Los expertos: ¿cuál es la relación entre par de apriete, precarga y fricción?

Uno de los principales métodos para precargar un tornillo es aplicando el par de apriete en la cabeza. Este es un proceso muy habitual en la industria, aunque no es fácil de controlar con precisión.

Cuando el perno gira, el movimiento rotativo se transforma en un movimiento lineal. Esto hace que el perno se elongue, mientras las piezas se comprimen. No obstante, solo una pequeña cantidad del par torsor de entrada sirve para pretensar el perno. La mayoría se utiliza para solventar el efecto de resistencia a la fricción, que se opone a la rotación del dispositivo.

Cómo afecta la fricción al apriete y a la precarga

La fricción se origina entre dos puntos de contacto; bajo la cabeza del tornillo o tuerca que gira, y en la rosca.

Esto significa que la cantidad de apriete que se transforma en precarga es muy pequeña. Los ensayos de torsión/tensión ayudan a establecer los coeficientes de fricción que tienen lugar entre ambas interfaces en contacto. El desglose del apriete normalmente muestra que solo se utiliza el 10 % del par torsor de entrada. El resto es captado por la fricción.

Por ejemplo, el apriete bajo la cabeza representa el 50 % del par torsor de entrada y el 40 % corresponde al par de apriete de la rosca. De ahí que el proceso de apriete no sea muy eficaz. Este valor se podría mejorar mediante la aplicación de un lubricante de baja fricción. El uso de lubricantes reduce la fricción y disminuye la necesidad de apriete para lograr la misma precarga.

La dispersión y sus efectos

Los coeficientes de fricción son muy variables (normalmente +/-20 %), lo que nos lleva a hablar de la dispersión. Además, incluso aunque las herramientas de apriete sean muy precisas (+/-1 % en las llaves dinamométricas calibradas, por ejemplo), la desviación en el apriete aplicado varía de +/-10 a +/-50 %. Muchos operarios se sorprenden al ver cómo cambia el apriete aplicado dependiendo de la posición que adopten y de cómo sujeten la herramienta.

Es por todos sabido que la dispersión en la precarga alcanzada es +/-30 %. Esto significa que la precarga máxima posible puede ser de hasta dos veces la precarga mínima posible. La dispersión puede incluso ser mayor en pernos oxidados o de acero inoxidable, los cuales son propensos a agarrotarse.

Por suerte, la dispersión se puede reducir al aplicar lubricante o usar tornillos con un coeficiente específico de fricción, por ejemplo con un revestimiento superior o cera.

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