Cómo elegir pernos

• Factor 1 – Tamaño

Cuando monte un objeto que viene con agujeros para pernos, utilice el tamaño de pernos recomendado por el fabricante. Si el artículo no tiene instrucciones específicas que le indiquen qué pernos usar, entonces use un tamaño de perno que encaje bien y llene los agujeros.

El rodillo mostrado en la foto es un buen ejemplo. Tiene 4 ranuras que aceptan pernos de 3/8" o 10 mm muy bien. Cualquier tamaño funciona como elección de perno. Nota: Debido a que los agujeros son ranuras, las arandelas soportan la tuerca.

Si los agujeros no están definidos para el tamaño del perno, hay muchas otras consideraciones para seleccionar el tamaño.

• Factor 2 – Grosor del Material

Utilice un perno que funcione bien con el grosor de los materiales a unir. Si está sujetando láminas metálicas delgadas, entonces pernos de gran diámetro no harán que sea más seguro. De hecho, cuando la presión aprieta, el material a menudo fallará cerca de los pernos, por lo que es mejor tener varios sujetadores más pequeños que uno grande.

Una regla general típica. Utilice un diámetro de perno que sea de 1.5 a 2.5 veces (hasta tres veces) el grosor del material más delgado que está uniendo con pernos. Por lo tanto, para un material de 1/8", a menudo es una buena elección un perno de 1/4" de diámetro. Para un material de 1/4" de grosor, tal vez un perno de 3/8" o 1/2".

Esta guía se desmorona para materiales muy delgados y para cosas realmente gruesas. En ambos casos, si la unión es crítica, es mejor usar más sujetadores en lugar de más grandes. Nota: Para materiales delgados, generalmente es mejor respaldar la unión con material más grueso, como arandelas o placas frontales, luego las reglas pueden aplicarse nuevamente.

• Factor 3 – Función

¿Qué necesitan hacer los pernos? ¿Son pernos pasantes (perno con tuerca)? ¿O el perno va en un agujero roscado? ¿Quizás el agujero roscado atraviesa? ¿O tal vez es ciego (va en un agujero roscado que no atraviesa)?

La mayoría de la discusión en este artículo muestra pernos con tuercas (y arandelas), pero hay muchas aplicaciones donde las roscas existen en otra parte. Realmente, la discusión es casi la misma de cualquier manera. Los pernos de rueda de remolque son un buen ejemplo donde algunos son pernos en un cubo roscado, mientras que otras veces son pernos con una tuerca. Lea más en el artículo de Pernos de Rueda de Remolque.

De todos modos, la función importa y a menudo está conectada con otras cosas en esta página como la Enganche de Rosca y la Carga (ambos temas a continuación). ¿Qué necesitan hacer los pernos? Sostener cosas, sí, pero ¿piense en qué están sosteniendo? ¿Cómo lo están sosteniendo? Y, quizás lo más importante, ¿qué tan crítico es? Los pernos que elija: grado, tamaño y número, deben reflejar lo que los pernos necesitan hacer.

• Factor 4 – Número de Pernos

¿Alguna vez has notado que los pernos rara vez aparecen solos? ¿Cuántos pernos necesitas?

Cuando se sujeta algo con pernos, se está limitando en una dirección. Argumentativamente, se limita más con fricción y contacto extendido de la superficie, pero si realmente desea sostener la pieza, requiere más pernos. 2 pernos limitan la rotación, y al menos 3 pernos (no en línea) para la limitación de flexión. A menudo vemos conjuntos de 4 porque es un patrón fácil, y limita muchas cosas muy bien.

Coloque los patrones de pernos de manera que los pernos estén separados, dentro de lo razonable. Generalmente, más distancia entre ellos hace que la conexión sea más fuerte. Desde el punto de vista de sujetar las cosas, más es mejor, pero también hace que las cosas sean más difíciles de trabajar.
Otra razón para más pernos es la seguridad. Si la conexión implica seguridad, es mejor exagerar.

La imagen aquí del enganche ilustra algunos de estos factores de elección de pernos. El tamaño del perno es de 1/2" (definido por los agujeros del enganche), que es un poco más de 2.5 veces el grosor del material (menos de 3 veces), por lo que es bueno en material de 3/16" de grosor. Son de Grado 8 por seguridad porque definitivamente la seguridad es una preocupación. Rosca fina con tuercas Nylock para seguridad en un entorno de vibración. Las fuerzas principales de conexión están en corte, y tienen la distancia suficiente para la estabilidad de la unión.

En el ejemplo del enganche, hay 4 conexiones. Cada perno conecta los materiales dos veces, una vez en cada lado. Las 4 conexiones no son lineales, por lo que es bueno para la estabilidad en flexión.

• Factor 5 – Resistencia

Elija la resistencia del perno en función de lo que está pidiendo que haga el perno. Por seguridad, piense en pernos de mayor resistencia como el Grado 8 o más. En fuerzas de corte, piense en un diámetro que pueda soportar fácilmente las cargas. Con fuerzas de tensión, piense en roscas finas además de un material de mayor grado.

Hay 2 formas de lograr una mayor resistencia. La primera es el material del perno: el grado del perno. La segunda es el diámetro del perno.

Desde una perspectiva, en el gráfico de la Parte 1, vemos que (generalizado) el Grado 5 es aproximadamente el doble de resistente que el Grado 2. Esa es una excelente manera de aumentar la resistencia. Otra gran mejora es el diámetro. Cuando consideramos el diámetro, un perno de 3/8" es más de dos veces la resistencia de un perno de 1/4". De hecho, se necesita un perno de 1/4" de grado 2 de alta resistencia para igualar a un perno de 3/8" de grado 2. Realmente, el diámetro también es un factor importante. Considérelo al usar pernos de acero inoxidable.

La elección adecuada de pernos para la resistencia viene con un equilibrio de los otros factores en esta página. A veces queremos un perno menos resistente por consideraciones de impacto o de rendimiento.

Por cierto, al calcular la resistencia de los pernos, utiliza el diámetro de la raíz de los hilos (diámetro más pequeño dentro de los hilos), no el diámetro completo del perno. Además, piensa en los factores de seguridad y úsalos generosamente.

• Factor 6 - Paso de rosca

¿Hilo fino o hilo grueso? Esa es una buena pregunta sin una respuesta definitiva. Aquí tienes algunas consideraciones.

1. Los hilos gruesos no tienen tantos hilos, por lo que se pueden instalar más rápido.
2. Los hilos finos pueden crear más fuerza de sujeción con el ángulo de rosca reducido.
3. Un perno de hilo fino es ligeramente más fuerte que un perno de hilo grueso.
4. Para la vibración, los hilos finos tienen una ventaja (aunque las tuercas Nylock, LocTite, etc., son aún mejores).

Al elegir pernos, no hay un criterio definitivo, así que toma una decisión basada en las ventajas.

Para mí, tiendo a usar hilos gruesos para pernos más pequeños (1/4", 6 mm y más pequeños) la mayor parte del tiempo. Con pernos más grandes, uso hilos finos en situaciones de vibración y cuando la fuerza de sujeción es crítica. En la lengüeta del remolque plegable, por ejemplo, los pernos de sujeción son de 1/2"-20 (hilo fino). Grado 8 para una resistencia excesiva. Los pernos del pivote no están apretados (o no pivotarían), por lo que no entran en el cálculo, pero son del mismo tamaño y rosca para que todo coincida. (Y usa las mismas llaves en todo).

• Factor 7 - Longitud

¿Cuánto es suficiente? ¿Cuánto es demasiado?

Lo suficientemente largo es cuando la parte roscada sobresale por la tuerca con un par de hilos afuera. Demasiado largo es cuando el extremo no utilizado del perno interfiere con algo, o cuando el perno no se puede apretar completamente. Justo es cuando el perno que tienes en el contenedor (porque no tienes que ir a comprar algo).

Dicho esto, no tengas miedo de cortar un perno. Si es un poco largo, córtalo para que quede bien, luego termina el extremo. Del mismo modo, si necesitas un perno largo o personalizado, hazlo con varilla roscada. Lee este artículo completo sobre cómo trabajar con varilla roscada.

No olvides las arandelas (si las necesitas) al pensar en la longitud. Además, las tuercas especiales, como las tuercas Nyloc, requieren un poco más de longitud que las estándar.

Para pernos que se enroscan en algo (no una tuerca), el concepto de "lo suficientemente largo" también debe tener en cuenta el compromiso de rosca, que es nuestro próximo factor de elección de pernos.

• Factor 8 - Compromiso de rosca

Es fácil pensar en pernos con tuercas para fijar, especialmente para bricolaje. Eso hace las cosas fáciles. Sin embargo, de vez en cuando, necesitas roscar un agujero. Los machos de roscar son bastante fáciles de usar y, cuando se hacen correctamente, crean excelentes roscas para atornillar un perno. Al hacer tus propias roscas, aquí tienes algunas cosas a considerar.

Las reglas generales para el compromiso de rosca involucran el material en el que el perno se enrosca, así como el diámetro del perno. Es una relación con la longitud de compromiso de rosca como función del diámetro del perno. Por ejemplo, 2x significa que la profundidad de compromiso de rosca es dos veces el diámetro del perno. En este caso, para un perno de 1/4", el compromiso de rosca es 2x el diámetro, o 1/2". Eso es solo un ejemplo.

En general, usa 1x para pernos de acero en roscas de acero. 1.5x como mínimo y preferiblemente 2x o más para aluminio. El magnesio y los plásticos de alta resistencia son 2.5x o 3x.

Nuevamente, estas son reglas generales, y las aleaciones de los materiales actúan de manera diferente. Para Bolts 101, simplemente usa estos números como una perspectiva en tu elección de pernos.

Notarás que la mayoría de las tuercas son menos que el 1x mencionado anteriormente. Eso tiene mucho que ver con la forma en que se forman los hilos. Cortar hilos con un macho no es tan fuerte como formar hilos por laminación. Nuevamente, solo una perspectiva.

• Factor 9 - Carga

¿Dónde colocas los pernos cuando estás construyendo algo? Si bien hay varias formas en que las fuerzas pueden interactuar con un perno, algunas direcciones son definitivamente mejores que otras. Si tienes opción, piensa en las posiciones de los pernos y la dirección de la fuerza, así como en la conveniencia y el acceso.

La primera opción es colocar los pernos solo como localizadores. Esto funciona cuando las piezas se empujan entre sí y los pernos solo están allí para localizar y mantener la posición. No se requiere mucha resistencia de perno para este tipo de unión. Aunque es ideal, a menudo no es así como dirigen las fuerzas.

La segunda opción es colocar los pernos en corte. Eso significa que las fuerzas quieren cortar los pernos. Mira arriba la foto del enganche. Las fuerzas de remolque y frenado son perpendiculares a los pernos. Eso es corte. Los pernos son muy fuertes en corte, e incluso cuando no están completamente apretados, siguen siendo fuertes en corte. Dicho esto, el perno debe tener el tamaño adecuado para las fuerzas, por lo que la resistencia y el diámetro son ambos importantes.

La última opción son pernos en tensión. Digo que es la última opción, pero a menudo es la única opción, o en el caso de la bisagra azul de la lengüeta del remolque, es la mejor opción para cumplir con otros objetivos. Lee la sección sobre el atornillado en nuestra reseña de la lengüeta plegable para obtener más explicaciones. En tensión, el perno depende de las roscas para soportar las cargas. Cuando esto es necesario, utiliza pernos más grandes, más fuertes y múltiples pernos para una mayor seguridad.
Fuerzas del perno

• Factor 10 – Fuerzas Mixtas

La verdad es que la mayoría de las conexiones con pernos no son solo una de estas fuerzas, son una combinación. Y a menudo las fuerzas cambian en diferentes momentos, así que tenlo todo en cuenta.

Como ejemplo, mira la foto del rodillo. En un sentido práctico, los pernos están allí principalmente como localizadores. Las ruedas llevan las cargas al soporte, luego el soporte está contra el soporte de acero. En realidad, también hay fuerzas de corte cuando el freno está activado, o al girar el rodillo. Luego hay algunas fuerzas de tensión cuando la rueda golpea algo (como una junta en un suelo de concreto).

Finalmente, a veces las fuerzas se invierten, como de Corte en un sentido, a Corte en el otro. Estas situaciones oscilantes o vibrantes son las peores para la elección del perno porque plantean un desafío para mantener las cosas apretadas. En estos casos, recomendamos usar más pernos, roscas finas y quizás especialmente, un método de resistencia a la vibración. (Como tuercas de seguridad o alambres o tuercas de pasador de chaveta)

• Factor 11 – Entorno

Aunque no es realmente lo último que se debe considerar, el entorno para el perno es bastante importante. Consulta la Página 1 de Pernos 101 sobre acabados para obtener más información. Además, consulta la Página 3 para obtener información sobre pernos de acero inoxidable si tu entorno incluirá humedad o productos químicos significativos.

Complicaciones para el enroscado

A menudo pensamos en los pernos de una manera clásica como muchas de las imágenes en esta página. Perno a través de un agujero y se aprieta. Pero hay otras aplicaciones como la imagen de la parte superior. Ese perno sobresale usando tuercas para anclarlo en su lugar. La parte que sobresale utiliza la cabeza y la parte superior del perno como un lugar para enganchar un resorte.

El perno de gancho de resorte tiene un agarre bastante normal, con tuercas a ambos lados de la estructura. Pero ¿qué pasa en situaciones más difíciles como el perno de una cadena de seguridad de remolque? ¿Qué pasa con una cadena sostenida por un perno? Observa los eslabones de cadena que se cruzan y no permiten que el eslabón de cadena atornillado se ajuste firmemente contra la superficie metálica. Es difícil sujetar el perno de forma sólida porque los eslabones adyacentes están en el camino. La elección del perno aquí se trata más del tamaño y del bloqueo que de apretarlo correctamente.

En este caso, las arandelas se apilan para proporcionar una base para las fuerzas de sujeción. (Arandelas con un poco de rectificado para que encajen en la cadena). Esto puede funcionar, pero cuando los pernos no están "apretados", se moverán cuando se pongan en servicio. Tales situaciones no son necesariamente malas, pero ciertamente requieren una mayor resistencia del perno (y tamaño).

No se trata solo de la elección del perno, sino también de la elección del ensamblaje. A veces, volver a pensar en la función es la mejor manera, para que los pernos estén sólidamente apretados.

Tamaños de agujeros de perno

¿Cuánto espacio permites para un agujero de perno? Muchos proyectos de bricolaje sufren de pernos que son demasiado sueltos en sus agujeros, o demasiado apretados y difíciles de ensamblar. ¿Cuál es el punto medio feliz?

El problema, honestamente, no suele ser el tamaño de un agujero en particular, sino más bien la alineación de los agujeros entre sí. Si haces las cosas tú mismo con un punzón y una prensa de taladro, a veces los agujeros no se alinean perfectamente.

Típicamente, añado aproximadamente un 10% al 15% al diámetro del perno para el tamaño del agujero. Ejemplo: perno de 1/4" + 15% = 0.287" por lo que redondeo a una broca de 9/32" = 0.281" de diámetro. Tiendo a redondear hacia abajo a medida que los pernos son más grandes. Ejemplo: perno de 1" + 15% = 1.15". Eso sugeriría un agujero de 1-1/8". Para mí, el agujero de 1/8" es un poco demasiado suelto (ajuste descuidado), así que para pernos más grandes, lo hago más como un 10%. Ejemplo: perno de 1" + 10% = 1.1" o con redondeo = 1-3/32" o incluso 1-1/16".

Una buena regla general es agregar tanto tolerancia al agujero como puedas mantener en tolerancia en la ubicación del agujero.

Conclusión sobre la elección del perno

Por simple que parezcan los pernos, en realidad hay mucho que saber sobre ellos. Esta es una visión general bastante simple como una introducción de bricolaje tipo Pernos 101. Sin embargo, hay mucho más por saber. Afortunadamente, este también es un tema con mucha información excelente en la web. Simplemente busca sobre los temas que necesitas saber. Cosas como "Paso de rosca del perno" o "Resistencia al corte del perno". Encontrarás un montón de información detallada.

Nuevamente, este artículo es una introducción con un enfoque práctico en lugar de científico. Se trata de la elección del perno, específicamente porque el lado práctico parece estar ausente en los sitios de pernos que hemos visto. Avísanos si hemos omitido algo importante. Buena suerte con tus proyectos.