1. ¿Cuáles son los factores que afectan a la resistencia a la fatiga de los tornillos? Hay varios factores que pueden afectar a la resistencia a la fatiga de una conexión, como el material utilizado, el diseño estructural, el tamaño, el proceso de fabricación, el ajuste entre rosca y rosca, la distribución de la carga, la amplitud de la tensión, las propiedades mecánicas, etc. Lectura relacionada: Tabla de propiedades mecánicas de los metales Para empezar, la selección de los materiales adecuados [...]
Hay varios factores que pueden influir en la resistencia a la fatiga de una conexión, como el material utilizado, el diseño estructural, el tamaño, el proceso de fabricación, el ajuste de rosca a rosca, la distribución de la carga, la amplitud de la tensión, las propiedades mecánicas, etc.
Lectura relacionada: Tabla 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 las normas exigidas.
Es esencial asegurarse de que no hay defectos en los materiales que puedan afectar a su resistencia, en particular defectos intergranulares de bajo aumento.
No obstante, la fuerza del conexión por pernos depende principalmente de la fuerza del perno.
Durante la instalación, el perno experimentará un estiramiento, mientras que la tuerca se comprimirá. La diferencia de extensión y contracción del paso de rosca es máxima en el primer círculo cercano a la superficie de apoyo, lo que provoca una deformación y un esfuerzo máximos. Los círculos restantes (paso P) disminuyen en consecuencia.
A continuación se indican los aumentos de resistencia recomendados para distintos tipos de frutos secos:
a) Tuerca de suspensión - la resistencia aumenta en 40% (la tuerca también está bajo tensión, lo que ayuda a distribuir la carga uniformemente con la deformación del perno).
b) Tuerca anular - la resistencia aumenta en 30% (la tuerca se tensa cerca de la superficie de apoyo)
c) Tuerca inclinada interior - la resistencia aumenta en 20% (el anillo de contacto disminuye, la carga sube)
d) Tuerca de unión (combinación de b y c) - la resistencia aumenta en 40%
e) Utilización de diferentes materiales para el tornillo y la tuerca - la resistencia aumenta en 40%.
1) Reducir la rigidez de los pernos
Medidas: barra central vertical, barra esbelta, unión atornillada flexible, etc.
2) Aumentar la rigidez de la brida
Medidas: Utilizar junta de alta dureza o atornillarlo directamente sobre hierro fundido.
Pueden producirse concentraciones de tensiones en la raíz de la rosca, el extremo del perno y la transición entre la cabeza del perno y el vástago del perno.
Para aliviar estas concentraciones de estrés, puedes considerar las siguientes opciones:
Las uniones atornilladas se utilizan ampliamente en la fabricación mecánica y la instalación de equipos. Sin embargo, debido a la dificultad de detectar y prevenir los daños por fatiga, a lo largo de los años se han producido frecuentes incidentes de accidentes graves causados por fracturas por fatiga de pernos. Por ello, cada vez se presta más atención al estudio del fallo de los pernos.
La reducción de la resistencia a la fatiga de los tornillos puede atribuirse a las siguientes razones:
(1) Al girar la rosca, se retira el metal de buena calidad exterior de la pieza en bruto, mientras que el metal restante de mala calidad se utiliza como varilla del perno. Esto hace que se infrautilice el cristal metálico de alta calidad, lo que en última instancia reduce la resistencia de la rosca.
(2) Debido a la existencia de pequeños filete de mecanizado y gran gradiente de tensión en la raíz de la rosca, se produce una concentración de tensiones.
(3) El rugosidad superficial en la raíz del hilo es mayor que en el bisel del hilo.
(4) Marcas de herramienta paralelas entre sí y perpendiculares al eje de la rosca, y entre las marcas de herramienta pueden encontrarse microfisuras. Dado que la rosca del tornillo torneado se encuentra en su raíz, también existen estos factores que afectan a la resistencia a la fatiga.
En presencia de cargas alternas, la fuente de fatiga se generará primero, acelerando así la fallo por fatiga del perno.
Sólo para los 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 al soportar la carga, reducir la tensión alterna y, posteriormente, aumentar la resistencia a la fatiga.
En términos de fuerza de conexión, que es principalmente fuerza de tracción, no hay diferencia entre los pernos de alta resistencia y los pernos ordinarios.
Sin embargo, la tensión experimentada por los pernos de estructura de acero y los pernos de cizalladura por torsión difiere de la de los pernos ordinarios. Esto se debe a que los pernos para estructuras de acero y los pernos para esfuerzo de torsión están sometidos no solo a una fuerza de tracción, sino también a una fuerza de cizallamiento.
Cuando los pernos de alta resistencia están sometidos a esfuerzos cortantes, pueden clasificarse en dos tipos: pernos de alta resistencia de tipo fricción y pernos de alta resistencia de tipo cojinete, en función de su diseño y de los requisitos de esfuerzo.
Las uniones atornilladas de alta resistencia de tipo fricción tienen una buena integridad y rigidez, lo que se traduce en una pequeña deformación, una tensión fiable y 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 soportan cargas dinámicas, así como algunos componentes e instalaciones de gran altitud.
Por otro lado, las uniones atornilladas de alta resistencia de tipo cojinete tienen una mayor capacidad portante de diseño que los tornillos de tipo fricción, ya que su capacidad portante sigue aumentando después de superar la fricción.
En consecuencia, se puede reducir el número de tornillos necesarios. Sin embargo, su integridad y rigidez son deficientes, con grandes deformaciones, escaso comportamiento dinámico y pequeñas reservas de resistencia real. Sólo son adecuados para conexiones que permiten ciertas deformaciones por deslizamiento en estructuras sometidas a cargas estáticas o dinámicas indirectas.
Uno de los inconvenientes de las uniones atornilladas de alta resistencia es que tienen requisitos técnicos especiales en cuanto a materiales, llaves, fabricación e instalación, lo que las hace relativamente caras.
El grado 8.8 se considera un tornillo de alta resistencia.
Actualmente se utilizan tornillos de alta resistencia de 8,8S y 10,9S.
El número que precede al punto decimal, 8 ó 10, representa el valor aproximado de la resistencia mínima a la tracción del tornillo tras el tratamiento térmico, que es de 100Mpa.
La resistencia real a la tracción del 8.8S se sitúa 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 coeficiente de elasticidad del tornillo después del tratamiento. El límite elástico es la relación entre el límite elástico condicional del tornillo y su límite elástico mínimo. La letra "S" representa el tornillo y la letra "H", la tuerca. Las tuercas se dividen en dos grados: 8H y 10H.
Como fundador de MachineMFG, he dedicado más de una década de mi carrera a la industria metalúrgica. Mi amplia experiencia me ha permitido convertirme en un experto en los campos de la fabricación de chapa metálica, mecanizado, ingeniería mecánica y máquinas herramienta para metales. Estoy constantemente pensando, leyendo y escribiendo sobre estos temas, esforzándome constantemente por mantenerme a la vanguardia de mi campo. Deje que mis conocimientos y experiencia sean un activo para su empresa.
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