Il sistema di collegamento tramite viti riveste una parte molto importante nella tecnica. Per questo motivo è opportuno approfondire alcuni aspetti spesso trascurati, relativi al precarico.





Negli assiemi di serraggio, la stabilità del sistema è garantita dalla forza di compressione delle 2 o più parti che lo compongono.
Tale forza, di compressione assiale, definita precarico, si ottiene con il serraggio degli elementi di unione, ad esempio viti, che è il caso in esame in questo articolo.
Alla compressione esercitata sulle 2 o più parti in cui si compone il giunto, per reazione, segue uno stato tensionale di trazione sugli elementi di unione.
La zona in tensione, corrispondente geometricamente al tratto di compressione degli elementi del giunto, è chiamato “altezza di compressione” (o anche “pacco” nel gergo d’officina).
La misura di questa altezza è data ad assieme non serrato e corrisponde, per le viti, al tratto interno tra il piano sotto testa ed il piano del primo filetto in presa (nel caso di viti prigioniere e tiranti è il tratto compreso tra il piano del primo filetto in presa del dado da avvitare e il primo filetto in presa dalla parte opposta).

La trasmissione di queste coppie di serraggio avviene generalmente applicando una coppia alla testa della vite.
Tuttavia, al contrario di quanto ci si potrebbe aspettare, non tutta l’azione della coppia viene trasferita al giunto e trasformata in azione di serraggio (trazione della vite e compressione del giunto).
Per effetto di attriti anche molto variabili sotto la testa della vite e nel contatto dei filetti in presa, solo una frazione, spesso piuttosto modesta, della coppia applicata, si trasforma in precarico assiale.
Tale valore poi non è affatto costante, ma varia in larga misura a causa della variabilità degli attriti stessi.
Ciò può provocare a volte spiacevoli inconvenienti!!

Per misurare la coppia esercitata si possono utilizzare vari metodi, tra cui cito due tra i più comunemente impiegati:

• chiave dinamometrica
• misura dell’angolo di serraggio 

Con questi sistemi tuttavia, non si ha una misura diretta del reale precarico trasmesso agli elementi di unione, che in ultima analisi è lo sforzo normale agente sulla vite.

In maniera semplificata si può dire che la coppia di serraggio si suddivide in queste componenti:

Dove
Ca = coppia di attrito tra sottotesta vite, bullone, dado
Cb = coppia di attrito nei filetti di vite e madrevite
Cc = coppia utile, trasformata in tensione assiale sulla vite

Tralascio le espressioni matematiche dei singoli fattori, per i quali rimando a testi specialistici.

Faccio presente però che i primi due termini sono proporzionali a coefficienti di attrito tra gli organi in presa, i cui valori sono estremamente variabili!

Da calcoli e anche rilievi statistici si è osservato che solo un valore variabile tra il 5% ed il 40 % della coppia di serraggio viene trasferita in azione utile, tutto il resto andando in attriti.

Per rendersi conto della estrema variabilità delle grandezze in gioco è sufficiente consultare le tabelle delle coppie di serraggio che si possono trovare su cataloghi di chiavi dinamometriche, viteria e oggi anche su internet.
In genere in tali tabelle il valore della coppia di serraggio è espressa in funzione del diametro della filettatura (valore comunque noto o misurabile) e dalla “condizione di lubrificazione” degli elementi oltre che dai trattamenti superficiali.
Da questi parametri dipendono i coefficienti di attrito di cui sopra, e sono proprio questi ultimi i dati sui quali non è possibile avere una assoluta certezza.

Il rischio che si corre a causa di questa incertezza è quello di:

• applicare un precarico eccessivo, portando a volte anche alla rottura dell’elemento di unione durante il serraggio
   
• applicare un precarico insufficiente, mettendo a repentaglio la stabilità della giunzione, o introducendo azioni non previste in fase progettuale, come ad esempio cicli affaticanti, che possono portare a spiacevoli rotture in esercizio, anche a fronte di carichi inferiori ai limiti di rottura degli elementi di unione!

Nei casi in cui sia necessario procedere a unioni filettate e si voglia avere la assoluta certezza del precarico trasmesso, è necessario dunque procedere ad una misura diretta di tale valore, e non a misure indirette come quelle della coppia di serraggio, dell’angolo, o miste.

Quindi, ricordando dalla scienza delle costruzioni che nei casi di sforzo a trazione vale (in campo elastico) la:

Dove :
F = precarico
E è il modulo di Young della vite
A la superficie resistente
L la lunghezza
DL è l’allungamento dovuto alla trazione

Per ogni data unione filettata tutti i termini a secondo membro sono costanti ad eccezione dell’allungamento, che è dunque direttamente proporzionale al precarico (questa affermazione è valida in campo elastico, rimando a testi specializzati le considerazioni valide per deformazioni plastiche).

Quindi l’unico modo di sapere con certezza il valore del precarico è quello di misurare l’allungamento.
Tale misurazione non risulta sempre molto agevole, trattandosi nei casi più comuni d’officina di dover misurare allungamenti dell’ordine del millimetro e quindi con tolleranze dell’ordine del decimo o anche inferiori.

Per le esigenze più spinte esistono in commercio degli strumenti, basati sugli ultrasuoni, in grado di misurare con estrema precisione tali allungamenti, e quindi garantire una maggiore e più costate qualità dei serraggi.

Va detto comunque, per non creare falsi allarmismi, che generalmente, nella progettazione di tali unioni si tiene conto di tutte queste incertezze e quindi negli utilizzi della meccanica media comune ci si può affidare ai valori tabulati senza particolari rischi.

Tuttavia, consci di quanto sopra esposto, si potranno seguire le istruzioni di serraggio con una maggiore cautela ed un maggiore spirito critico.