Una llave dinamométrica es una herramienta que se utiliza para aplicar un par específico a un elemento de sujeción , como una tuerca , un perno o un tirafondo . Por lo general, tiene la forma de una llave de tubo con una escala indicadora, o un mecanismo interno que indicará (por ejemplo, mediante un "clic", un movimiento específico del mango de la herramienta en relación con el cabezal de la herramienta) cuando se aplica un par de torsión específico (ajustable). Se ha alcanzado el valor durante la aplicación.
Se utiliza una llave dinamométrica cuando el apriete de tornillos y pernos es un parámetro crucial de montaje o ajuste. Permite al operador configurar el torque aplicado al sujetador para cumplir con las especificaciones para una aplicación particular. Esto permite una tensión y carga adecuadas de todas las piezas.
Los destornilladores dinamométricos y las llaves dinamométricas tienen propósitos similares y pueden tener mecanismos similares.
La primera patente para una llave dinamométrica fue presentada por John H. Sharp de Chicago en 1931. Esta llave se conocía como llave medidora de torsión y hoy se clasificaría como llave dinamométrica indicadora. [1]
En 1935, Conrad Bahr y George Pfefferle patentaron una llave dinamométrica de trinquete ajustable. La herramienta presentaba retroalimentación audible y restricción del movimiento de retroceso cuando se alcanzaba el torque deseado. [2] Bahr, que trabajaba para el Departamento de Agua de la ciudad de Nueva York, se sintió frustrado por el apriete inconsistente de los pernos de brida que encontró mientras realizaba su trabajo. Afirmó haber inventado la primera herramienta limitadora de par en 1918 para aliviar estos problemas. [3] [ se necesita una mejor fuente ] El socio de Bahr, Pfefferle, era ingeniero de SR Dresser Manufacturing Co y poseía varias patentes.
La forma más básica de llave dinamométrica consta de dos vigas. La primera es una palanca que se utiliza para aplicar el torque al sujetador que se está apretando y también sirve como mango de la herramienta. Cuando se aplica fuerza al mango, este se desviará de manera predecible y proporcional a dicha fuerza de acuerdo con la ley de Hooke . La segunda viga sólo está fijada por un extremo a la cabeza de la llave y libre por el otro, y sirve como viga indicadora. Ambos haces corren paralelos entre sí cuando la herramienta está en reposo, con el haz indicador normalmente en la parte superior. El extremo libre del haz indicador puede viajar libremente sobre una escala calibrada unida a la palanca o manija, marcada en unidades de torque. Cuando se utiliza la llave para aplicar torsión, la palanca se dobla y el haz indicador permanece recto. Por tanto, el extremo del haz indicador indica la magnitud del par que se está aplicando actualmente. [4] Este tipo de llave es simple, intrínsecamente precisa y económica.
La llave dinamométrica tipo viga fue desarrollada entre finales de la década de 1920 y principios de la de 1930 por Walter Percy Chrysler para Chrysler Corporation y una empresa conocida como Micromatic Hone. Paul Allen Sturtevant, representante de ventas de Cedar Rapids Engineering Company en ese momento, obtuvo la licencia de Chrysler para fabricar su invento. Sturtevant patentó la llave dinamométrica en 1938 y se convirtió en la primera persona en vender llaves dinamométricas.
Una variación más sofisticada de la llave dinamométrica tipo viga tiene un indicador de cuadrante en su cuerpo que se puede configurar para dar una indicación visual o eléctrica cuando se alcanza un par preestablecido. [5] [6]
La llave dinamométrica de viga deflectora de doble señal fue patentada por la empresa australiana Warren and Brown en 1948. [7] Emplea el principio de aplicar torsión a una viga deflectora en lugar de a un resorte helicoidal. Se afirma que esto ayuda a prolongar la precisión de la llave a lo largo de su vida útil, con un mayor margen de seguridad en carga máxima y proporciona lecturas más consistentes y precisas en todo el rango de cada llave. El operador puede escuchar el clic de la señal y ver (y sentir) un indicador físico cuando se alcanza el torque deseado. [8]
La llave funciona de la misma manera que una llave dinamométrica para vigas normal. Hay dos vigas, ambas conectadas al extremo de la cabeza, pero solo una a través de la cual se aplica el torque. La viga que soporta la carga es recta y va desde la cabeza hasta el mango, y se desvía cuando se aplica torsión. La otra viga (viga indicadora) corre directamente encima de la viga deflectora durante aproximadamente la mitad de su longitud y luego se dobla hacia un lado formando un ángulo con respecto a la viga deflectora. El haz indicador conserva su orientación y forma durante el funcionamiento. Debido a esto, existe un desplazamiento relativo entre las dos vigas. La llave dinamométrica para viga deflectora se diferencia de la llave dinamométrica para viga ordinaria en la forma en que utiliza este desplazamiento relativo. Adjunta a la viga deflectora hay una escala y sobre ella se coloca una cuña que se puede deslizar a lo largo de la escala paralela a la viga flexible. Esta cuña se utiliza para establecer el par deseado. Directamente frente a esta cuña está el lado del haz indicador en ángulo. De este lado sobresale un pasador, que actúa como gatillo para otro pasador, este último pasador está cargado por resorte y se dispara desde el extremo del haz indicador una vez que el pasador del gatillo hace contacto con la cuña ajustable. Este disparo produce un fuerte clic y proporciona una indicación visual y táctil de que se ha alcanzado el par deseado. El pasador indicador se puede restablecer simplemente presionándolo hacia el haz indicador. [8] [9]
Una llave dinamométrica tipo zapata consta de un mecanismo de rodillo y leva (o similar). La leva está unida al cabezal impulsor, el rodillo empuja contra la leva fijándola en su lugar con una fuerza específica proporcionada por un resorte (que en muchos casos es ajustable). Si se aplica un par que sea capaz de anular la fuerza de sujeción del rodillo y el resorte, la llave se deslizará y no se aplicará más par al perno. Una llave dinamométrica tipo zapatilla no apretará demasiado el sujetador si continúa aplicando torsión más allá de un límite predeterminado. [10]
Un método más sofisticado para preestablecer el par es con un mecanismo de embrague calibrado . Una forma común utiliza un retén de bola y un resorte , con el resorte precargado mediante una rosca de tornillo ajustable , calibrada en unidades de torsión. El retén de la bola transmite fuerza hasta que se alcanza el par preestablecido, momento en el cual se supera la fuerza ejercida por el resorte y la bola sale con un "clic" de su casquillo. Este diseño produce una mayor precisión además de brindar retroalimentación táctil y audible. La llave no comenzará a deslizarse una vez que se alcance el torque deseado, solo hará clic y se doblará ligeramente en la cabeza; el operador puede continuar aplicando torque a la llave sin ninguna acción o advertencia adicional por parte de la llave. [11] [12]
Existen varias variaciones de este diseño para diferentes aplicaciones y diferentes rangos de torque. En algunos taladros se utiliza una modificación de este diseño para evitar rayar las cabezas de los tornillos al apretarlos. El taladro comenzará a deslizarse una vez que se alcance el par deseado.
Estas son llaves dinamométricas especializadas que utilizan los plomeros para apretar las bandas de sujeción en los acoplamientos de tuberías de suelo sin cubo. Por lo general, son llaves con mango en T con una combinación unidireccional de trinquete y embrague. Están preestablecidos a un par fijo diseñado para asegurar el acoplamiento adecuadamente pero insuficiente para dañarlo. [13]
Con las llaves dinamométricas electrónicas (indicadoras), la medición se realiza mediante un medidor de tensión acoplado a la barra de torsión. La señal generada por el transductor se convierte a la unidad de torsión requerida (por ejemplo, N·m o lb f ·ft) y se muestra en la pantalla digital. Se pueden almacenar varias articulaciones diferentes (datos de medición o valores límite). Estos valores límite programados se muestran permanentemente durante el proceso de atornillado mediante LED o pantalla. Al mismo tiempo, esta generación de llaves dinamométricas puede almacenar todas las medidas realizadas en una memoria de lecturas interna. La memoria de esta lectura puede transferirse fácilmente a un PC a través de la interfaz (RS232) o imprimirse. Una aplicación popular de este tipo de llave dinamométrica es para la documentación durante el proceso o con fines de control de calidad. El nivel de precisión típico sería de ±0,5% a 4%.
Las llaves dinamométricas de cabeza intercambiable están diseñadas para conectar varios tipos diferentes de cabezas de llave, reduciendo así la cantidad de llaves dinamométricas necesarias. Estas llaves son ideales para aplicaciones que requieren múltiples herramientas de sujeción. Por lo general, tienen una interfaz de montaje estándar que permite un cambio rápido de un cabezal de llave a otro y, al mismo tiempo, garantiza que el torque aplicado siga siendo preciso. Los tamaños de interfaz comunes incluyen 9×12 mm y 12×14 mm, y los cabezales intercambiables incluyen extremo abierto, extremo de anillo, ajustable, trinquete, etc.
La medición del par se realiza de la misma manera que con una llave dinamométrica electrónica, pero también se mide el ángulo de apriete desde el punto o umbral de ajuste. El ángulo se mide mediante un sensor de ángulo o un giroscopio electrónico. La medición de ángulos permite reconocer las uniones ya apretadas. La memoria de lecturas incorporada permite evaluar estadísticamente las mediciones. Las curvas de apriete se pueden analizar utilizando el software a través del sistema de curvas de apriete integrado (gráfico de fuerza/trayectoria). Este tipo de llave dinamométrica también se puede utilizar para determinar el par de arranque, el par prevaleciente y el par final de un trabajo de apriete. Gracias a un proceso de medición especial, también es posible visualizar el límite elástico (apriete controlado por rendimiento). Este diseño de llave dinamométrica es muy popular entre los fabricantes de automóviles para documentar procesos de apriete que requieren control tanto del par como del ángulo porque, en estos casos, se debe aplicar un ángulo definido al sujetador además del par prescrito (por ejemplo, 50 N⋅m o 37 lbf⋅ft + 90° – aquí los 50 N⋅m o 37 lbf⋅ft significan el punto/umbral de ajuste y +90° indica que se debe aplicar un ángulo adicional después del umbral).
En 1995, Saltus-Werk Max Forst GmbH solicitó una patente internacional para la primera llave dinamométrica electrónica con medición de ángulos que no necesitaba brazo de referencia.
La medición del par se realiza de la misma forma que con una llave dinamométrica de tipo clic pero, al mismo tiempo, el par se mide como lectura digital (clic y par final) como con una llave dinamométrica electrónica. Se trata, por tanto, de una combinación de mediciones electrónicas y mecánicas. Todas las mediciones se transfieren y documentan mediante transmisión de datos inalámbrica. Los usuarios sabrán que han logrado el ajuste de torsión deseado cuando la llave emita un pitido.
La Organización Internacional de Normalización mantiene la norma ISO 6789. Esta norma cubre la construcción y calibración de herramientas dinamométricas manuales. Definen dos tipos de herramientas dinamométricas que abarcan doce clases, que se detallan en la siguiente tabla. También se proporciona el porcentaje de desviación permitida del par deseado. [14]
La norma ISO también establece que incluso cuando se sobrecarga en un 25% de la clasificación máxima, la herramienta debe seguir siendo utilizable de manera confiable después de ser recalibrada. La recalibración de las herramientas utilizadas dentro de sus límites especificados debe realizarse después de 5000 ciclos de torsión o 12 meses, lo que ocurra primero. En los casos en que la herramienta se utiliza en una organización que tiene sus propios procedimientos de control de calidad, el programa de calibración se puede organizar de acuerdo con los estándares de la empresa. [14]
Las herramientas deben estar marcadas con su rango de torsión y la unidad de torsión, así como la dirección de operación para herramientas unidireccionales y la marca del fabricante. Si se proporciona un certificado de calibración, la herramienta debe estar marcada con un número de serie que coincida con el certificado o un laboratorio de calibración debe darle a la herramienta un número de referencia correspondiente al certificado de calibración de la herramienta. [14]
La Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos mantiene el estándar ASME B107.300. Esta norma tiene la misma designación de tipo que la norma ISO con la adición de la herramienta de torsión (limitante) tipo 3. Este tipo liberará la unidad una vez que se alcance el par deseado para que no se pueda aplicar más par. Sin embargo, esta norma utiliza diferentes designaciones de clase dentro de cada tipo, así como variantes adicionales de estilo y diseño dentro de cada clase. La norma también separa las herramientas manuales y electrónicas en diferentes secciones y designaciones. Las normas ASME e ISO no pueden considerarse compatibles. La siguiente tabla proporciona algunos de los tipos y tolerancias especificadas por la norma para herramientas de torsión manuales. [15] [16]
Las herramientas deben estar marcadas con el número de modelo de la herramienta, la unidad de torsión y la marca del fabricante. Para herramientas unidireccionales también se debe marcar la palabra “TORQUES” o “TORQUE” y el sentido de funcionamiento. [15]
Las llaves dinamométricas de tipo clic son precisas cuando están calibradas correctamente; sin embargo, el mecanismo más complejo puede provocar una pérdida de calibración antes que las de tipo haz, donde hay poco o ningún mal funcionamiento (sin embargo, la delgada varilla indicadora puede doblarse accidentalmente fuera de su realidad). Las llaves dinamométricas de tipo viga son imposibles de usar en situaciones en las que la escala no se puede leer directamente, y estas situaciones son comunes en aplicaciones automotrices . La escala de una llave tipo viga es propensa a errores de paralaje , como resultado de la gran distancia entre el brazo indicador y la escala (en algunos diseños más antiguos). También existe el problema de un mayor error del usuario con el tipo de viga: el torque debe leerse en cada uso y el operador debe tener cuidado de aplicar cargas solo en el punto de pivote del mango flotante. Las versiones de doble haz o de haz "plano" reducen la tendencia de la aguja a rozar, al igual que las agujas de baja fricción.
El uso de barras tramposas que se extienden desde el extremo del mango puede dañar la llave, por lo que solo se debe utilizar el equipo especificado por el fabricante. [17]
El uso de extensiones de casquillo no requiere ningún ajuste de la configuración de torsión. [18]
El uso de una pata de gallo o una extensión similar requiere el uso de la siguiente ecuación: [18]
El uso de una combinación de mango y extensiones de pata de gallo requiere el uso de la siguiente ecuación: [18]
dónde:
Estas ecuaciones sólo se aplican si la extensión es colineal con la longitud de la llave dinamométrica. En otros casos se debe utilizar la distancia desde la cabeza de la llave dinamométrica a la cabeza del perno, como si estuviera en línea. Si la extensión se establece en 90°, no se requiere ningún ajuste. Estos métodos no se recomiendan excepto en circunstancias extremas. [18]
Para los tipos de clic (u otros micrómetros), cuando no estén en uso, la fuerza que actúa sobre el resorte debe eliminarse ajustando la escala a su valor nominal mínimo para evitar un fraguado permanente en el resorte. Nunca ponga a cero una llave dinamométrica tipo micrómetro, ya que el mecanismo interno requiere una pequeña cantidad de tensión para evitar que los componentes se desplacen y se reduzca la precisión.
Como ocurre con cualquier herramienta de precisión, las llaves dinamométricas deben recalibrarse periódicamente. Como se indicó anteriormente, según los estándares ISO, la calibración debe realizarse cada 5000 operaciones o cada año, lo que ocurra primero. [14] Es posible que las llaves dinamométricas puedan descalibrarse hasta un 10% durante el primer año de uso. [dieciséis]
La calibración, cuando la realiza un servicio especializado que sigue las normas ISO, sigue un proceso y unas limitaciones específicas. La operación requiere equipo especializado de calibración de llaves dinamométricas con una precisión de ±1% o mejor. La temperatura del área donde se realiza la calibración debe estar entre 18 °C y 28 °C con una fluctuación no superior a 1 °C y la humedad relativa no debe exceder el 90 %. [14]
Antes de poder realizar cualquier trabajo de calibración, la herramienta debe precargarse y apretarse sin medida según su tipo. Luego se conecta la herramienta al probador y se aplica fuerza al mango (a no más de 10° de la perpendicular) para valores del 20%, 60% y 100% del par máximo y se repite según su clase. La fuerza debe aplicarse lentamente y sin movimientos bruscos o irregulares. La siguiente tabla brinda más detalles sobre el patrón de prueba para cada clase de llave dinamométrica. [14]
Si bien se recomienda la calibración profesional, para algunas personas estaría fuera de sus posibilidades. Es posible calibrar una llave dinamométrica en el taller o en el garaje de casa. El proceso generalmente requiere que se una cierta masa a un brazo de palanca y que la llave dinamométrica se ajuste al torque apropiado para levantar dicha masa. El error dentro de la herramienta se puede calcular y es posible modificar la herramienta o ajustar cualquier trabajo realizado para este error. [19] [20] [21]
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