Foros de SóloIngeniería

- 15 Ago 2013, 03:19 #326925

cada vez que hay que hacer una operación de levantado de la misma. Entiendo que no están sometidos a fatiga ni tan siquiera térmica, o al menos no tanta como para que den problemas. Igual hay motores con 500.000km que no se ha tocado la culata, y ese mismo fabricante te recomienda que cambies los espárragos, una vez que la levantas, con muchísimos menos kmetros.

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"La calidad perdura una vez olvidado el precio" Henry Royce

- 15 Ago 2013, 13:02 #326935

El par de apriete de estos tornillos supera su límite elástico, por lo tanto cada vez que se atornillan se deforma la rosca.

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Si utilizas al enemigo para derrotar al enemigo, serás poderoso en cualquier lugar a donde vayas

- 15 Ago 2013, 13:36 #326937

No sabía que superaban el límite elástico, pero en todo caso no será por la rosca, sino por la resistencia a tracción de toda la caña, ya que la rosca del bloque normalmente de fundición o aluminio es bastante menos resistente que la de estos espárragos que anda sobre los 140Kg/mm2.
Aún superando el límite elástico en el apriete, no veo el motivo claro, cuando un acero se deforma en la primera parte de la zona plástica, adquiere algo mas de resistencia por endurecimiento. Es decir que habríamos conseguido un acero con la curva elástica un poco más arriba, si se vuelve a reapretar a la misma tensión a la que se apretaría un espárrago nuevo es probable que entonces incluso quedara la tensión dentro del límite del elástico.

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"La calidad perdura una vez olvidado el precio" Henry Royce

- 18 Ago 2013, 12:48 #327050

Qué es por eso que te comento de que el par de apriete provoca deformaciones en el tornillo, estoy seguro al 99%, porque ya lo había leído hace tiempo en uno de los libros de Arias-Paz, no se si el de motos o el de coches, pero ademas también recuerdo oírselo a algún profesor, no se si de maquinas, motores o resistencia.

A mi forma de ver, el fenómeno de endurecimiento que comentas, sólo es válido la primera vez que aprietas el tornillo. La segunda vez que lo aprietes, los filetes, o el propio tornillo habrá reducido sección debido a la deformación plástica, por lo tanto igual par de apriete mayores tensiones en el tornillo. Ademas los primeros filetes que están en contacto con la tuerca se habrán deformado mas que los últimos, teniendo que soportar más carga

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- 18 Ago 2013, 13:39 #327052

Hola Rdr entiendo perfectamente lo que dices, y con mi reservas lo tomo como cierto, la rosca en efecto sufren las deformaciones en los primeros filetes, en mi trabajo cuando fabrico tuercas para espárragos de tensión suelo "colar" los primeros hilos para que se repartan mas los esfuerzos en más hilos de rosca.
En el caso de los motores al ser los módulos elásticos entre bloque y espárrago muy diferentes el reparto de tensiones se hace más uniforme entrando en juego más hilos, en algunos motores para minimizar aún más el efecto de concentración de esfuerzos en los primeros hilos montan los famosos helicoil que reparten entre más hilos aún las tensiones, además este tipo de tornillos llevan las cañas más rebajadas que la rosca para que se unifique mas la magnitud de tension a lo largo de toda la caña. Yo diría que estos espárragos no se rompen por la rosca (pero no te lo aseguro).
Con respecto al adelgazamiento de la sección, este es despreciable en la primera fase plástica.

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"La calidad perdura una vez olvidado el precio" Henry Royce

- 19 Ago 2013, 20:19 #327096

Después de la exposición del maestro Tornero sobre forma de trabajo y deducciones, que me ha dejado flipado, sólo te puedo decir, y en bajito, que por fatiga a mi entender no puede ser, no entiendo esfuerzos alternativos de tracción compresión en las piezas que originen falla en la fibra del material, pero bueno.... que lo digo en voz baja....después de lo que te he leído anteriormente.....no tengo ni puta idea...

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- 20 Ago 2013, 15:30 #327124

Hola, tor_nero:

El motivo por el que se cambian (si es que el fabricante indica cambiarlos) es la fatiga.

La culata cierra el cilindro del motor. Cuando se produce la explosión, esta impulsa el cilindro hacia abajo, pero también empuja a la culata (que es quien cierra al cilindro) hacia arriba. La analogía que podría hacerse es con una olla exprés, en la que la presión trata de levantar la tapa. Por este motivo, a los espárragos se les da un par de apriete determinado, específico para cada motor (y para cada marca), que depende de la presión de gases que dicho motor genera. De esta forma aseguras que la presión de apriete de la culata es superior a la que pueden ejercer los cilindros y, de esta manera, no tienes pérdidas por la junta de culata.

Así, tienes un espárrago, que además es bastante largo, sometido a un apriete importante y que está sometido a una carga cíclica que lo tensa aún más y luego lo devuelve a la tensión de apriete. Tenemos preparado un problema de fatiga clásico.

Una curva de fatiga típica es como las dos que te muestro:

http://help.solidworks.com/2011/spanish ... _curve.gif

http://www.iberisa.com/productos/winlife/curva_en.png

En un proceso de fatiga se tiene una carga cíclica (a veces hace incluso que la pieza esté sometida alternativamente a tensión y a compresión, como pasa en el cigüeñal). Una rotura por fatiga se produce a tensiones por debajo del límite elástico. Esto se debe a que, si te fijas en la curva de fatiga, esta es ligeramente descendente. Para cada pieza (sí, pieza, pues la fatiga depende del material, pero también del acabado superficial, entallas, cambios de sección, radios de acuerdo...) existe una curva de fatiga en la que, si seleccionas el número de ciclos, puedes estimar a qué tensión romperá. Pero hay una tensión, por debajo del límite elástico, que si no se supera se puede considerar que la pieza tendrá una resistencia a vida infinita (y vida infinita se considera 10^8 ciclos).

Ahora pasamos a nuestro escenario. Tenemos un espárrago que ha sido pretensado, que ha estado sometido a cargas cíclicas... Lo aflojas, no sabes si alguno de ellos ha podido sufrir deformación plástica, por lo que su curva de tensión-deformación se ha modificado... y al que después le vas a dar otra vez un pretensado. Te ahorras problemas si cambias los espárragos y ya está. Supongo que tú también lo harás, pero es como cuando desmontas una brida o una pieza oxidada y le cambias los tornillos por otros nuevos, a veces incluso de acero inoxidable, porque sabes que ahorras problemas para el futuro.

En cuanto a que el aguante lo dan los hilos de rosca... Sí, también, pero creo que están confundiendo la fuerzas de acción (presión sobre el espárrago) y de reacción (el agarre que hace la rosca del bloque motor para sujetar el espárrago en su sitio). No soy experto en motores, así que no sé con cuanta frecuencia sucederá, pero sí que conozco tres o cuatro casos en los que, después de desmontar la culata, han tenido incluso que reconstruir la rosca del bloque motor. Ya sabes, rellenar y volver a roscar.

Por lo demás, sigo siendo de la opinión de que el menú lateral debería eliminarse.

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Anerriphto ho kybos.

- 20 Ago 2013, 20:06 #327139

Sí, también, pero creo que están confundiendo la fuerzas de acción (presión sobre el espárrago) y de reacción (el agarre que hace la rosca del bloque motor para sujetar el espárrago en su sitio). No soy experto en motores, así que no sé con cuanta frecuencia sucederá, pero sí que conozco tres o cuatro casos en los que, después de desmontar la culata, han tenido incluso que reconstruir la rosca del bloque motor. Ya sabes, rellenar y volver a roscar.

Esto lo tengo claro, no se que quieres decir con que confundo el papel de cada una de las roscas. Lo que yo digo sobre las roscas es que son grandes concentradoras de tensiones, y que en aplicaciones para fatiga hay varias soluciones para aliviar las tensiones sobre los hilos, arriba están puestas.
Al respecto de la fatiga pienso que no es de gran entidad para este tipo de aplicación, pero creo que no viene dada por la presión interna de los cilindros ya que esos tornillos están pretensados. La transferencia de carga al espárrago es mínima precisamente por encontrarse pretensado. Imagina dos placas de gran superficie sujetas con tornillos pretensados, hasta que la fuerza externa aplicada no supere la tensión del tornillo este no se estirara más. Estoy de acuerdo que algo de carga se transfiere a los espárragos porque intercalamos una junta relativamente blanda de no mucha superficie etc..
De hablar de fatiga en esta aplicación hablaría más de la dilatación diferencial que existe entre el acero del espárrago y el aluminio de la culata, pero tampoco la veo de gran entidad.

Algunos fabricantes, no mencionan el cambiarlos, otros reflejan en el manual unas tolerancias de largo y piden que se midan, y otros directamente cambian los espárragos que no es un costo tan grande para el usuario y si es un reporte adicional de dinero para el fabricante y un seguro de vida. En fin seguiremos investigando.

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"La calidad perdura una vez olvidado el precio" Henry Royce

- 21 Ago 2013, 07:32 #327147

Hola, tor_nero:

Esto lo tengo claro, no se que quieres decir con que confundo el papel de cada una de las roscas.

Lo siento. Creo que me equivoqué al interpretar lo que leí.

Vamos a ponernos en el punto de vista del fabricante.

A) Se pueden volver a reutilizar los espárragos.
Los espárragos están calculados a vida infinita y van sobrados.

B) El fabricante indica cambiar los espárragos si estos han superado una determinada longitud.
Es la respuesta de RDR, pero voy a matizarla.

A continuación muestro una curva de tensión/deformación.

http://1.bp.blogspot.com/_IgDQapamBoA/T ... ADtulo.png

En circunstancias normales, cuando estiramos una barra de acero y si no superamos el límite elástico, nos estaremos moviendo sobre la recta señalada como "Ley de Hooke". En la curva, el punto "a" marca el límite elástico. Si no superamos el límite elástico, la barra se descarga según la recta "Ley de Hooke" y no hay deformación.

Supongamos que estiramos la barra hasta superar el límite elástico, y nos situamos en el punto "c" que se encuentra dentro de la zona de deformación plástica. Si ahora descargamos la barra, esta lo hará según una línea paralela a la recta "Ley de Hooke" hasta llegar al punto de "deformación permanente". Ahora que la barra se ha deformado, si volvemos a estirar la barra nos moveremos sobre esta nueva recta, y el punto "c" será el nuevo límite elástico. Es decir, al deformar la barra estirándola hemos aumentado su límite elástico, pero hemos reducido su capacidad de deformación. Ahora la barra se puede estirar menos antes de que se rompa.

(A título teórico, y para los puristas, la curva anterior es muy esquemática. Existe un punto donde se produce el fenómeno de estrición, en el cual la barra no sólo se estira, sino que aparece una marcada reducción de su sección. A partir de ese punto la curva deja de ser tan bonita pues la deformación deja de ser proporcional a la tensión. En cualquier caso, el punto de rotura no se ve alterado. Es decir, el pretensado o la deformación por estiramiento aumentan el límite elástico, pero no el de rotura).

En un espárrago pretensado, el fabricante ha entrado en zona plástica. Por eso indica que se mida el espárrago para comprobar que no ha superado una longitud crítica. Un nuevo pretensado podría hacer que se entrase en la zona de estrición y el espárrago podría romperse en un determinado número de ciclos o, incluso, al darle el apriete.

C) Cambiar siempre los espárragos.
Puede ser por tres motivos.

El primero, que el pretensado sea tan extremo que el fabricante está seguro de que un nuevo apriete va a hacer que el espárrago se rompa. Repito que no soy experto en motores pero, ¿van tan al límite los fabricantes?

El segundo es la fatiga. Lamento insistir, pero la culata es un elemento que se encuentra sometido a cargas variables y, por tanto, también lo están los tornillos. Y como el espárrago no sólo es la sección resistente, sino también los hilos de rosca, la cabeza (si la trae), o la tuerca, también hay que calcular estos elementos a fatiga.

Adjunto documentación:

Elring, fabricante de tornillos para culatas. En la página 8 del pdf se muestran tornillos para culata con una caña diseñada para evitar (minimizar) la fatiga. Antes hay un apartado que explica cómo trabajan los espárragos de la culata. Recomiendo leerlo hasta el final pues, aunque está en inglés, explica lo que he comentado antes de las curvas de tensión y hasta hay una foto de un tornillo que ha sufrido estrición.

http://www.elring.de/fileadmin/Dateiabl ... web_en.pdf

Análisis por elementos finitos de una culata. En la página 8 del pdf se hace el análisis a fatiga.

http://www.gacsolucoes.com.br/pubs/STRU ... R_HEAD.pdf

En inglés, cálculo de tornillos sujetos a cargas cíclicas.

http://preview.insidepenton.com/MD/Bolt ... oading.pdf

MITcalc. Cálculo y comprobación de tornillos pretensados y sometidos a fatiga.
http://www.mitcalc.com/doc/boltcon/help/en/boltcon.htm

Y el tercero es la corrosión, sobre todo si la junta tórica se ha dañado y el agua caliente ha penetrado en la rosca del bloque motor.

Por lo demás, sigo siendo de la opinión de que el menú lateral debería eliminarse.

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Anerriphto ho kybos.

- 21 Ago 2013, 09:56 #327161

Muy interesante todo lo anterior, me pongo a ello un saludo y gracias.

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"La calidad perdura una vez olvidado el precio" Henry Royce

- 21 Ago 2013, 15:01 #327184

lo siento pero no, no, no y más no. los tornillos se cambian por deformacion plástica.

antaño, los separados iban sobredimensionados y se apretada a par. esto hacía que en casos de roscas sucias o cualquier otro problema pudiesen aparecer diferencias de apriete considerables. en la actualidad, se calculan y ejecutan a deformacion plástica, porque, una vez alcanzada esa zona, la tensión permanece prácticamente constante aunque aumente la deformacion. así sabemos que sí metemos todos tornillos en esa zona su apriete es prácticamente identico . como se hace esto? en dos fases. un preapriete a kilos y un final a grados. esto es, 7,5 kg + 90°, por ejemplo. con ese cuarto de vuelta nos aseguramos que estamos en fluenciaa , y aes paor eto por lo q hay que cambiar el tornillo, ya que sí reutilizasemos , a la segunda o tercera vez q le metiesemos los grados partiria. y sí, se deforma el vastag.o , no la rosca. y no hay más

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Gili-pollas no lleva tilde,pero se acentúa con el paso del tiempo..... Popular

- 22 Ago 2013, 14:57 #327231

En el documento del fabricante de espárragos sí menciona las cargas cíclicas, tanto de presión como de dilataciones,es por ello que tiene varios diseños en el espárrago para mejorar los efectos de la fatiga y también menciona un dato que me ha dejado y es que cito textualmente: "Estudios han demostrado que un perno de M10 calidad 10.9, puede caer su resistencia entre un 10 y un 15% con tan solo una variación de 0,3mm en diámetro(anteriormente Rdr dijo algo así y le quite razón), lo que puede dar lugar ha un estancado insuficiente de la junta". No dice el texto que se vaya a romper, pero lo que sí dice es que con la combinación de par de apriete y ángulo de apriete un espárrago estirado reutilizado no tensaría con la misma fuerza.
Si bien es cierto que esto son datos de un fabricante que quiere vender espárragos.



Vuelvo a reiterar que las cargas cíclicas existen pero son de muy baja entidad, que esfuerzo cíclico aguanta una pieza tensionada fuera de su límite elástico? mas bien poco y pocos ciclos.

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"La calidad perdura una vez olvidado el precio" Henry Royce

- 26 Ago 2013, 00:49 #327320

La verdad es que le he pegado una lectura muy por encima al hilo, porque ando bastante liado ultimamente, pero me ha hecho mucha gracia leer a Spam:

un preapriete a kilos y un final a grados

Por que? Pues porque es una norma no escrita que he oído muuuchas veces respecto al apriete de bujías: "Se aprietan a mano hasta que no se puede mas, y después un octavo de vuelta." Por lo demás a ver si puedo leer esos documentos.


Respecto al tema de los espárragos, un motor puede pasar varios cientos de miles de km sin abrir y sin cambiar espárragos, por lo tanto no veo que la fátiga sea el tema principal que ponga en peligro los espárragos.

http://en.wikipedia.org/wiki/Torque-to-yield_fastener

If these types of bolts are to be used a second time
or any subsequent times thereafter, the already permanently stretched bolts will stretch even
further and rapidly lose clamping load. The loss of clamping load could ultimately lead to
head gasket failure. The end user will ultimately have to pay for the extra cost of new bolts
when replacing a head gasket, but this is a relatively inexpensive form of insurance against
future head gasket failure

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Si utilizas al enemigo para derrotar al enemigo, serás poderoso en cualquier lugar a donde vayas

- 26 Ago 2013, 07:57 #327322

La verdad es que le he pegado una lectura muy por encima al hilo, porque ando bastante liado ultimamente, pero me ha hecho mucha gracia leer a Spam:

un preapriete a kilos y un final a grados

Por que? Pues porque es una norma no escrita que he oído muuuchas veces respecto al apriete de bujías: "Se aprietan a mano hasta que no se puede mas, y después un octavo de vuelta." Por lo demás a ver si puedo leer esos documentos.


Respecto al tema de los espárragos, un motor puede pasar varios cientos de miles de km sin abrir y sin cambiar espárragos, por lo tanto no veo que la fátiga sea el tema principal que ponga en peligro los espárragos.

http://en.wikipedia.org/wiki/Torque-to-yield_fastener

If these types of bolts are to be used a second time
or any subsequent times thereafter, the already permanently stretched bolts will stretch even
further and rapidly lose clamping load. The loss of clamping load could ultimately lead to
head gasket failure. The end user will ultimately have to pay for the extra cost of new bolts
when replacing a head gasket, but this is a relatively inexpensive form of insurance against
future head gasket failure

te hará gracia o no, pero léete la última línea y me cuen..

http://www.ajusa.es/subsecciones/14/PRO ... illos.aspx

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- 26 Ago 2013, 21:21 #327370

Algo de fatiga si que hay, a los fiables Toyota, en varios motores, a "x" kilómetros se van las roscas del bloque motor. Vamos que quedar mal por tres o cuatro hilos mas de rosca manda hue....

http://www.toyotanation.com/forum/104-5 ... bolts.html

http://www.avensisclub.com/smf_2/index. ... ic=22656.0

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