¿Cómo calcular la resistencia al corte del tornillo?

La resistencia al corte de un perno se refiere a su capacidad para soportar una fuerza de corte máxima sin romperse cuando se lo somete a una fuerza lateral externa. Podemos comprender el método de cálculo, las normas y algunos valores específicos de resistencia al corte de los pernos.

En primer lugar, la fórmula para calcular la resistencia al corte del perno es W=P/F=P/ab, donde P es la carga de rotura (N), F es el área de superposición (cm^2), a es la longitud de la superposición (cm) y b es el ancho de la superposición (cm). Esto implica que la resistencia al corte del perno está relacionada con su tamaño y forma. Midiendo estos parámetros y aplicando la fórmula anterior, se puede calcular la resistencia al corte del perno.

En segundo lugar, la resistencia al corte de un perno también está relacionada con su tipo de material. Por ejemplo, un perno de grado 4.8 tiene una resistencia al corte de aproximadamente la mitad de su resistencia a la tracción, mientras que un perno de grado 12.9 tiene una resistencia al corte de 900 MPa. Esto indica que los tornillos de diferentes clases tienen diferentes estándares de resistencia al corte.

Además, el valor de diseño de la resistencia al corte de los pernos está determinado por datos estadísticos de pruebas de conexión, lo que implica que la resistencia al corte real de los pernos en uso puede variar según las condiciones específicas y los resultados de las pruebas.

¿Qué métodos existen para calcular la resistencia al corte de los pernos?

Los métodos de cálculo para la resistencia al corte de pernos incluyen principalmente análisis de elementos finitos y ensayos experimentales.

El análisis de elementos finitos es un método que predice el comportamiento de materiales o estructuras bajo fuerza mediante el establecimiento de un modelo matemático. Puede evaluar el rendimiento de corte de los pernos sin destrucción real. Este método se puede utilizar en el diseño y optimización de tipos específicos de pernos, como pernos ciegos, simulando el comportamiento resistente de los pernos bajo fuerza cortante pura para estudiar su rendimiento de carga.

Las pruebas experimentales se evalúan cargando y observando el modo de falla del perno, que puede reflejar directamente la resistencia al corte real del perno.

Cada uno de los escenarios de aplicación de estos dos métodos tiene su propio énfasis. El análisis de elementos finitos es adecuado para la etapa inicial del diseño de pernos, ya que requiere evaluar el impacto de diferentes esquemas de diseño en el desempeño de corte de los pernos, así como predecir y optimizar el desempeño de los pernos durante el proceso de diseño.

Las pruebas experimentales se aplican con mayor frecuencia en la fase posterior del desarrollo del producto y se utilizan para verificar la precisión y confiabilidad del diseño, asegurando que el producto de tornillo pueda cumplir con los requisitos de rendimiento en aplicaciones reales.

Conexión atornillada bajo fuerza cortante de trabajo

Como se muestra en la Figura 1-8, esta conexión utiliza un perno para resistir la carga de trabajo F a través de un orificio perforado. Suponiendo que cada perno recibe una carga de trabajo igual, la fuerza cortante recibida por cada perno es F.

Por lo tanto, la condición de resistencia a la compresión entre el vástago del tornillo y la pared del orificio es:

Las condiciones para la resistencia al corte de los tornillos son:

En la fórmula:

F representa la fuerza cortante operativa ejercida sobre el tornillo, en Newtons;

re ₀ representa el diámetro de la cara de corte del tornillo, que puede tomarse como el diámetro del orificio del tornillo, en milímetros;

(τ) representa la resistencia al corte permitida de la rosca, en MPa, para acero

Dónde:

(S) _τ es el factor de seguridad según la Tabla 1-9;

l _min representa la altura mínima del vástago del tornillo comprimida por la pared del orificio, en milímetros.

Durante el proyecto, L _min debe ser mayor o igual a 1,25d; i representa el número de caras cortantes en el vástago del tornillo. En la Figura 1-1b, i=2, y en la Figura 1-8, i=1.

La tensión de corte requerida para los pernos normalmente se selecciona como 60 MPa.

Cómo ajustar la resistencia al corte de los pernos según las condiciones de operación

En aplicaciones prácticas, ajustar la resistencia al corte de los pernos para cumplir con requisitos específicos según las condiciones de uso se puede lograr de varias maneras:

Elija el tipo de tornillo adecuado: según el escenario de uso, elija tornillos de alta resistencia o tornillos comunes. Los pernos de alta resistencia son adecuados para conectar estructuras importantes como puentes y estructuras de acero donde es necesario garantizar la confiabilidad y seguridad de las conexiones. Los tornillos comunes son los más utilizados en equipos mecánicos y muebles en general.

Calcule el esfuerzo cortante del perno: Simplificado a partir de la fórmula F = A × (F/A), la fuerza cortante del perno es igual a la fuerza a la que está sometido el perno. Este paso le ayuda a comprender la fuerza cortante máxima que un perno puede soportar bajo una carga específica, lo que proporciona una base para la selección posterior.

Considere la deformabilidad del tornillo: para resolver el problema de la deformabilidad insuficiente de los conectores de corte de tornillo, se pueden utilizar conectores de corte con alta deformabilidad para mejorar su rendimiento. Este diseño puede mejorar la adaptabilidad y confiabilidad del perno sin sacrificar mucha resistencia.

Ajuste el factor de seguridad: Dependiendo de la resistencia del perno y las condiciones de uso previstas, el factor de seguridad debe ajustarse en consecuencia. Por ejemplo, el esfuerzo cortante permisible se puede calcular dividiendo el esfuerzo cortante por el factor de seguridad. Ajustar el factor de seguridad puede optimizar el rendimiento del tornillo y al mismo tiempo garantizar la seguridad.

Considere los factores ambientales: para los sujetadores de alta resistencia que están expuestos durante mucho tiempo a ambientes agresivos, como los utilizados en la energía eólica, se debe prestar especial atención a sus condiciones de mantenimiento y estabilidad. En este caso, es posible que se requieran materiales o recubrimientos especiales para aumentar la resistencia a la corrosión y la durabilidad del tornillo.

Siga los procedimientos técnicos: con referencia a los procedimientos técnicos para conexiones atornilladas de alta resistencia en estructuras de acero, medidas como aumentar la superficie de fricción del revestimiento y su coeficiente de resistencia al deslizamiento, aumentar las conexiones de tracción y las juntas de conexión de la placa final pueden mejorar eficazmente la Rendimiento y confiabilidad de conexiones atornilladas.