La función de un sujetador roscado, como un tornillo, es asegurar dos partes entre sí. Lo logra ejerciendo una fuerza de sujeción que comprime las dos partes juntas.
Cuando se instala, un tornillo actúa de manera muy similar a un resorte estirado. Este estiramiento del tornillo se produce debido a que las roscas alejan el eje de la cabeza del tornillo. Cuanto más se aprieta el tornillo, más se estira y mayor será la fuerza de sujeción resultante.
Deformación elástica y límite elástico.
Es posible que haya estudiado el comportamiento tensión-deformación de una viga como parte de una clase básica de ciencia de materiales o estática.
Al alejar dos extremos de una viga del centro, la viga se estira. Cuando liberas la fuerza, la viga vuelve a su longitud original, como un resorte. Esto se llama deformación elástica.
En equilibrio, la fuerza de sujeción es igual a la tensión de tracción aplicada al sujetador.
Por encima de cierta cantidad de fuerza, la viga se deforma permanentemente y no volverá a su longitud original. Este punto se llama límite elástico y normalmente se define como una deformación permanente del 0,2% de la longitud original.
Figura 2: la relación tensión-deformación para una viga es la misma que para un sujetador roscado.
El eje de un tornillo es una viga, y las roscas son el mecanismo mediante el cual se puede ejercer la fuerza de tracción sobre el eje (viga) una vez que el tornillo está asentado.
Al igual que una viga, el tornillo puede sufrir deformación elástica, deformación permanente o falla total, dependiendo de la cantidad de fuerza de tracción aplicada.
Especificaciones de fuerza de sujeción en sujetadores roscados
En términos generales, la fuerza de sujeción debe ser igual o mayor que la carga más alta esperada que la unión podría experimentar en el campo. Esto garantiza que el tornillo nunca se extienda más allá de su alargamiento instalado, lo que de otro modo podría causar deformación por fluencia o falla por fatiga.
Todos los sujetadores roscados vienen con una clasificación de fuerza que especifica la fuerza de sujeción máxima que deben soportar cuando se instalan, que siempre estará por debajo del límite elástico (límite elástico) para que conserve sus propiedades cuando se retiren y se vuelvan a apretar.
Sin embargo, cuando trabajamos con sujetadores roscados en un proceso de ensamble, se nos proporciona una especificación de torque, no una especificación de fuerza de sujeción. Veamos por qué…
Especificaciones de Torque
Para cualquier unión roscada determinada, existe una relación aproximada entre el torque aplicado y la fuerza de sujeción resultante. La razón por la que utilizamos el torque como indicador de la fuerza de sujeción es que la fuerza de sujeción es extremadamente difícil y poco práctica de medir directamente, en el contexto de una línea de producción.
La relación entre el torque y la fuerza de sujeción es única para cualquier unión determinada y depende de una serie de factores, como los materiales de construcción y las propiedades del sujetador (paso de rosca, diámetro, torque predominante, etc.). Incluso entre piezas idénticas, el mismo torque puede generar una cantidad diferente de fuerza de sujeción y es responsabilidad del ingeniero de diseño garantizar que la especificación de torque siempre dé como resultado una cantidad suficiente de fuerza de sujeción.
Consulte la siguiente tabla para ver un ejemplo de la relación entre el torque aplicado y la fuerza de sujeción generada:
En general, la alta precisión y repetibilidad del torque aplicado, lograda, por ejemplo, mediante el uso de un atornillador eléctrico de alta precisión de Kolver, puede limitar la variabilidad del torque de sujeción resultante.
Sin embargo, la variabilidad en el torque predominante causada por parches de Loctite, insertos helicoidales, tuercas de seguridad o simplemente por la fricción y la variabilidad entre lotes en los orificios roscados y los sujetadores, puede resultar en diferencias significativas en la fuerza de sujeción generada por la misma cantidad de torque. En estos casos, aplicar una cantidad constante y precisa de torque puede no ser suficiente.
En nuestro próximo artículo, mostraremos cómo se puede eliminar el efecto del torque predominante en la fuerza de sujeción generada utilizando la función de compensación del torque predominante de la serie K-DUCER de Kolver.