Un perno y una tuerca se utilizan juntos como fuerza de compresión para mantener los materiales conectados. Las roscas de las tuercas funcionan con las roscas de los tornillos para aplicar fuerza a ambos lados del material sujeto. Esta tensión se llama Precarga del perno, que es la compresión creada cuando se aprieta la tuerca contra el perno (o viceversa).
Cuando se coloca una carga (peso) sobre un perno, se limita a la cantidad de carga que el perno puede soportar antes de fallar. Sin embargo, cuando un tornillo se aprieta contra un material, permite que el tornillo distribuya la fuerza a través del material , por lo que el tornillo en sí solo soporta parte de la carga. Esto significa que un perno puede soportar una carga significativamente mayor cuando se aplica la cantidad adecuada de tensión. Esta tensión se conoce como precarga.
Carga: La cantidad de fuerza que actúa sobre un conjunto de sujetadores.
Precarga: La cantidad de tensión (compresión) necesaria para distribuir la fuerza de una carga a través de un conjunto de sujetadores.
Carga de trabajo: la carga colocada sobre el ensamblaje cuando está listo para funcionar.
Precarga del perno: la tensión creada cuando se aprieta la tuerca de un perno para mantener juntos dos materiales. Cuando la tensión alcanza la precarga ideal, la carga de trabajo (carga agregada después de crear el conjunto) colocada sobre un perno se distribuirá entre los materiales de instalación de modo que el perno no absorba toda la carga.
Los resultados de la precarga del tornillo:
- Si el conjunto está flojo (la precarga no se aplica correctamente), la carga externa solo aumentará la carga sobre el perno. Esto provocará que el tornillo se rompa.
- Si el conjunto está apretado (se ha aplicado la precarga correcta), la carga hará que el perno se deforme simplemente distribuyendo la carga a través del perno y la tuerca.
Cómo funciona la precarga de pernos
Los tornillos son herramientas increíbles, pero en realidad no son tan fuertes como pensamos. Cuando observa por primera vez un grupo de pernos con una carga de trabajo adjunta, parece como si el perno estuviera soportando toda la carga por sí solo. Este no es el caso.
Cuando un perno tiene precarga, puede distribuir la carga de trabajo a través de la placa cerca de la cabeza del perno. A esto lo llamaremos placa de respaldo. Esto significa que un grupo de pernos correctamente instalado puede soportar una carga mucho más pesada porque distribuye la fuerza fuera de sí mismo. Cuando se aplica una carga de trabajo a un conjunto de sujetadores que no ha sido precargado, toda la fuerza se aplica solo al perno, lo que hace que la falla sea mucho más probable.
¿Por qué es tan importante la precarga del perno?
Como se analizó anteriormente, sin la precarga del perno, toda la estructura dependería completamente del perno para soportar el peso. Cuando se aplica precarga, se requieren muchos menos pernos ya que el material (placa posterior) desempeñará un papel significativamente mayor en el soporte de la carga de trabajo. Sin embargo, esto no es una panacea; una carga de trabajo aún puede exceder la precarga del tornillo, lo que puede provocar fallas en el tornillo, fallas en la placa de soporte o ambas.
Formas sencillas de determinar la precarga del perno
- Utilice una llave dinamométrica para obtener el par ideal
- Aunque esta no es una medida real de la precarga del perno, si un perno se ajusta a su par ideal, se puede suponer que está cerca de la precarga correcta. La razón por la que este método no se acepta fácilmente es porque el torque se verá directamente afectado por el material sobre el que se gira. Un material más rugoso producirá más fricción, lo que aumentará el valor del par, reduciendo la tensión de precarga. Lo opuesto también es cierto. Puede lograr el par ideal sin lograr la precarga ideal (y viceversa). En última instancia, depende del material, por lo que este método no es exacto, pero es una suposición decente.
- Utilice arandelas indicadoras de precarga
- Las arandelas que indican precarga son arandelas diseñadas para girar hasta que se aplica una cierta cantidad de carga. De esta forma, cuando la lavadora ya no gira libremente, la precarga queda satisfecha. Esta es una forma mucho más sencilla de determinar si se ha logrado la compresión correcta.
- Utilice arandelas indicadoras de tensión delanteras
- Estas arandelas tienen pequeñas proyecciones que se aplanan cuando se alcanza la precarga. Una vez aplanado, se utiliza una galga de espesores para garantizar que se pueda acceder al eje del tornillo a no más del 50 % por debajo de la arandela (preferiblemente menos).
- Utilice arandelas indicadoras de tensión directa de silicona.
- Estas arandelas funcionan de manera similar a las arandelas indicadoras de tensión directa mencionadas anteriormente. Estas arandelas tienen pequeños huecos en los que se rellena pasta de silicona. A medida que la tuerca se aprieta contra ellos, la silicona comienza a filtrarse por los lados de la lavadora. Para identificar cuándo se logra la precarga ideal en este tipo de lavadora, se debe exponer en los laterales el número de huecos que tiene la lavadora menos uno. Por ejemplo: Si hay 6 huecos, al menos 5 deben quedar expuestos. 6 huecos – 1 hueco = 5 (se ha alcanzado la precarga)
- Apriete hasta que esté cómodo y luego apriete “X” grados.
- Un enfoque menos confiable es apretar la tuerca hasta que esté apretada y luego apretarla “X” grados. Por ejemplo, una recomendación de 90 grados se vería así: Gire la tuerca del conjunto hasta que quede ajustada contra el material. Conecte la llave a la tuerca y gírela un cuarto de vuelta (90 grados). Este método proporcionará una precarga casi precisa.
Entonces, ¿qué hace la precarga del perno?
En última instancia, la precarga del perno permite que un perno completamente apretado sobreviva en una aplicación donde un conjunto flojo o sin torsión fallaría demasiado rápido. Cuando se aprieta, la junta proporciona un canal para que la fuerza fluya a través de los propios materiales de montaje. Esto significa que el conjunto del perno en sí está solo bajo parte de la fuerza de carga de trabajo. Si bien no se puede mirar un perno y ver que se produce esta transferencia, la precarga permite que los pernos sobrevivan aplicaciones mucho más rigurosas.
