Calculadora de Parell de Subjecció - Especificacions Precises de Parell per a Fixadors

Una calculadora del parell de collament de cargols estima el parell que necessita un cargol per assolir una força de subjecció determinada. Utilitza el diàmetre del cargol, el pas de rosca, el material i la classe de resistència per calcular un valor de parell en newtonmetres (Nm).

Com funciona el parell dels cargols

En girar un cargol amb una clau s’aplica un parell, és a dir, una força de rotació. La major part d’aquest parell venç la fricció: una part, a la rosca, i una part més gran, sota el cap del cargol. Només una petita part estira lleugerament el cargol, com una molla, i crea la força de subjecció que manté unida la junta. Aquesta força de subjecció s’anomena precàrrega o tensió. Com que la fricció absorbeix la major part del parell, l’estat superficial del cargol i el fet que estigui lubricat o no canvien la força de subjecció que produeix un parell determinat.

Com calcular el parell dels cargols

La fórmula estàndard de relació entre parell i tensió és:

$T = K \times D \times F$

• T — parell, en newtonmetres (Nm)
• K — coeficient de parell, un factor de fricció determinat pel material i la lubricació
• D — diàmetre nominal del cargol, en metres
• F — càrrega de subjecció (precàrrega), en newtons (N)

El diàmetre ha d’estar expressat en metres, no en mil·límetres. Un cargol de 10 mm s’introdueix com a 0,01 m en aquesta fórmula. Utilitzar directament mil·límetres fa que el parell resulti 1.000 vegades massa gran.

Coeficient de parell (K)

El coeficient de parell representa la fricció. Un valor K més baix significa que es perd menys parell per fricció i que, per tant, una part més gran es converteix en força de subjecció. Aquesta calculadora utilitza aquests valors:

Càrrega de subjecció (F)

La càrrega de subjecció és la força axial que un cargol collat exerceix sobre la junta. Aquesta calculadora fixa la càrrega de subjecció objectiu en el 75 % de la càrrega de prova del cargol, un objectiu habitual per a una unió que es pugui desmuntar i tornar a muntar:

$F = 0.75 \times S_p \times A_s$

Sp és la tensió d’assaig mínima de la classe de resistència del cargol, definida per la norma ISO 898–1. As és l’àrea resistent a la tracció, la secció transversal efectiva del tram roscat que suporta la càrrega:

$A_s = \frac{\pi}{4} \times (d - 0.9382 \times P)²$

Aquí, d és el diàmetre nominal i P és el pas de rosca, tots dos en mil·límetres. As és més petita que l’àrea del tram llis perquè la rosca elimina material.

Tensió de prova per classe de propietats:

El material i la classe de propietats es configuren per separat en aquesta calculadora. Escollir «Acer inoxidable» no canvia ni restringeix les classes de propietats disponibles; les cinc classes anteriors s’apliquen independentment del material.

Exemple resolt

Prenem un cargol d’acer M10, amb un diàmetre nominal de 10 mm, un pas de rosca de 1,5 mm, classe de propietats 8,8 i collat en sec.

1. Àrea resistent a la tracció: As = (π/4) × (10 − 0,9382 × 1,5)² ≈ 57,99 mm²
2. Tensió de prova: Sp = 580 MPa, ja que el diàmetre és igual o inferior a 16 mm
3. Càrrega de subjecció: F = 0,75 × 580 × 57,99 ≈ 25.225 N
4. Parell: T = 0,20 × 0,01 × 25.225 ≈ 50,45 Nm

El mateix cargol, lubricat en lloc de sec (K = 0,15), necessita aproximadament 37,84 Nm, aproximadament una quarta part menys. La lubricació redueix la fricció, de manera que es desaprofita menys parell i una part més gran es converteix en força de subjecció.

Referència ràpida: cargols d’acer, classe de propietats 8,8

Parell aproximat per a una rosca estàndard de pas normal, amb una precàrrega del 75 %:

Aquestes xifres pressuposen la classe de propietats 8,8 i una precàrrega objectiu del 75 %. Una classe, un material o una precàrrega diferents canvien el resultat; per obtenir una xifra exacta, utilitzeu la calculadora anterior.

Càlcul del parell en codi

1def bolt_torque(diameter_mm, torque_coefficient, tension_n):
2    diameter_m = diameter_mm / 1000  # convert mm to m
3    return round(torque_coefficient * diameter_m * tension_n, 2)
4
5torque = bolt_torque(10, 0.20, 25225)
6# 50.45
7

El diàmetre s’ha de dividir per 1000 abans de multiplicar-lo per K i F. Ometre aquest pas produeix un parell 1.000 vegades massa gran.

Supòsits de la calculadora

• Temperatura ambient, aproximadament 20–25°C
• Rosques netes i sense danys, amb un acoblament adequat
• Precàrrega objectiu del 75 % de la càrrega de prova del cargol
• Junta estàtica, no exposada a vibracions intenses ni a cicles tèrmics

Aquesta calculadora admet diàmetres nominals d’entre 3 mm i 36 mm. Per a juntes en què una fallada pugui causar lesions o danys importants —recipients a pressió, estructures d’acer o components aeroespacials— cal utilitzar l’especificació de parell del fabricant o una norma d’enginyeria pertinent. Les juntes reals incorporen factors com la compressió de juntes d’estanquitat, l’expansió tèrmica i la variació de la fricció entre elements de fixació individuals, que una fórmula general no pot reflectir.

Preguntes més freqüents

Què és una calculadora del parell dels cargols?

És una eina que estima el parell de collament, en newtonmetres, necessari perquè un cargol assoleixi una força de subjecció determinada. Rep com a dades d’entrada el diàmetre del cargol, el pas de rosca, el material i la classe de propietats.

Com puc calcular manualment el parell d’un cargol?

$T = K \times D \times F$, amb D en metres. K prové d’una taula de coeficients de parell per al material del cargol i la seva condició de lubricació. F depèn de la classe de propietats del cargol i de l’àrea resistent a la tracció, i normalment s’estableix en 75 % de la càrrega de prova per a una unió que es reutilitzarà.

Què passa si es collar un cargol amb un parell excessiu?

Es pot allargar més enllà del seu límit elàstic, pot arrencar la rosca o es pot trencar. Les rosques d’alumini es fan malbé amb especial facilitat. Un parell excessiu també escurça la vida a fatiga del cargol, perquè aleshores funciona més a prop del seu límit de fluència i queda menys marge per a càrregues addicionals durant l’ús.

Què passa si es collar un cargol amb un parell insuficient?

La junta es pot afluixar a causa de les vibracions, pot tenir fuites si comprimeix una junta d’estanquitat o pot permetre que les peces es desplacin sota una càrrega lateral. Els cargols amb un parell insuficient també tenen més probabilitats d’esquerdar-se per cicles repetits de tensió, ja que la força de subjecció que normalment absorbeix aquesta tensió és massa baixa.

La lubricació canvia el parell que necessita un cargol?

Sí. La lubricació redueix el coeficient de parell en disminuir la fricció; així, es perd menys parell aplicat i una part més gran es converteix en força de subjecció. Normalment, un cargol d’acer lubricat necessita aproximadament un 25 % menys de parell que el mateix cargol en sec per assolir la mateixa càrrega de subjecció.

Quina diferència hi ha entre el parell i la tensió d’un cargol?

El parell és la força de torsió aplicada amb una clau. La tensió, també anomenada pretensió, és l’allargament resultant a l’interior del cargol, que produeix la força de subjecció. Tots dos conceptes estan relacionats per la fricció, de manera que el mateix valor de parell pot produir diferents tensions segons la lubricació i l’estat de les superfícies.

Aquesta calculadora es pot utilitzar per a cargols d’acer inoxidable?

Sí. Aquesta calculadora té coeficients propis per a l’acer inoxidable: 0,22 en sec i 0,17 lubricat, tots dos superiors als de l’acer ordinari, perquè l’acer inoxidable ofereix més resistència al lliscament i és propens al gripatge, una forma de bloqueig de la rosca causada per la fricció. En unions entre peces d’acer inoxidable s’utilitza habitualment un compost antigripant per evitar-lo.

Referències

1. International Organization for Standardization. ISO 898-1:2013 — Propietats mecàniques dels elements de fixació d’acer al carboni i acer aliat, part 1: perns, cargols i espàrrecs amb classes de propietats especificades.
2. Fastenal Engineering. Relació entre parell i tensió, classes de propietats ISO 898–1 4,6, 8,8, 10,9 i 12,9, rosca mètrica de pas gruixut.
3. Motosh, N. (1976). «Development of Design Charts for Bolts Preloaded up to the Plastic Range». Journal of Engineering for Industry, 98(3), 849–851.