ES1062476U - Perno a cortadura y traccion de diametro variable. - Google Patents
Perno a cortadura y traccion de diametro variable.Info
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Abstract
1. Perno a cortadura y tracción de diámetro variable, de los utilizados para acoplar varias piezas a unir (9), caracterizado por comprender: - un perno macho ahusado (1) que presenta una superficie troncocónica (8), - un casquillo hembra ahusado (2) provisto de ranuras axiales (3), abiertas alternativamente a cada lado, y cuya superficie interior es troncocónica y se adapta a la superficie troncocónica (8) del perno macho ahusado (1) - medios de unión, susceptibles de introducir el perno macho ahusado (1) en el casquillo hembra ahusado (2); de tal manera que se provoque la expansión del diámetro exterior de este último.
Description
Perno a cortadura y tracción de diámetro
variable.
La presente invención se refiere a un perno a
cortadura y tracción que, siendo de diámetro variable, permite
ajustarlo sin holgura a los orificios de las piezas a unir,
reduciendo la cantidad y/o diámetro de los elementos de unión. Al
utilizar los pernos de la invención se consigue aliviar el peso de
las uniones, y con ello el de las estructuras de las que forman
parte. Se consigue, igualmente, que los trabajos de mecanización
sean menores (menos taladros) con el consiguiente ahorro económico y
mayor facilidad de montaje, abaratando el tiempo y coste de
este.
Su aplicación esta indicada en cualquier unión,
tanto de estructuras como de elementos de maquinaria, reemplazando
ventajosamente con carácter universal pernos, tornillos, remaches,
roblones, pasadores... etc, debido a que pueden trabajar no solo a
cortadura sino, adicionalmente, a tracción.
Hasta la fecha, las uniones se realizan con
tornillos, roblones, remaches, pasadores... etc, que deben absorber
las tensiones producidas en las mismas. Estas son:
- -
- Tensión de cortadura.
- -
- Tensión de tracción.
- -
- Tensión de empuje o aplastamiento.
Dependiendo de las aplicaciones, de los
materiales y de las dimensiones de estos, así como de la
importancia de las tensiones que debe soportar la unión, esta se
revuelve mediante uno o varios de los tipos de elementos mecánicos
citados.
Usualmente se diseña la unión con una relación
entre el diámetro de los pernos y el espesor de las chapas tal que
sean aproximadamente iguales los pernos necesarios en función de la
hipótesis de que el fallo de la unión se produzca por aplastamiento
o por cortadura.
Si las tensiones de cortadura son muy altas y
elegimos tornillos o roblones deberemos instalar gran cantidad de
estos, o montarlos de grandes dimensiones, con la dificultad de
roblonado o la aplicación de grandes pares para dejar tensionados
los tornillos. Actualmente, una solución a este problema es la
instalación combinada de tornillos y pasadores. Los pasadores
pueden ser montados por deformación (grafilados) o por presión
(elásticos), y los tornillos mediante la aplicación de un par.
Si los pasadores son de diámetro menor que los
agujeros, debe tenerse en cuenta para hacer los cálculos, que las
tensiones admisibles por empuje o aplastamiento son menores, debido
a que no llenan completamente el taladro. En los tornillos estas
tensiones admisibles son todavía menores ya que la diferencia entre
el agujero y el tornillo es normalmente mayor que en la solución con
pasadores. En el caso del fallo a cortadura la existencia de
holgura puede conducir a fenómenos indeseados, como la flexión de
la unión. Esto conduce a la elección de valores de cálculo
inferiores para las uniones con holgura.
Así, la tensión admisible a cortadura será
\zeta_{adm}
= \beta
\sigma_{r}
siendo \sigma_{r} la
resistencia del acero y admitiéndose usualmente para \beta valores
de 0,80 en pernos sin holgura y 0,65 para pernos con holgura de 1
mm.
La tensión admisible a compresión será
\sigma_{c \
adm} =
\alpha\sigma_{u}
Siendo \sigma_{u} la resistencia para la
chapa y admitiéndose usualmente para \alpha valores de 2 para
pernos con holgura y de 2,5 para pernos sin holgura
(calibrados).
De lo anterior se infiere el interés evidente de
utilizar pasadores o pernos sin holgura. Sin embargo, el montaje de
pasadores convencionales por deformación o elasticidad necesita de
grandes esfuerzos a aplicar, siendo habitualmente desechada esta
opción por la dificultad de montaje y desmontaje de estos en
condiciones normales, ya que los utillajes y herramientas
necesarios para dicha operación son de gran complejidad y requiere
de una alta especialización de los operarios. Asimismo, estas
operaciones de montaje y desmontaje son de riesgo para los operarios
que las realizan. La solución, utilizada en ocasiones, de montar
tornillos suficientemente precargados como para absorber las cargas
de cortadura a través del coeficiente de rozamiento de los aceros
que intervienen en la unión introduce una cierta incertidumbre en
cuanto al comportamiento de la unión en el tiempo.
Es un objetivo de la presente invención el
disponer de pernos que, trabajando a cortadura pura, puedan ser
utilizados como pasadores elásticos, susceptibles de ser montados y
desmontados fácil y repetidamente.
El otro objetivo de la presente invención el
disponer de pernos que, trabajando a cortadura, puedan ser
utilizados adicionalmente como tornillos a tracción.
La solución propuesta consiste en utilizar un
perno macho ahusado que presenta una superficie troncocónica, y un
casquillo hembra ahusado, provisto de ranuras axiales abiertas
alternativamente a cada lado del casquillo, y cuya superficie
interior troncocónica se adapta a la del perno macho ahusado.
Finalmente la utilización de medios de unión permite introducir el
perno macho en el casquillo hembra provocando una expansión en el
diámetro exterior de este último.
Los medios de unión citados pueden variar
ampliamente en función de las especificaciones de diseño de la
unión, y pueden estar constituidos por tuercas, tornillos, cabezas
hexagonales preformadas, etc.
Adicionalmente, pueden disponerse medios de
retención del movimiento axial del casquillo hembra ahusado, y así
este puede incorporar una valona perimetral, o bien puede preverse
un escalón a modo de tope en el orificio de las piezas a unir.
También adicionalmente, el perno de la invención
puede ser dotado de medios de tracción que le permitan trabajar
como un tornillo a tracción, oprimiendo las piezas a unir, una
contra la otra.
Las ventajas del perno de la invención, derivan
de que su utilización en uniones a cortante y uniones con altas
solicitaciones a cortadura, puede eliminar el montaje de tornillos
de tracción además de conseguir que en las que se utilicen
únicamente se deba absorber el resto de esfuerzos, con la reducción
del número de estas así como de sus métricas, haciendo mas livianas
las uniones y facilitando el montaje, ya que los taladros son
menores y los pares de apriete en los tornillos, también. Finalmente
es preciso valorar el ahorro económico y de tiempo que aportan, al
realizarse menos taladros en cada unión.
Para complementar la descripción que antecede y
con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características
de la invención, se va a realizar una descripción detallada de una
realización preferida, en base a un juego de dibujos que se
acompañan a esta memoria descriptiva y en donde con carácter
meramente orientativo y no limitativo se ha representado lo
siguiente:
La figura 1 muestra una vista del perno macho
ahusado.
La figura 2 muestra una vista, en semisección,
del casquillo hembra ahusado.
La figura 3 muestra una vista, en semisección,
del montaje de una primera variante.
La figura 4 muestra una vista, en semisección,
del montaje de una segunda variante.
La figura 5 muestra una vista, en semisección,
del casquillo hembra ahusado provisto de una valona de
retención.
La figura 6 muestra una vista, en semisección,
del montaje de una tercera variante.
La figura 7 muestra una vista, en semisección,
del montaje de una cuarta variante.
La figura 8 muestra una vista, en semisección,
del montaje de una quinta variante.
En las anteriores figuras, las referencias
numéricas corresponden a las siguientes partes y elementos.
- 1.-
- Perno macho ahusado.
- 2.-
- Casquillo hembra ahusado.
- 3.-
- Ranuras axiales.
- 4.-
- Tuerca.
- 5.-
- Arandela.
- 6.-
- Roscado exterior.
- 7.-
- Extremo cilíndrico.
- 8.-
- Superficie troncocónica.
- 9.-
- Piezas a unir.
- 10.-
- Cabeza hexagonal interior.
- 11.-
- Alojamiento roscado.
- 12.-
- Tope.
- 13.-
- Valona.
- 14.-
- Roscado interior.
- 15.-
- Tornillo.
Como puede verse en las figuras 1 a 3, que se
refieren a una primera variante, el dispositivo de la invención
consta de un perno macho ahusado (1) que presenta una superficie
troncocónica (8), terminada en un extremo cilíndrico (7) en
correspondencia con su lado de mayor diámetro, sobre la que se
ajusta un casquillo hembra ahusado (2) cuya superficie interior
presenta la misma conicidad \gamma que la superficie exterior del
perno macho ahusado (1) y una serie de ranuras axiales (3) abiertas
alternativamente a cada lado del casquillo. El apriete del perno
macho ahusado (1) contra el casquillo hembra ahusado (2), y en
consecuencia la expansión del diámetro exterior de este último, se
efectúa mediante medios de unión que en esta primera variante
consisten en una tuerca (4) que, apoyando contra una de las piezas
a unir (9) por intermedio de una arandela (5), juega en un roscado
exterior (6) que a estos efectos presenta el perno macho ahusado
(1) en correspondencia con el lado de menor diámetro de la
superficie troncocónica (8).
En una segunda variante el perno macho ahusado
(1) presenta en su extremo cilíndrico (7) una cabeza hexagonal
interior (10), y su extremo roscado (6) juega en un alojamiento
roscado (11) que presenta una de las piezas a unir (9). De esta
forma, cuando se hace girar el perno macho ahusado (1) mediante una
llave, se provoca la expansión del casquillo hembra ahusado (2) ya
que su desplazamiento a lo largo de las piezas a unir (9) esta
impedido por un tope (12). Al contrario de lo que ocurría en la
ejecución anterior, en esta variante existe un movimiento giratorio
relativo entre el perno macho ahusado (1) y el casquillo hembra
ahusado (2), pero en contrapartida desaparece la tuerca (4) del
exterior del acoplamiento. Ver figu-
ra 4.
ra 4.
En una tercera variante, se suprime el tope (12)
sustituyéndolo por medios de retención del casquillo hembra ahusado
(2) que, en este caso, presenta una valona (13) que encaja en una
chaflán de la correspondiente pieza a unir (9).
En esta disposición se produce un apriete entre
las piezas a unir (9), constituyendo una combinación de pasador a
cortadura y tornillo a tracción. Obsérvese que el esfuerzo de
tracción esta relacionado de forma fija con el esfuerzo de
expansión ya que solo existe una tuerca (4) que constituye los
medios de unión. Ver figura 6.
En una cuarta variante se sustituye el roscado
exterior (6) por un roscado interior (14) en el extremo cilíndrico
(7) del perno macho ahusado (1). Los medios de unión están
constituidos por un tornillo (15), que juega en el roscado interior
(14) y apoya sobre el casquillo hembra ahusado (2) por intermedio
de una arandela (5). En esta disposición se produce una expansión
pura del diámetro exterior del casquillo hembra ahusado (2), no
existiendo giro relativo entre este y el perno macho ahusado (1).
Tampoco se produce apriete entre las piezas a unir (9). Ver
fi-
gura 7.
gura 7.
En una quinta variante, se retorna la disposición
básica de la primera variante, pero con objeto de añadir un
esfuerzo de apriete entre las piezas a unir (9) se dispone un
tornillo (15) que apoyando a través de una arandela (5) juega en un
roscado interior (14) que presenta el extremo cilíndrico (7) del
perno macho ahusado (1). De esta forma se independiza relativamente
el efecto de tornillo a tracción del efecto pasador a cortadura, ya
que disponemos de dos elementos de ajuste distintos, la tuerca (4)
y el tornillo (15).
Según lo detallado anteriormente el perno de la
invención esta diseñado para cualquier aplicación a cortadura
simple, combinada o uniones con altas solicitaciones a cortadura.
También puede ser usado como pasador elástico, montable y
desmontable. Los diferentes diseños descritos vienen definidos en su
dimensionamiento por la aplicación concreta y sus solicitaciones
mecánicas. También pueden definirse y dimensionarse estandarizando
medidas y cargas a resistir para aplicaciones concretas, ya que su
utilización es universal.
Su aplicación puede hacerse en transmisiones de
movimiento o aplicaciones estáticas, como las que se indican a
continuación a modo de ejemplo:
- -
- Coronas de grúa, aerogeneradores, bienes de equipo
- -
- Transmisiones de par de automóviles y camiones.
- -
- Estructuras tubulares en unión de bridas.
- -
- Nudos de estructuras.
- -
- Pasadores elásticos.
- -
- Cuñas y chavetas.
- -
- Aplicaciones donde el cálculo a fricción está al límite.
- -
- Grandes transmisiones de par por platos de arrastre (elimina masas y baja las inercias, aumentando la velocidad para conseguir el máximo rendimiento).
- -
- Eliminación de tornillos a compresión.
El casquillo hembra ahusado puede ser diseñado
dependiendo de la aplicación y los cálculos, siempre orientado a su
anclaje en la unión y su mejor deformación:
- -
- Con diferentes diseños de ranuras, aberturas, ángulos, moleteados, grafilados, etc...
- -
- Con diferentes longitudes y espesores, así como calidades de materiales, durezas, tratamientos, anticorrosivos, tratamientos lubricantes, tratamientos térmicos, etc...
- -
- En diferentes materiales (aceros, poliamidas, plásticos técnicos, aluminios, bronce y/o cualquier material que pueda aplicarse para cumplir la función) y, En diferentes características dúctiles, maleables, plásticos elásticos, etc...
El perno también es diseñado dependiendo de la
aplicación y los cálculos de esta y a su mejor aprovechamiento y
facilidad de montaje con diferentes posibilidades de diseño
(moleteados, grafilados, etc...)
El acabado en puntas puede realizarse a distintos
roscados, distintas formas de cabeza (hexagonales, alien, pozi,
ranura, etc...) según posibilidades de normas de tornillería
internacional y sus aplicaciones.
Los materiales a utilizar serán siempre los que
garanticen la respuesta mecánica a las solicitudes de la unión.
Estos materiales pueden llevar diferentes tratamientos térmicos,
durezas, tratamientos superficiales, anticorrosivos, lubricantes,
autobloqueantes, etc...
Las dimensiones y formas del perno dependerán de
los cálculos y diseños de la unión.
Claims (8)
1. Perno a cortadura y tracción de diámetro
variable, de los utilizados para acoplar varias piezas a unir (9),
caracterizado por comprender:
- -
- un perno macho ahusado (1) que presenta una superficie troncocónica (8),
- -
- un casquillo hembra ahusado (2) provisto de ranuras axiales (3), abiertas alternativamente a cada lado, y cuya superficie interior es troncocónica y se adapta a la superficie troncocónica (8) del perno macho ahusado (1)
- -
- medios de unión, susceptibles de introducir el perno macho ahusado (1) en el casquillo hembra ahusado (2); de tal manera que se provoque la expansión del diámetro exterior de este último.
2. Perno a cortadura y tracción de diámetro
variable de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado
por incorporar medios de retención del casquillo hembra ahusado
(2); de tal manera que se impida su movimiento axial al accionar
los medios de unión.
3. Perno a cortadura y tracción de diámetro
variable de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado
por que el perno macho ahusado (1) incorpora un extremo cilíndrico
(7) en correspondencia con el lado de mayor diámetro de la
superficie troncocónica (8).
4. Perno a cortadura y tracción de diámetro
variable de acuerdo con la reivindicación 2 caracterizado
por que los medios de unión comprenden una tuerca (4) que apoya en
una de las piezas a unir (9) por intermedio de una arandela (5) y
juega en un roscado exterior (6), que a estos efectos presenta el
perno macho ahusado (1) en correspondencia con el lado de menor
diámetro de la superficie troncocónica (8); y porque los medios de
retención comprenden un tope (12).
5. Perno a cortadura y tracción de diámetro
variable de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado
por que los medios de unión comprenden una cabeza hexagonal
interior (10) dispuesta en el extremo cilíndrico (7) del perno
macho ahusado (1) y un roscado exterior (6) que juega en un
alojamiento roscado (11) que presenta una de las piezas a unir (9);
y los medios de retención están constituidos por un tope (12)
contra el que apoya el casquillo hembra ahusado (2).
6. Perno a cortadura y tracción de diámetro
variable de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado
por que los medios de unión comprenden una tuerca (4) que apoya en
una de las piezas a unir (9) por intermedio de una arandela (5) y
juega en un roscado exterior (6) que a estos efectos presentan el
perno macho ahusado (1) en correspondencia con el lado de menor
diámetro de la superficie troncocónica (8); y los medios de
retención comprenden una valona (13) dispuesta sobre el casquillo
hembra ahusado (2).
7. Perno a cortadura y tracción de diámetro
variable de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado
por que los medios de unión comprenden un tornillo (15) que apoya
por intermedio de una arandela (5) sobre el casquillo hembra
ahusado (2), y que juega en un roscado interior (14) que presenta el
perno macho ahusado (1) en correspondencia con el lado de mayor
diámetro de su superficie troncocónica (8).
8. Perno a cortadura y tracción de diámetro
variable de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado
por que los medios de unión comprenden una tuerca (4) que apoya en
una de las piezas a unir (9) por intermedio de una arandela (5) y
juega en un roscado exterior (6) que a estos efectos presenta el
perno macho ahusado (1) en correspondencia con el lado de menor
diámetro de la superficie troncocónica (8), y por un tornillo (15)
que apoya sobre otra pieza a unir (9) por intermedio de una
arandela (5) y juega en un roscado interior (14) que presenta el
perno macho ahusado (1) en correspondencia con el lado de mayor
diámetro de su superficie troncocónica (8); y los medios de
retención están constituidos por un tope (12) que presenta una de
las piezas a unir (9) y contra el que se apoya el casquillo hembra
ahusado (2).
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