¿Los pernos del rotor están diseñados para cortarse?

Estaba jugando con un freno de disco por primera vez y logré cortar dos tornillos mientras los volvía a armar.

Curiosamente, ambos arrancaron la cabeza, dejando el eje roscado en el orificio roscado en el cubo. Pude quitar el eje usando alicates de punta de toro en ambas ocasiones.

Mirando de cerca los restos, la cabeza se ha desgarrado donde se fija al eje. ¿Es este un punto débil por diseño?

No, no estaba usando una llave dinamométrica porque no tengo una. Sin embargo, esto ocupa un lugar destacado en mi lista de deseos.

Para abordar directamente la pregunta en el título:

No hay razón para que un rotor esté diseñado para cortarse, y no tiene sentido que los pernos individuales puedan cortarse más fácilmente de lo que normalmente permitirían los materiales utilizados. Se podría argumentar que algo podría quedar atrapado en los agujeros del disco, haciendo que la rueda se bloquee, pero siempre existe el peligro de que algo quede atrapado en los radios o que un rodamiento se bloquee, o algo así, y no se toman medidas para " proteger "de estas situaciones.

Y debe tenerse en cuenta que el modo de falla de los pernos no permitiría que el disco gire libremente, ya que incluso con las cabezas rotas, los cuerpos de los pernos evitarían que el disco gire libremente. En todo caso, el disco saldría hacia afuera en un borde y haría que los frenos sean más propensos a atascarse.

La falla del perno aquí no es "por diseño" (a menos que alguien esté saboteando deliberadamente sus piezas para aumentar las ventas de piezas de repuesto).

Los tornillos de cabeza hueca de bajo perfil tienen una debilidad de diseño El botón reduce la cantidad de material alrededor de la cabeza y el casquillo hexagonal o Torx empotrado también hace lo mismo, exactamente en la interfaz del cuerpo del tornillo y la cabeza. En esta parte ampliada de su foto más grande, puede ver cuán poco material conecta la cabeza al resto del tornillo:

Debe tener cuidado al seguir las recomendaciones de torque con cabezales de bajo perfil, especialmente si está utilizando una broca torx en una llave de tubo regular. Como nota al margen, esta es una gran guía para las especificaciones de torque de los componentes de la bicicleta . Los tornillos del rotor no se deben apretar demasiado, y se deben apretar a la misma cantidad, para evitar que el rotor se deforme.

Dos cosas que puedes hacer:

• Las llaves dinamométricas son baratas y debe tener dos: una de rango bajo (<11 Nm) y una de rango alto (20-6 0 Nm). Las llaves dinamométricas de tipo viga son más precisas que las llaves dinamométricas de tipo clicker baratas y sin calibrar. En términos del rango bajo, muchas llaves dinamométricas automotrices no leen lo suficientemente bajo para los componentes de la bicicleta, especialmente los cuadros de carbono. Se supone que los rotores de los frenos tienen un torque de solo 6.2 Nm para Avid, 2-4 Nm para Shimano. Esta es una llave barata de US $ 25 que va de 2 a 10 Nm (88 in / lb, debe hacer la corrección imperial manualmente). Es ideal para los componentes más pequeños en bicicletas o para cuadros de carbono. Lo usé para mi propia actualización reciente de freno de disco.

  

• Si puede encontrar un tornillo Torx o hexagonal donde las roscas no suban hasta la cabeza, es un poco más fuerte. Pero debe tener cuidado de que esto no limite la profundidad del material que se retiene. Los rotores de freno de disco creo que tienen un grosor de 1.6 ~ 1.8 mm cuando son nuevos, por lo que solo debe tener alrededor de 1.25 ~ 1.5 mm de vástago sin rosca. Este es demasiado largo:

  

Tenga en cuenta que es posible que no tenga la culpa. El lémur borracho que inicialmente ensambló su cubo y rotor podría haber aplicado demasiado torque en la fábrica, debilitando fatalmente el tornillo. Entonces, cuando rehizo los frenos, estaba trabajando con un componente debilitado.

Como anexo, a pesar de que las cabezas de los tornillos de la tapa del botón son intrínsecamente débiles, la foto ampliada en la parte superior y aquí parece un poco extrema en cuanto al poco material que hay: el zócalo torx parece empotrado aún más de lo normal. Por lo tanto, no descarte un defecto de fabricación en los tornillos mismos ... aunque tampoco se debe descartar que puede ser una característica de diseño y no un error, diseñado para evitar que apriete demasiado los tornillos del rotor y se deforme el rotor. .

Los rotores de freno de disco con diseño de seis pernos están unidos con sujetadores M5. Para cortar la cabeza de un nuevo perno M5 se requiere un par considerable. El par de diseño para el perno de resistencia media es típicamente de 5 Nm. Debería tomar al menos el doble de ese par antes de que falle tan abruptamente. Un par de 10 Nm es aproximadamente equivalente a la fuerza de peso de 10 kg aplicada a una palanca de 10 cm. Esto requeriría un esfuerzo considerable cuando se utiliza una herramienta manual común (por ejemplo, una llave hexalobular X25 en forma de L).

Como esto sucedió con tornillos usados, debería sospechar una razón diferente para el fracaso. Por ejemplo, agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC) o fatiga por corrosión (CF).

"[SCC] es el crecimiento de la formación de grietas en un ambiente corrosivo. Puede conducir a una falla repentina inesperada de metales normalmente dúctiles sometidos a una tensión de tensión, especialmente a temperatura elevada". [ 1 ]

"[CF] es fatiga en un ambiente corrosivo. Es la degradación mecánica de un material bajo la acción conjunta de corrosión y carga cíclica". [ 2 ]

Los aceros blandos (es decir, el acero dúctil austenítico) a menudo corren el riesgo de sufrir SCC cuando están sujetos a cloro. (Los techos de armadura de madera sobre las piscinas son conocidos por colapsar debido a la falla de los pernos debido a SCC).

Si bien el ambiente en este caso no es particularmente corrosivo, el apriete excesivo previo de los pernos podría aumentar considerablemente la susceptibilidad del material a SCC. Una fuente corrosiva puede ser la sal, que es muy común en carreteras en altas concentraciones en climas fríos.

En un artículo de Hudgins et al [[3]] se discuten otras causas de fallas de sujetadores. También muestra y explica la superficie donde se rompió el sujetador. Puede comparar sus sujetadores con las imágenes para identificar estructuras típicas asociadas con diferentes modos de falla. En todos los casos, debería poder ver cómo ocurrió la sobrecarga dúctil, es decir, la última parte que se aferró a la cabeza.

tl; dr Una forma de corrosión podría haber dañado los pernos de modo que se rompan fácilmente. Es más probable que esto ocurra al apretar los sujetadores con demasiado torque .

curiosidades Hay un viejo proverbio alemán que encaja aquí: "Erst fest dann ab!". Una traducción aproximada es "Primero es apretada, luego rota".

[3]: A Hudgins, B James, FASM, Materiales y procesos avanzados , agosto de 2014, 18-22 http://www.asminternational.org/documents/10192/20564188/amp17208p18.pdf/5cddb014-2b4a-40a1-b0f6 -07b58906754d

Soy dueño de una bicicleta de carretera con frenos de disco, los he encendido y apagado innumerables veces en los últimos años, y nunca he tenido ningún tipo de problema con el cizallamiento de los tornillos.

Las cabezas de los pernos no deben cortarse fácilmente, a menos que esté aplicando una cantidad excesiva de torque. Para los pernos del rotor M5, Park recomienda:

Shimano - 18-35 pulgadas-lb, 2.0-4.0 Nm

Avid - 55 in-lb, 6.2 Nm

Magura - 35 in-lb, 4.0 Nm

Hayes - 50 in-lb, 5.6 Nm

Tampoco tengo una llave dinamométrica. Creo que tengo una buena idea de la cantidad de par que estoy poniendo en los pernos pequeños, como los pernos del rotor, el manillar, la tija del sillín, etc. Aprieto los tornillos del rotor y nunca he estado cerca de dañar uno. . Creo que puede tener algunos tornillos gastados / fatigados / defectuosos y le recomiendo que elija algunos nuevos. A menudo puede obtenerlos gratis de su LBS si lo solicita amablemente.