La resistencia al corte de un perno es la fuerza lateral máxima que un perno puede soportar antes de romperse a lo largo de su sección transversal.
El cálculo incorrecto de la resistencia al corte de los pernos puede provocar fallos en los sujetadores. Esto provoca daños e incluso accidentes peligrosos.
Este artículo describe la definición de la resistencia al corte de los pernos, los métodos de cálculo y la selección del grado del perno para la carga particular en una junta.
¿Qué es la resistencia al corte de un perno?
Una fuerza ejercida sobre el perno que une dos piezas y que tiende a hacerlas deslizar una respecto a la otra se experimenta como corte.
En corte, la carga se aplica perpendicular al eje del perno, a diferencia de la tracción, donde la carga se aplica paralela al eje del perno.
Para la mayoría de los pernos, no hay una resistencia al corte especificada. La resistencia al corte de un perno se calcula a partir de la resistencia a la tracción del perno utilizando una relación bien conocida.
Utilizando la ecuación bien aceptada, consistente con las especificaciones AISC y Eurocode 3, la relación entre el corte y la resistencia máxima a la tracción mínima se establece en aproximadamente 60%.
Resistencia al corte frente a resistencia a la tracción: diferencias clave
Estos dos tipos de resistencias miden diferentes métodos de fallo.
La resistencia a la tracción mide la resistencia a la fractura de un perno bajo tensión axial. Mientras tanto, la resistencia al corte mide la resistencia a la deformación por corte del vástago del perno.
Ambos valores importan, pero en diferentes configuraciones de juntas. Una brida atornillada bajo presión interna somete los pernos a tracción.
Una junta solapada o un soporte atornillado a una viga somete los pernos a corte. Muchos ensamblajes reales combinan ambos, por lo que los ingenieros utilizan fórmulas de interacción cuando se aplica una carga combinada.
Para fines de adquisición, la tabla de resistencia a la tracción de los pernos es la referencia principal. La capacidad de corte se deriva de ese valor en lugar de especificarse de forma independiente en la mayoría de las hojas de datos de pernos.
Resistencia al corte de pernos por grado
La siguiente tabla muestra la resistencia mínima a la tracción, la resistencia al corte derivada y las aplicaciones típicas para pernos métricos e imperiales comunes. grados de pernos. Los valores de corte se calculan al 60 por ciento de la resistencia mínima a la tracción.
| Calificación | Estándar | Mín. Tracción (MPa) | Corte derivado (MPa) | Uso Típico |
|---|---|---|---|---|
| 4.8 | ISO 898-1 | 420 | 252 | Estructural ligero, ensamblaje general |
| 8.8 | ISO 898-1 | 800 | 480 | Acero estructural, maquinaria |
| 10.9 | ISO 898-1 | 1040 | 624 | Automotriz, maquinaria pesada |
| 12.9 | ISO 898-1 | 1220 | 732 | Ensamblajes de alta carga, de precisión |
| Grado 5 | SAE J429 | 827 | 496 | Industrial general, imperial |
| Grado 10 | SAE J429 | 1034 | 620 | Estructural, tren motriz, alta tensión |
| A325 | ASTM F3125 | 827 | 496 | Conexiones de acero estructural |
| A490 | ASTM F3125 | 1034 | 620 | Estructural pesado, puentes |
Esta tabla de resistencia de pernos cubre los grados que se utilizan con mayor frecuencia en aplicaciones industriales y estructurales.
Para una tabla de resistencia a la tracción de pernos más detallada en todos los tamaños y subgrados, consulte ISO 898-1 para grados métricos y ASTM F3125 para grados estructurales imperiales.
Cómo calcular la resistencia al corte de un perno
La fórmula básica para la capacidad de corte simple de un perno es:
Capacidad de corte = 0.6 x Fub x As
Donde Fub es la resistencia máxima a la tracción mínima en MPa, y As es el área de tensión del perno en milímetros cuadrados.
Ejemplo
Un perno M16 Grado 10.9 tiene un área de sección transversal de 157 mm² y una resistencia a la tracción mínima de 1.040 MPa.
Capacidad de corte = 0.6 x 1,040 x 157 = 97,968 N, aproximadamente 98 kN por perno.
Esa cifra representa la capacidad teórica de corte simple de un perno antes de aplicar cualquier factor de seguridad.
En el diseño estructural, Eurocódigo 3 aplica un factor de seguridad parcial de 1.25. Esto reduce la resistencia de diseño al corte a aproximadamente 78 kN para este perno en la práctica.
Para pernos imperiales, se aplica la misma fórmula utilizando la resistencia a la tracción en libras por pulgada cuadrada (psi) y el área de sección transversal en pulgadas cuadradas.
Un perno de 1/2 pulgada Grado 8 con un área de sección transversal de 0.1419 pulg² y una resistencia a la tracción de 150,000 psi da una capacidad de corte simple de aproximadamente 0.6 x 150,000 x 0.1419 = 12,771 lbf. Eso son aproximadamente 12.8 kips.
Corte simple frente a corte doble
El número de planos de corte en una junta cambia significativamente la capacidad efectiva de cada perno.
Corte simple
En una junta de corte simple, el perno cruza un plano de corte. Una junta de solape simple donde dos placas se superponen y se conectan con pernos es una configuración típica de corte simple. Cada perno resiste la carga aplicada completa a través de una sección transversal.
Corte doble
En una junta de corte doble, el perno pasa a través de tres placas: un miembro interior y dos exteriores.
Esto crea dos planos de corte, y el perno resiste la carga a través de dos secciones transversales simultáneamente. Esto duplica efectivamente la capacidad de corte del perno para el mismo diámetro y grado de perno.
Las conexiones de placa de refuerzo, las juntas de pasador de horquilla y algunas conexiones de viga a columna utilizan configuraciones de corte doble para reducir el número de pernos o permitir sujetadores de menor diámetro. Al calcular la capacidad para corte doble, multiplique el valor de corte simple por dos.
Cómo seleccionar el grado de perno correcto para cargas de corte
- Este perno de cubo de rueda de grado 10.9 está fabricado con acero de alta resistencia 40Cr o 35CrMo, con un acabado de óxido negro para una excelente resistencia a la corrosión y robustez.
La selección de un grado comienza calculando la carga de corte de diseño por perno, luego comparándola con un grado que proporcione la capacidad adecuada con el factor de seguridad requerido aplicado.
Algunas pautas prácticas ayudan a reducir la selección:
Para conexiones generales de acero estructural según AISC, los pernos A325 o A490 son los estándar. El A490 se adapta a conexiones de mayor carga donde el A325 requeriría más pernos.
Para aplicaciones estructurales métricas bajo Eurocódigo 3, el Grado 8.8 cubre la mayoría de las conexiones estándar. El Grado 10.9 se utiliza donde la geometría de la junta limita el número de pernos o el diámetro.
Para automotriz y maquinaria de precisión, los pernos de alta resistencia de Grado 10.9 o 12.9 manejan entornos con vibraciones intensas. Aquí es donde los grados inferiores requerirían un control de torsión más estricto o características de bloqueo para evitar que se aflojen.
El material importa más allá del número de grado. Los pernos de alta resistencia en acero inoxidable dúplex o acero aleado se especifican donde resistencia a la corrosión y la capacidad de corte deben satisfacerse ambas. Esto es particularmente en aplicaciones marinas, químicas y energéticas.
CNXD suministra pernos de alta resistencia desde Grado 8.8 hasta 12.9 en acero al carbono, acero aleado y aleaciones especiales. Esto cuenta con documentación de calidad IATF 16949 y trazabilidad completa del material.
También están disponibles tamaños personalizados y formas de rosca no estándar. Póngase en contacto con CNXD para solicitar muestras para la evaluación de aplicaciones de carga.
