1. ¿Cuáles son los factores que afectan la resistencia a la fatiga de los pernos?
Hay varios factores que pueden afectar la resistencia a la fatiga de una conexión, incluido el material utilizado, el diseño estructural, el tamaño, el proceso de fabricación, el ajuste rosca a rosca, la distribución de carga, el rango de tensión, las propiedades mecánicas y más.
Lectura relacionada: Cuadro de propiedades mecánicas de los metales.
Para empezar, la selección de materiales y procesos de tratamiento térmico adecuados es crucial para garantizar que la resistencia y el índice de plasticidad de los materiales cumplan con los estándares requeridos.
Es fundamental asegurarse de que no existan defectos en los materiales que puedan afectar a su resistencia, especialmente defectos intergranulares de bajo aumento.
Sin embargo, la resistencia de la conexión roscada depende principalmente de la resistencia del tornillo.
1. Mejorar la distribución desigual de la carga entre subprocesos
Durante la instalación, el perno se estirará, mientras que la tuerca se comprimirá. La diferencia en la extensión y contracción del paso de la rosca es mayor en el primer círculo más cercano a la superficie de apoyo, lo que genera tensión y estrés máximos. Los círculos restantes (paso P) disminuyen en consecuencia.
Estos son los aumentos de resistencia recomendados para varios tipos de frutos secos:
a) Tuerca de suspensión: la resistencia aumenta en un 40% (la tuerca también está bajo tensión, lo que ayuda a distribuir la carga uniformemente a medida que el tornillo se deforma)
b) Tuerca anular: la resistencia aumenta en un 30 % (la tuerca se tensa cerca de la superficie de apoyo)
c) Tuerca inclinada interna: la resistencia aumenta en un 20% (el anillo de contacto disminuye, la carga aumenta)
d) Tuerca de conexión (combinación de b y c): la resistencia aumenta en un 40%
e) Uso de diferentes materiales para tornillos y tuercas – la resistencia aumenta en un 40%.
2. Reducir el rango de tensión del tornillo
1) Reducir la rigidez del tornillo
Medidas: barra central vertical, barra esbelta, conexión por tornillo flexible, etc.
2) Aumentar la rigidez de la brida.
Medidas: Utilice junta de alta dureza o atorníllela directamente en el hierro fundido.
3. Reducir la concentración del estrés
Pueden producirse concentraciones de tensión en la raíz de la rosca, en el extremo del tornillo y en la transición entre la cabeza del tornillo y el vástago del tornillo.
Para aliviar estas concentraciones de estrés, puedes considerar las siguientes opciones:
- Aumente el filete en el punto de transición.
- Utilice un corte ↑ de 20~40 % para el extremo del hilo.
- Utilice un tanque de descarga.
- Retire la carga de la estructura de transición.
4. Adoptar un proceso de fabricación razonable
- Los tornillos se fabrican mediante el método de extrusión (laminación), lo que da como resultado un aumento de la resistencia a la fatiga del 30-40%.
- La aplicación de técnicas como el endurecimiento por trabajo en frío, tratamientos superficiales como cianuración, nitruración, granallado o la introducción de tensiones residuales (compresión) pueden mejorar la resistencia a la fatiga.
- Para obtener resultados aún mejores, el laminado del hilo después del tratamiento térmico puede aumentar la resistencia entre un 70 y un 100 %. Este método ofrece beneficios de alta calidad, alto rendimiento y bajo consumo.
- Es fundamental controlar tanto el error de tono único como el error de tono acumulativo.
2. ¿Cuáles son las razones de la reducida resistencia a la fatiga de los pernos?
Las conexiones atornilladas se utilizan ampliamente en la fabricación mecánica y la instalación de equipos. Sin embargo, debido a la dificultad para detectar y prevenir daños por fatiga, a lo largo de los años se han producido frecuentes incidentes de accidentes graves causados por fracturas de pernos por fatiga. Por ello, cada vez se presta más atención al estudio del fallo de los tornillos.
La reducción de la resistencia a la fatiga de los tornillos se puede atribuir a las siguientes razones:
(1) Al girar la rosca, se elimina el metal con buena calidad externa de la pieza en bruto, mientras que el metal restante con mala calidad se utiliza como vástago del tornillo. Esto provoca que el cristal metálico de alta calidad sea infrautilizado, lo que en última instancia reduce la resistencia del cable.
(2) Debido a la existencia de un pequeño filete de mecanizado y un gran gradiente de tensión en la raíz de la rosca, se produce una concentración de tensión.
(3) El valor de rugosidad de la superficie en la raíz de la rosca es mayor que el del chaflán de la rosca.
(4) Marcas de herramientas paralelas entre sí y perpendiculares al eje de la rosca, y se pueden encontrar microfisuras entre las marcas de la herramienta. Dado que la rosca del tornillo torneado está en su raíz, también existen estos factores que afectan la resistencia a la fatiga.
En presencia de cargas alternas, la fuente de fatiga se generará primero, acelerando así la falla por fatiga del perno.
3. ¿Por qué aumentar la longitud del perno puede aumentar su resistencia a la fatiga?
Solo para pernos de alta resistencia (pernos pretensados), se recomienda aumentar la longitud del perno, reducir la rigidez del perno, disminuir la fuerza de trabajo FSA compartida por el perno cuando transporta la carga, reducir la tensión alterna y, posteriormente, aumentar la resistencia a la fatiga.
4. ¿Cuál es la diferencia entre el voltaje de conexión de pernos de alta resistencia y pernos comunes?
En términos de fuerza de conexión, que es principalmente fuerza de tracción, no hay diferencia entre tornillos de alta resistencia y tornillos comunes.
Sin embargo, la tensión que experimentan los pernos de estructura de acero y los pernos de corte torsionales difiere de la de los pernos ordinarios. Esto se debe a que los pernos para estructuras de acero y los pernos de corte torsionales están sujetos no solo a la fuerza de tracción sino también a la fuerza de corte.
5. ¿Cuáles son los tipos de tornillos de alta resistencia? ¿Cuales son las ventajas y desventajas de cada uno?
Cuando los pernos de alta resistencia se someten a esfuerzos cortantes, se pueden clasificar en dos tipos: pernos de alta resistencia de tipo fricción y pernos de alta resistencia de tipo cojinete, dependiendo de su diseño y requisitos de tensión.
Las conexiones roscadas de alta resistencia de tipo fricción tienen buena integridad y rigidez, lo que resulta en una pequeña deformación, una tensión confiable y una resistencia a la fatiga.
Este tipo de conexión mantiene la fricción entre las superficies de contacto de las placas, lo que evita el deslizamiento relativo. Se utiliza principalmente para instalar y conectar estructuras que soporten cargas dinámicas, así como algunos componentes e instalaciones a gran altura.
Por otro lado, las conexiones de pernos de alta resistencia tipo cojinete tienen una mayor capacidad de carga de diseño que los pernos de tipo fricción, ya que su capacidad de carga continúa aumentando después de superar la fricción.
En consecuencia, se puede reducir el número de tornillos necesarios. Sin embargo, su integridad y rigidez son pobres, con grandes deformaciones, pobre desempeño dinámico y pequeñas reservas reales de resistencia. Sólo son adecuados para conexiones que permitan determinadas deformaciones por deslizamiento en estructuras sometidas a cargas estáticas o dinámicas indirectas.
Una de las desventajas de las uniones atornilladas de alta resistencia es que tienen requisitos técnicos especiales en cuanto a materiales, chavetas, fabricación e instalación, lo que las hace relativamente caras.
6. ¿Cuál es la resistencia del tornillo de alta resistencia?
El grado 8.8 se considera un perno de alta resistencia.
Actualmente se utilizan tornillos de alta resistencia 8.8S y 10.9S.
El número antes del punto decimal, 8 o 10, representa el valor mínimo aproximado de la resistencia a la tracción del tornillo después del tratamiento térmico, que es de 100 Mpa.
La resistencia a la tracción real del 8.8S está entre 830Mpa y 1030Mpa, mientras que la del 10.9S oscila entre 1040Mpa y 1240Mpa.
El número después del punto decimal, 0,8 o 0,9, representa el caudal del tornillo después del tratamiento. La tasa de fluencia es la relación entre la resistencia a la tracción de fluencia condicional del perno y su resistencia a la tracción mínima. La letra "S" representa el tornillo y la letra "H" representa la tuerca. Las nueces se dividen en dos grados: 8H y 10H.
