Cómo funcionan los pernos

Pernos son componentes fundamentales de la fabricación moderna, ampliamente utilizados en productos comerciales e industriales que van desde aviones hasta herramientas de jardinería. Aunque su función puede parecer sencilla, los pernos poseen propiedades mecánicas y características de diseño relativamente complejas para lograr conexiones confiables.

El rendimiento práctico de un perno depende no sólo de su ajuste dentro del orificio de montaje sino también de un conjunto de especificaciones específicas. El tipo de perno, las dimensiones físicas, la densidad de la rosca, la calidad del material y los requisitos de apriete son factores críticos para un montaje de perno eficaz. Asimismo, la combinación adecuada de tuercas y tornillos tiene un impacto significativo en el ensamblaje de los componentes y el rendimiento general del producto. Un perno excesivamente largo puede causar interferencias mecánicas, mientras que un perno con una resistencia a la tracción insuficiente puede provocar daños al equipo. Por lo tanto, comprender cómo los pernos realizan su función puede marcar la diferencia entre un proyecto exitoso y uno fallido.

Roscas de perno

Las roscas son una de las características clave de un perno. Funcionan según el principio básico de un plano inclinado enrollado helicoidalmente alrededor del vástago del sujetador. Esta hélice convierte la fuerza de rotación en movimiento lineal axial. Al girar el perno, la tuerca de acoplamiento se desplaza a lo largo de la superficie helicoidal inclinada. Cuanto mayor es el par de apriete aplicado, mayor es la fuerza axial que empuja la tuerca hacia adelante, lo que estira el vástago del perno y genera una fuerza de sujeción que comprime los componentes unidos. Las roscas con paso más fino pueden mejorar la capacidad de la unión. Parapernos de alta resistencia, el laminado del hilo realizado después del tratamiento térmico mejora aún más la resistencia del hilo y la resistencia a la fatiga.

Fuerzas mecánicas

Al apretar un perno se activan varios tipos de fuerzas mecánicas que mantienen segura la unión ensamblada. Las fuerzas principales generadas durante la instalación de los pernos se describen a continuación:

Fuerza de sujeción:Fuerza de compresión ejercida por el perno sobre la unión para mantener dos o más componentes firmemente juntos.

Precarga:Se produce cuando las roscas se enganchan y el vástago del perno se estira durante el apriete. La precarga mantiene la rosca acoplada y bloqueada en su posición.

Fuerza de corte:Carga transversal que actúa perpendicular al eje del perno. La fuerza cortante puede existir independientemente o superpuesta a la carga de tracción.

Fuerza de tracción:Carga aplicada a lo largo del eje longitudinal del perno, actuando sobre su longitud en lugar de sobre su sección transversal.

La fuerza de sujeción mantiene unidos los componentes y está determinada conjuntamente por la precarga y la rigidez de las piezas conectadas. La separación de las juntas y la falla de los pernos ocurren cuando la carga de tracción externa compensa completamente la precarga. Generalmente, una precarga más alta produce una fuerza de sujeción más alta y una unión atornillada más confiable. En condiciones ideales de montaje, las uniones correctamente apretadas deberían minimizar la carga de corte directa. Se pueden encontrar fórmulas de cálculo detalladas en referencias de diseño de sujetadores profesionales.

Fabricación para el rendimiento mecánico

La Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales (ASTM) establece numerosos estándares que rigen las dimensiones de los pernos, las materias primas y los procesos posteriores al tratamiento. Los pernos están disponibles en varias longitudes nominales y múltiples configuraciones de cabeza, incluidos estilos de cabeza hexagonal, ovalada, plana y de cabeza hueca. El rendimiento mecánico general de un perno se puede evaluar por su alargamiento en el momento de la fractura, mientras que el límite elástico define el umbral de tensión en el que se produce la deformación plástica. La resistencia a la tracción es siempre mayor que el límite elástico. En servicio, las cargas operativas sobre los pernos deben permanecer por debajo del límite elástico. Los pernos con una gran diferencia entre la resistencia a la tracción y el límite elástico se consideran dúctiles; sufren un alargamiento plástico considerable antes de la fractura final.

Hay muchos tipos de pernos disponibles, comoPernos en T.Se pueden fabricar con una amplia gama de materiales, entre los cuales el acero es la opción predominante para la mayoría de las aplicaciones de alta resistencia. Los pernos de acero se clasifican según su resistencia a la tracción y su límite elástico expresados ​​en Newtons por milímetro cuadrado (N/mm²). Por ejemplo, un perno de acero de clase 5.8 presenta una resistencia a la tracción nominal de aproximadamente 500 N/mm² y un límite elástico nominal de aproximadamente 400 N/mm². Otros materiales de pernos comunes, incluido el acero inoxidable resistente a la corrosión, el acero aleado y los materiales compuestos, siguen el mismo sistema de clasificación.