Un perno es un elemento de fijación roscado helicoidalmente externo que se puede apretar o aflojar mediante una fuerza de torsión ( par de torsión ) en una tuerca correspondiente . El perno tiene una rosca macho externa que requiere una tuerca correspondiente con una rosca hembra preformada. [1]
En un principio, las tuercas y los tornillos se fabricaban a mano, de modo que cada tuerca fuera compatible con su propio tornillo, pero no eran intercambiables. Esto hacía que fuera prácticamente imposible sustituir los fijadores perdidos o dañados, ya que todos eran diferentes. En 1841, Joseph Whitworth propuso que se estableciera un estándar, pero no se hizo de inmediato.
En 1851 se iba a celebrar en Hyde Park, Londres, Inglaterra, la Gran Exposición de las Obras Industriales de Todas las Naciones , y se decidió construir el Palacio de Cristal como parte de ella; esto debía hacerse en 190 días y a un coste razonable. La investigación de los restos del edificio destruido en 2024 reveló una importante innovación que lo hizo posible. La empresa constructora responsable, Fox Henderson, decidió utilizar tuercas y tornillos, pero de tamaños estandarizados, un método revolucionario en aquel momento. Esto permitió que el edificio se terminara a tiempo. El uso de tuercas y tornillos intercambiables tuvo tanto éxito que se adoptó ampliamente el estándar Whitworth. El estándar británico no se adoptó formalmente hasta 1905. [2]
La distinción entre un perno y un tornillo está mal definida. La distinción académica, según el Machinery's Handbook [3] , se basa en su propósito previsto: los pernos están diseñados para pasar a través de un orificio sin rosca en un componente y sujetarse con la ayuda de una tuerca . Los tornillos, en cambio, se utilizan en componentes que contienen su propia rosca o para cortar su propia rosca interna en ellos. Esta definición permite ambigüedad en la descripción de un elemento de fijación según la aplicación para la que se utiliza realmente, y los términos tornillo y perno son ampliamente utilizados por diferentes personas o en diferentes países para aplicarlos al mismo elemento de fijación o a uno diferente.
Los pernos se utilizan a menudo para realizar una unión atornillada . Se trata de una combinación de la tuerca que aplica una fuerza de sujeción axial y también el vástago del perno que actúa como una clavija , fijando la unión contra fuerzas de corte laterales . Por este motivo, muchos pernos tienen un vástago liso sin rosca (llamadolongitud de agarre ), ya que esto hace que la clavija sea mejor y más fuerte. La presencia del vástago sin rosca se ha mencionado a menudo como una característica de los pernos frente a los tornillos, [4] [ se necesita verificación ] pero esto es incidental a su uso, en lugar de definirlo. [ cita requerida ]
Cuando un sujetador forma su propia rosca en el componente que se está sujetando, se denomina tornillo. [3] Esto es más obvio cuando la rosca es cónica (es decir, tornillos para madera tradicionales ), lo que impide el uso de una tuerca, [3] o cuando se utiliza un tornillo para chapa metálica u otro tornillo formador de roscas. Siempre se debe girar un tornillo para ensamblar la junta. Muchos pernos se mantienen fijos en su lugar durante el ensamblaje, ya sea mediante una herramienta o mediante un diseño de perno no giratorio, como un perno de carruaje , y solo se gira la tuerca correspondiente. [3]
Los pernos utilizan una amplia variedad de diseños de cabeza, al igual que los tornillos. Estos están diseñados para acoplarse con la herramienta que se utiliza para apretarlos. Algunas cabezas de pernos, en cambio, bloquean el perno en su lugar, de modo que no se mueva y solo se necesite una herramienta para el extremo de la tuerca.
Las cabezas de pernos más comunes incluyen las de cabeza hexagonal, de arandela hexagonal ranurada y de tapa hueca.
Los primeros tornillos tenían cabezas cuadradas, formadas mediante forja . Todavía se encuentran, aunque hoy en día es mucho más común la cabeza hexagonal. Estas se sujetan y giran mediante una llave o un casquillo , de los que hay muchas formas. La mayoría se sujetan desde el lateral, algunos desde en línea con el tornillo. Otros tornillos tienen cabezas en T y cabezas ranuradas. [5]
Muchos tornillos utilizan una cabeza de destornillador en lugar de una llave externa. Los destornilladores se aplican en línea con el sujetador, en lugar de hacerlo desde un lado. Son más pequeños que la mayoría de las cabezas de llave y, por lo general, no pueden aplicar la misma cantidad de torque . A veces se asume que las cabezas de destornillador implican un tornillo y las llaves implican un perno, aunque esto es incorrecto. Los tirafondos , por ejemplo, son tornillos grandes de cabeza cuadrada con una rosca cónica para madera , que se utilizan para unir herrajes a la madera. Los diseños de cabeza que se superponen a ambos pernos incluyen las cabezas Allen , Torx , hexagonales y estriadas. Estos diseños modernos abarcan una amplia gama de tamaños y pueden soportar un torque considerable. Los sujetadores roscados con cabezas estilo destornillador a menudo se denominan tornillos para máquina, ya sea que se utilicen con una tuerca o no. [ cita requerida ]
Dependiendo de la resistencia requerida y las circunstancias, se pueden utilizar varios tipos de materiales para los sujetadores. [7]
En general, el acero es el material más utilizado para todos los sujetadores: 90% o más. [ cita requerida ]
El Manual de diseño de acero de la 13.ª edición del Instituto Americano de Construcción en Acero ( AISC ), sección 16.1, capítulo J-3, especifica los requisitos para las conexiones estructurales atornilladas. [8] Los pernos estructurales reemplazaron a los remaches debido a la disminución del costo y el aumento de la resistencia de los pernos estructurales en el siglo XX. Las conexiones se forman con dos tipos de juntas: conexiones de deslizamiento crítico y conexiones de apoyo. En las conexiones de deslizamiento crítico, el movimiento de las partes conectadas es una condición de servicio y los pernos se aprietan a una pretensión mínima requerida. El deslizamiento se evita mediante la fricción de la superficie de "contacto", que es el plano de corte para el perno y donde dos miembros hacen contacto. Debido a que la fricción es proporcional a la fuerza normal , las conexiones deben dimensionarse con pernos numerosos y lo suficientemente grandes para proporcionar la capacidad de carga requerida . Sin embargo, esto disminuye en gran medida la capacidad de corte de cada perno en la conexión. El segundo tipo (y más común) de conexión es una conexión de apoyo. En este tipo de conexión, los pernos soportan la carga a través del esfuerzo cortante y solo se aprietan hasta que quede "ajustado". Estas conexiones requieren menos pernos que las conexiones de deslizamiento crítico y, por lo tanto, son una alternativa menos costosa. Las conexiones de deslizamiento crítico son más comunes en placas de brida para empalmes de vigas y columnas y conexiones de momento crítico. Las conexiones de tipo de apoyo se utilizan en estructuras livianas y en conexiones de miembros donde el deslizamiento no es importante y la prevención de fallas estructurales es la restricción de diseño . Las conexiones de tipo de apoyo comunes incluyen: lengüetas de corte, soportes de vigas , placas de refuerzo en cerchas . [ cita requerida ]
tornillo estándar sae uss.