\frac {\sqrt {3}}{2}}\cdot P\\[.5em]&\approx 0.866025\cdot P\,.\end{aligned}}}$$

En una rosca externa (macho), por ejemplo, en un perno, el diámetro mayor D _maj y el diámetro menor D _min definen las dimensiones máximas de la rosca. Esto significa que la rosca externa debe terminar plana en D _maj , pero puede redondearse por debajo del diámetro menor D _min . Por el contrario, en una rosca interna (hembra), por ejemplo, en una tuerca, los diámetros mayor y menor son las dimensiones mínimas ; por lo tanto, el perfil de la rosca debe terminar plano en D _min , pero puede redondearse más allá de D _maj . Estas disposiciones tienen como objetivo evitar cualquier interferencia.

El diámetro menor D _min y el diámetro efectivo de paso D _p se derivan del diámetro mayor y del paso de la siguiente manera:

$${\displaystyle {\begin{aligned}D_{\mathrm {min} }&=D_{\mathrm {maj} }-2H\cdot {\frac {5}{8}}=D_{\mathrm {maj} }-{\frac {5{\sqrt {3}}}{8}}\cdot P\approx D_{\mathrm {maj} }-1.082532\cdot P\\D_{\mathrm {p} }&=D_{\mathrm {maj} }-2H\cdot {\frac {3}{8}}=D_{\mathrm {maj} }-{\frac {3{\sqrt {3}}}{8}}\cdot P\approx D_{\mathrm {maj} }-0.649519\cdot P.\end{aligned}}}$$

La designación estándar para una rosca UTS es un número que indica el diámetro nominal (mayor) de la rosca, seguido del paso medido en hilos por pulgada . Para diámetros menores de 1/4 de pulgada , el diámetro se indica mediante un número entero definido en la norma; para todos los demás diámetros, se proporciona la cifra en pulgadas .

Este par de números puede ir seguido opcionalmente de las letras UNC, UNF o UNEF (Unified) si la combinación de diámetro y paso pertenece a las series gruesa , fina o extrafina , y también puede ir seguido de una clase de tolerancia.

Ejemplo: #6-32 UNC 2B (diámetro mayor: 0,1380  pulgadas, paso: 32 tpi)

La siguiente fórmula se utiliza para calcular el diámetro mayor de un tornillo numerado mayor o igual a 0: Diámetro mayor = Número de tornillo × 0,013 pulg.  + 0,060  pulg. Por ejemplo, el diámetro mayor de un tornillo n.° 10 es 10 × 0,013  pulg. + 0,060  pulg. = 0,190  pulg. Para calcular el diámetro mayor de tornillos de tamaño "cero", cuente la cantidad de ceros adicionales y multiplique este número por 0,013  pulg. y réstelo de 0,060  pulg. Por ejemplo, el diámetro mayor de un tornillo n.° 0000 es 0,060  pulg. − (3 × 0,013  pulg.) = 0,060  pulg. − 0,039  pulg. = 0,021  pulg.

La serie numérica de tornillos para máquinas se ha extendido hacia abajo para incluir tornillos #00-90 (0,047  pulg = 0,060  pulg − 0,013  pulg) y #000-120 (0,034  pulg = 0,060  pulg − 2 × 0,013 pulg); ^{[ 3 ]} sin embargo, el estándar principal para tornillos más pequeños que #0 es el estándar ANSI/ASME B1.10 Roscas de tornillo miniatura unificadas. Este define una serie de tornillos métricos nombrados según sus diámetros mayores en milímetros, desde 0,30 UNM hasta 1,40 UNM. Los tamaños preferidos son 0,3, 0,4, 0,5, 0,6, 0,8, 1,0 y 1,2 mm, con tamaños adicionales definidos a medio camino entre. ^{[ 4 ]} El paso de rosca estándar es aproximadamente ⁠ 1 / 4 ⁠ del diámetro mayor. La forma de la rosca se modifica ligeramente para aumentar el diámetro menor y, por lo tanto, la resistencia de los tornillos y machos de roscar. El diámetro mayor aún se extiende hasta dentro de ⁠ 1 / 8 ⁠ H de la V afilada teórica , pero la profundidad total de la rosca se reduce un 4% de ⁠ 5 / 8 ⁠ H = ⁠ 5 / 8 ⁠ cos(30°) P ≈ 0,541 P a 0,52 P . ^{[ 5 ]} Esto aumenta la cantidad de la V afilada teórica que se corta en el diámetro menor en un 10% de 0,25 H a ⁠ 7 / 8 ⁠ − ⁠ 0,52 / cos 30° ⁠ ≈ 0,27456 H .      

La numeración de los tornillos para máquinas incluía antiguamente más números impares , llegando hasta el n.º 16 o más. Los esfuerzos de estandarización a finales del siglo XIX y principios del XX redujeron considerablemente la variedad de tamaños. Ahora, es menos común encontrar tornillos para máquinas de más del n.º 14 o de tamaños impares distintos del n.º 1, n.º 3 y n.º 5. Si bien aún se pueden encontrar tornillos n.º 14 y n.º 16, no son tan comunes como los tamaños del n.º 0 al n.º 12.

A veces se utilizan combinaciones de diámetro y paso "especiales" (UNS), por ejemplo, un diámetro mayor de 0,619 pulg. (15,7 mm) con 20 hilos por pulgada. Las roscas UNS rara vez se utilizan para pernos, sino más bien para tuercas, agujeros roscados y diámetros exteriores roscados. Por ello, los machos de roscar UNS están fácilmente disponibles. ^{[ 6 ] [ 7 ]} La mayoría de las roscas UNS tienen más hilos por pulgada que el estándar UNF o UNEF correspondiente; por lo tanto, suelen ser las roscas más resistentes disponibles. ^{[ 8 ]} Debido a esto, se utilizan a menudo en aplicaciones donde se presentan altas tensiones , como husillos de máquinas herramienta ^{[ 9 ]} o husillos de automoción . ^{[ 10 ]}  

Un sistema de medición de roscas comprende una lista de características de la rosca que deben inspeccionarse para establecer la aceptabilidad dimensional de las roscas en un producto roscado y el/los calibre(s) que se deben utilizar al inspeccionar dichas características.

Actualmente, esta medición de UTS está controlada por:

Calibres y sistemas de medición ASME/ANSI B1.2-1983 para roscas de tornillo unificadas en pulgadas

Esta norma proporciona las especificaciones y dimensiones esenciales para los calibres utilizados en roscas de tornillo en pulgadas unificadas UN [unificadas] y UNR [solo roscas externas], y abarca las especificaciones y dimensiones de los calibres de rosca y equipos de medición enumerados en las Tablas 1 y 2. También se describe el propósito y uso básicos de cada calibre.

Sistemas de medición de roscas según la norma ASME/ANSI B1.3-2007 para determinar la aceptabilidad de roscas en pulgadas y métricas (UN, UNR, UNJ, M y MJ).

1. Esta norma presenta sistemas de medición de roscas adecuados para determinar la aceptabilidad de roscas Unificadas (UN), UNR (solo roscas externas), UNJ (roscas internas y externas), M y MJ en productos con roscas externas e internas. Establece los criterios de aceptación de roscas cuando se utiliza un sistema de medición.
2. Un sistema de medición de roscas comprende una lista de características de la rosca que deben inspeccionarse para establecer la aceptabilidad dimensional de las roscas en un producto roscado y el/los calibre(s) que se deben utilizar al inspeccionar dichas características.
3. Uso por el Gobierno Federal. Cuando esta Norma sea aprobada por el Departamento de Defensa y las agencias federales y se incorpore a la Norma Federal H28/20 [FED-STD-H28/20], Normas de Roscas para Servicios Federales, Sección 20, el uso de esta Norma por parte del gobierno federal estará sujeto a todos los requisitos y limitaciones de la Norma Federal H28/20 [FED-STD-H28/20].

Estas normas proporcionan las especificaciones y dimensiones esenciales para los calibres utilizados en roscas unificadas en pulgadas (formas de rosca UN, UNR y UNJ) en productos con rosca externa e interna. También abarcan las especificaciones y dimensiones de los calibres de rosca y los equipos de medición. Se describe además la función y el uso básicos de cada calibre. Asimismo, se establecen los criterios de aceptación de roscas cuando se utiliza un sistema de medición.

Existe un sistema de clasificación para facilitar la fabricación y la intercambiabilidad de los elementos roscados. La mayoría (aunque no todos) de los elementos roscados se fabrican según una norma de clasificación denominada Serie Estándar Unificada de Roscas. Este sistema es similar al de los ajustes utilizados en las piezas ensambladas.

• Las roscas de clase 1 son de ajuste holgado y están diseñadas para facilitar el montaje o su uso en entornos sucios.
• Las roscas de clase 2 son de ajuste libre y las más comunes. Están diseñadas para maximizar la resistencia, teniendo en cuenta las capacidades y prácticas típicas de los talleres de mecanizado.
• Las roscas de clase 3 son de ajuste medio, todavía bastante comunes y se utilizan para tolerancias más ajustadas en trabajos de alta calidad.
• Las roscas de clase 4 designaban anteriormente un ajuste preciso para tolerancias aún más ajustadas, pero esta clasificación ahora está obsoleta.
• El ajuste de clase 5 es una rosca de interferencia , que requiere el uso de una llave para girarla. Este tipo de rosca se puede encontrar en aplicaciones como los grilletes de resorte en un automóvil.

El sufijo de letra "A" o "B" indica si los hilos son externos o internos, respectivamente. Las clases 1A, 2A y 3A se aplican a los hilos externos; las clases 1B, 2B y 3B se aplican a los hilos internos. ^{[ 11 ]}

La clase de rosca se refiere al rango aceptable de diámetro de paso para una rosca determinada. El diámetro de paso se indica como Dp en la figura anterior. Existen varios métodos para medir el diámetro de paso. El método más común en la producción es mediante un calibre pasa/no pasa .

• Roscas unificadas en pulgadas ASME/ANSI B1.1 – 2024 (formas de rosca UN, UNR y UNJ)
• ASME/ANSI B1.7 – 2006 (Reafirmada en 2021) Roscas de tornillo: Nomenclatura, definiciones y símbolos de letras
• Roscas miniatura unificadas ASME/ANSI B1.10M – 2004
• Roscas métricas ASME/ANSI B1.21M – 1997 (Reafirmada en 2023): Perfil MJ
• ASME/ANSI B1.30 – 2024 Roscas de tornillo: Práctica estándar para el cálculo y redondeo de dimensiones
• ISO 68-1:2023 – Roscas de uso general — Perfiles básicos y de diseño — Parte 1: Roscas métricas
• ISO 68-2:2023 – Roscas de uso general — Perfiles básicos y de diseño — Parte 2: Roscas en pulgadas
• FED-STD-H28/2B – Roscas unificadas en pulgadas — Formas de rosca UN y UNR
• FED-STD-H28/4B – Roscas de raíz de radio controlado, símbolo UNJ
• SAE AS8879D – Roscas de tornillo — Perfil UNJ, pulgadas, radio de raíz controlado con diámetro menor aumentado
• MIL-S-8879C – Roscas de tornillo, raíz de radio controlado con diámetro menor aumentado, especificaciones generales para

• Roscas unificadas con tolerancias
• Diámetros unificados de rosca gruesa/fina y tamaños de brocas para roscar (unidades estadounidenses)
• Tamaños unificados de brocas para roscado grueso/fino (unidades estadounidenses)
• Tablas de conversión de tamaños de fijación imperiales a métricas
• Normas internacionales para roscas
• Tabla de conversión Whitworth/BSF/AF y métrica. Archivada el 2 de mayo de 2010 en Wayback Machine.
• Tamaños de las mordazas de las llaves. Información adicional y tabla de tamaños de las mordazas de las llaves.
• Serie de roscas unificadas
• Roscas unificadas en pulgadas según la norma ASME B1.1-2003 (formas de rosca UN y UNR)
• Roscas de tornillo unificadas en pulgadas