Perno (sujetador)

Un perno es un elemento de fijación con rosca helicoidal externa que puede apretarse o aflojarse mediante una fuerza de torsión ( par de apriete ) sobre una tuerca correspondiente . El perno tiene una rosca macho externa que requiere una tuerca correspondiente con una rosca hembra preformada. ^{[ 1 ]}

Originalmente, las tuercas y los tornillos se fabricaban a mano, de modo que cada tuerca correspondía a su propio tornillo, pero no eran intercambiables. Esto hacía prácticamente imposible reemplazar las piezas perdidas o dañadas, ya que todas eran diferentes. En 1841, Joseph Whitworth propuso establecer un estándar, pero esto no se implementó de inmediato.

En 1851, la Gran Exposición de las Obras de la Industria de Todas las Naciones iba a celebrarse en Hyde Park, Londres, Inglaterra, y se decidió construir el Crystal Palace como parte de ella; esto debía hacerse en 190 días y a un costo 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 para la época. Esto permitió que el edificio se completara a tiempo. El uso de tuercas y tornillos intercambiables tuvo tanto éxito que la norma Whitworth se adoptó ampliamente. Una norma británica no se adoptó formalmente hasta 1905. ^{[ 2 ]}

La distinción entre un perno y un tornillo está mal definida. La distinción académica, según el Manual de Maquinaria , ^{[ 3 ]} radica en su propósito: los pernos están diseñados para atravesar un orificio sin rosca en un componente y fijarse con una tuerca . Los tornillos, en cambio, se utilizan en componentes que contienen su propia rosca, o para crear su propia rosca interna en ellos. Esta definición permite ambigüedad en la descripción de un elemento de fijación dependiendo de la aplicación para la que se utilice, y los términos tornillo y perno son ampliamente utilizados por diferentes personas o en diferentes países para referirse al mismo elemento de fijación o a diferentes. En la terminología británica, un tornillo de cabeza hexagonal es un perno que tiene rosca hasta la cabeza.

Los pernos se utilizan a menudo para hacer una unión atornillada . Esto es una combinación de la tuerca que aplica una fuerza de sujeción axial y también el vástago del perno que actúa como un pasador , fijando la unión contra fuerzas de corte laterales . Por esta razón, muchos pernos tienen un vástago liso sin rosca (llamadolongitud de agarre ), ya que esto hace que el pasador sea mejor y más resistente. La presencia del vástago sin rosca se ha citado a menudo como característica de los pernos frente a los tornillos, ^{[ 4 ]} pero esto es incidental a su uso, más que definitorio.

Cuando un elemento de fijación forma su propia rosca en el componente que se está fijando, se denomina tornillo. ^{[ 3 ]} Esto es más evidente cuando la rosca es cónica (es decir, los 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 autorroscante. Un tornillo siempre debe girarse para ensamblar la unión. Muchos pernos se mantienen fijos durante el ensamblaje, ya sea mediante una herramienta o mediante un diseño de perno no giratorio, como un perno de carrocería , y solo se gira la tuerca correspondiente. ^{[ 3 ]}

Los pernos, al igual que los tornillos, utilizan una gran variedad de diseños de cabeza. Estos están diseñados para acoplarse con la herramienta utilizada para apretarlos. Algunas cabezas de perno, en cambio, bloquean el perno en su lugar, de modo que no se mueve y solo se necesita una herramienta para la tuerca.

Los tipos de cabezas de perno más comunes son la hexagonal, la hexagonal ranurada con arandela y la de cabeza hueca.

Los primeros pernos tenían cabezas cuadradas, formadas por forja . Todavía se encuentran, aunque hoy en día son mucho más comunes las de cabeza hexagonal. Se sujetan y giran con una llave o un dado , de los cuales existen muchas formas. La mayoría se sujetan lateralmente, algunos en línea con el perno. Otros pernos tienen cabeza en T y cabezas ranuradas. ^{[ 5 ]}

Muchos pernos utilizan un cabezal de destornillador en lugar de una llave externa. Los destornilladores se aplican en línea con el sujetador, en lugar de lateralmente. Estos son más pequeños que la mayoría de las cabezas de llave y generalmente no pueden aplicar la misma cantidad de torque . A veces se asume que los cabezales de destornillador implican un tornillo y las llaves implican un perno, aunque esto es incorrecto. Los tornillos para madera, o tornillos de cabeza hexagonal , por ejemplo, son tornillos grandes de cabeza cuadrada con una rosca cónica para madera , utilizados para fijar herrajes a la madera. Los diseños de cabeza que se superponen a ambos pernos incluyen los cabezales Allen , Torx , hexagonales y estriados. Estos diseños modernos abarcan una amplia gama de tamaños y pueden soportar un torque considerable. Los sujetadores roscados con cabezas tipo destornillador a menudo se denominan tornillos de máquina, ya sea que se utilicen con una tuerca o no. ^{[ 6 ]}

• Perno de anclaje : Perno diseñado para fijar objetos al hormigón. La cabeza del perno se suele colocar en el hormigón antes de que fragüe o antes de verterlo, dejando el extremo roscado al descubierto.
• Tornillo del eje: Tornillo con arandela fija y rosca inversa. Diseñado para su uso en sierras ingletadoras y otras herramientas, se ajusta automáticamente durante el uso para evitar que la hoja se salga.
• Tornillo de carrocería : Tornillo con cabeza redondeada lisa y sección cuadrada para evitar que gire, seguida de una sección roscada para una tuerca.
• Tornillo para elevador: Tornillo con cabeza plana grande que se utiliza en la instalación de sistemas de transporte.
• Tornillo de suspensión: Tornillo sin cabeza, con cuerpo roscado para maquinaria y punta roscada para madera. Permite acoplar tuercas a lo que en realidad es un tornillo.
• Tornillo hexagonal: Tornillo con cabeza hexagonal y vástago roscado. La sección inmediatamente debajo de la cabeza puede quedar sin rosca para sujetar materiales más gruesos.
• Tornillo en J: Tornillo con forma de la letra J, utilizado para amarres. Solo la sección recta tiene rosca para una tuerca.
• Perno de roca : se utiliza en la construcción de túneles para estabilizar las paredes.
• Tornillo de cabeza hexagonal o tornillo Chicago : Tornillo que tiene una parte macho y una parte hembra con roscas internas y cabezas en ambos extremos. Se usa comúnmente en encuadernación de papel.
• Tornillo de hombro o tornillo extractor: Tornillo con un vástago ancho y liso y una pequeña sección roscada en el extremo que se utiliza como pasador de pivote o punto de fijación.
• Perno en U : Perno con forma de U, cuyas dos secciones rectas están roscadas. Se utiliza una placa metálica recta con dos orificios para pernos y tuercas para sujetar tuberías u otros objetos redondos al perno en U.

Dependiendo de la resistencia requerida y las circunstancias, existen varios tipos de materiales que se pueden utilizar para los sujetadores. ^{[ 7 ]}

• Sujetadores de acero (grado 2, 5, 8): el nivel de resistencia
• Sujetadores de acero inoxidable (acero inoxidable martensítico, acero inoxidable austenítico),
• Sujetadores de bronce y latón - resistentes al agua
• Cierres de nailon : se utilizan para materiales ligeros y aplicaciones impermeables.

En general, el acero es el material más utilizado en todos los elementos de fijación: el 90% o más. ^{[ 8 ]}

El Manual de Diseño de Acero de la 13.ª Edición del Instituto Americano de Construcción de Acero ( AISC ), sección 16.1, capítulo J-3, especifica los requisitos para las conexiones estructurales atornilladas. ^{[ 9 ]} 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 críticas de deslizamiento y conexiones de apoyo. En las conexiones críticas de deslizamiento, 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 elementos 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 considerablemente la capacidad de corte de cada perno en la conexión. El segundo tipo de conexión (y más común) es una conexión de apoyo. En este tipo de conexión, los pernos soportan la carga mediante cortante y solo se aprietan hasta un ajuste ceñido. Estas conexiones requieren menos pernos que las conexiones críticas al deslizamiento y, por lo tanto, son una alternativa menos costosa. Las conexiones críticas al deslizamiento son más comunes en placas de brida para empalmes de vigas y columnas y conexiones críticas a momento. Las conexiones de tipo apoyo se utilizan en estructuras ligeras y en conexiones de elementos donde el deslizamiento no es importante y la prevención de fallas estructurales es la restricción de diseño . Las conexiones de tipo apoyo comunes incluyen: lengüetas de cortante, apoyos de viga , placas de unión en cerchas .

En organizaciones de espionaje se utilizaban pernos industriales modificados como contenedores ocultos para operaciones clandestinas. Durante la Segunda Guerra Mundial, fueron empleados por la SOE, la OSS y grupos de resistencia clandestina. El perno se escondía, por ejemplo, en la puerta de una granja y se utilizaba como buzón para mensajes y documentos. Consistía en un perno hueco con una tapa de rosca inversa para evitar su apertura accidental. ^{[ 10 ] [ 11 ]}

• Manual de diseño de sujetadores de la NASA : publicación de referencia oficial de la NASA (RP-1228) que abarca los materiales de los pernos, el par de apriete y la corrosión.
• DIVISIÓN DE TECNOLOGÍA EXTRANJERA. NORMA ESTATAL DE LA URSS: PERNOS, TORNILLOS, ESPÁRRAGOS Y TUERCAS. REQUISITOS TÉCNICOS GOST 1759-70.