Sistema antiaflojamiento de conexiones roscadas

Las conexiones roscadas pueden estar sometidas a todo tipo de cargas variables en condiciones de funcionamiento, incluyendo vibraciones e impactos extremadamente intensos. Bajo la acción de estas cargas variables, la falla de las conexiones roscadas suele deberse a su propio aflojamiento y fatiga. En general, la vida útil de las conexiones roscadas frente al aflojamiento por vibración es mucho menor que la vida útil por fatiga de sus materiales y estructuras. Mucho antes de que se produzca el daño por fatiga, se produce la falla por aflojamiento de las conexiones roscadas, o bien, se produce un daño por fatiga prematuro en los conectores y las piezas conectadas debido al aflojamiento. La falla de las conexiones roscadas afectará el funcionamiento normal de los productos y equipos, e incluso puede tener graves consecuencias. Prevenir el aflojamiento de las conexiones roscadas es una de las tareas importantes en el desarrollo y diseño de elementos de fijación roscados.

Existen tres tipos básicos de métodos antiaflojamiento para conexiones de fijación roscadas:

1. Sistema antiaflojamiento no desmontable

Este método antiaflojamiento utiliza soldadura, unión o remachado para convertir una conexión roscada desmontable en una conexión roscada fija. Es un método tradicional muy fiable. Su desventaja radica en que los elementos de fijación roscados no se pueden reutilizar y su operación es engorrosa. Se utiliza con frecuencia en ocasiones importantes que requieren una alta fiabilidad en la prevención del aflojamiento sin necesidad de desmontaje.

• Soldadura: La tuerca se suelda al perno o el elemento de fijación a la pieza de trabajo.

• UniónAplique adhesivos como resina epoxi o adhesivo anaeróbico a la superficie de la rosca correspondiente. Una vez curado, el adhesivo une firmemente las roscas para lograr un bloqueo seguro y evitar que se aflojen. Los distintos adhesivos suelen tener diferentes capacidades de bloqueo. Los sujetadores recubiertos con resina epoxi tienen una alta resistencia de unión y no se pueden desmontar. Los sujetadores recubiertos con adhesivo anaeróbico se pueden desmontar, pero el adhesivo que queda en la superficie de la rosca después del desmontaje es difícil de limpiar y la rosca puede dañarse, por lo que no se deben volver a utilizar.

• Perforación/RemachadoEl método de remachado por punzonado se utiliza para provocar una deformación localizada del perno (o tornillo) y la tuerca tras el apriete, evitando así que se aflojen. Esta conexión es fiable y puede utilizarse para cualquier unión que no requiera desmontaje.

2. Sistema antiaflojamiento de fijaciones mecánicas

Los elementos de fijación mecánicos se utilizan para sujetar y fijar las piezas roscadas a las piezas conectadas o entre ellas, evitando así que se aflojen. La ventaja de este método radica en su fiabilidad contra el aflojamiento, que generalmente depende de la resistencia estática o a la fatiga del elemento de fijación (o del propio elemento, como la tuerca ranurada). Sus desventajas son el aumento del peso de la conexión, la dificultad de fabricación e instalación, y la falta de flexibilidad en la instalación, lo que resulta en un coste relativamente elevado. Gracias a su alta fiabilidad contra el aflojamiento, se siguen utilizando ampliamente en componentes importantes de productos mecánicos y aeroespaciales.

• Pasadores de chaveta con Tuercas ranuradasLos pasadores de chaveta se insertan en las ranuras de la tuerca y en los orificios del perno para fijar directamente la tuerca y el perno. Se pueden usar en piezas móviles importantes con una conexión floja sin apretar (es decir, sin aplicar precarga), como la conexión de las articulaciones móviles del joystick en la cabina de vehículos aeroespaciales y terrestres. También se pueden usar en piezas especialmente importantes que requieren alta fiabilidad para evitar el aflojamiento bajo condiciones de vibración severas y prolongadas. En este caso, las tuercas y los pernos deben apretarse con la precarga adecuada; de lo contrario, en una conexión floja sin apretar, los pasadores de chaveta o las tuercas sufrirán daños por fatiga, lo que provocará que los elementos de fijación se aflojen y fallen. Este tipo de accidentes ocurren con frecuencia en muchas conexiones sometidas a condiciones de trabajo extremas.

• Arandela de lengüetaUtilice una arandela de acero simple o doble para fijar la tuerca y la pieza conectada, o dos tuercas entre sí. Es fiable para evitar que se afloje y puede utilizarse para conexiones antiaflojamiento en piezas de alta temperatura. De uso común en componentes importantes de motores.

• Alambre de bloqueoUtilice alambre de acero para penetrar el pequeño orificio de la cabeza del tornillo o tuerca para conectar varios tornillos o tuercas entre sí y bloquearlos. Aunque el montaje es más laborioso, todavía se utiliza en ocasiones importantes, especialmente en piezas importantes de productos aeroespaciales, porque es fiable para evitar que se aflojen. Puede utilizarse para evitar que se aflojen pernos o tornillos en grupos.

3. Sistema antiaflojamiento mediante el aumento de la fricción.

El objetivo del sistema antiaflojamiento se logra aumentando la fricción entre las roscas o la cabeza del tornillo y la cara frontal de la tuerca, o bien aumentando la fricción de ambos simultáneamente. Este método antiaflojamiento es menos fiable que los dos anteriores, pero su mayor ventaja radica en que no está limitado por el espacio de uso, permite el montaje y desmontaje repetidos, ofrece flexibilidad de montaje y algunos elementos de fijación (como las tuercas de bloqueo con anillo de nailon y las tuercas de bloqueo totalmente metálicas) han alcanzado un nivel muy alto de fiabilidad antiaflojamiento. Por lo tanto, este método antiaflojamiento es el más utilizado en el sector de la fabricación de maquinaria y en la industria aeroespacial.

• Tuercas dobles:El método tradicional de montaje de tuercas dobles consiste en apretar primero la tuerca interior, luego la exterior y, finalmente, invertir el apriete de la interior. Esto provoca una ligera deformación elástica en las roscas entre las alturas de ambas tuercas, generando fricción adicional para evitar el aflojamiento. Sin embargo, la práctica ha demostrado que este método no es fiable para evitar el aflojamiento de las tuercas dobles. Su desventaja radica en que, al invertir el apriete de la tuerca interior, el sistema de fijación se descarga, disminuye la fuerza de sujeción y, por consiguiente, se reduce la capacidad de evitar el aflojamiento. El nuevo método de montaje elimina el procedimiento de "invertir el apriete de la tuerca interior", es decir, primero se aprieta la tuerca interior y luego la exterior, aplicando el mismo par de apriete a ambas, lo que permite mantener una mayor fuerza de sujeción. Pruebas nacionales e internacionales han demostrado que la capacidad de evitar el aflojamiento de las tuercas dobles con el nuevo método de montaje mejora notablemente. Entre los diversos métodos de evitación de aflojamiento para elementos de fijación roscados, este es uno de los que ofrece una mayor resistencia a las vibraciones. Aunque el uso de dos tuercas aumenta el peso, tiene una estructura simple, un buen efecto antiaflojamiento y se puede utilizar a altas temperaturas, por lo que todavía se utiliza en algunas ocasiones importantes, como para evitar que se aflojen las conexiones roscadas de los motores, etc.

• Tuercas de brida dentadas y pernosLa superficie de apoyo bajo la tuerca y la cabeza del tornillo está moleteada o dentada. Al apretar la tuerca o el tornillo, se genera resistencia por fricción entre la superficie de apoyo y la pieza conectada, especialmente cuando las estrías están incrustadas en la superficie de la pieza conectada, lo que proporciona un bloqueo muy firme. La forma dentada de las estrías de la superficie de apoyo y la fuerza de apriete durante el proceso influyen significativamente en el rendimiento del bloqueo. Una relación torsión-tensión estable y una fuerza de apriete suficientemente alta son requisitos previos para que este elemento de fijación mantenga su capacidad de bloqueo. Las pruebas han demostrado que posee buenas propiedades antiaflojamiento. No se puede utilizar con arandelas ni en conexiones roscadas que no soporten altas fuerzas de apriete o donde la superficie conectada sea sensible a arañazos y corrosión. Al utilizar este método antiaflojamiento, se debe prestar atención a la correcta coincidencia de dureza. En general, la dureza de la pieza sujeta debe ser inferior a la del elemento de fijación.

• Tuercas de seguridad totalmente metálicas:El extremo superior del cuerpo de la tuerca está cerrado con un extremo no circular o ranurado (este último también llamado tuerca de viga ranurada) para deformar parcialmente la rosca. Después de enroscar el perno en la tuerca, el extremo de esta se expande hacia afuera, y la elasticidad del extremo se utiliza para comprimir lateralmente el par de roscas, eliminando la holgura, aumentando la fricción y bloqueando firmemente el perno y la tuerca. El efecto antiaflojamiento es bueno, y la tuerca de viga ranurada tiene un mejor rendimiento antiaflojamiento. Cuando se utiliza con pernos de mayor precisión de rosca, el rendimiento antiaflojamiento puede mejorar; cuando se utiliza con pernos de mayor dureza, correspondiente a la dureza de la tuerca, la vida útil de la conexión, con montajes y desmontajes repetidos, puede mejorar significativamente. Entre las tuercas de bloqueo totalmente metálicas, la tuerca de viga ranurada tiene la mejor reutilización. Puede utilizarse para cualquier pieza de conexión de fijación, excepto la pieza móvil.

• Tuercas de seguridad con inserto de nailon: Un anillo de nailon está incrustado en el extremo superior de la tuerca, y su diámetro interior es ligeramente menor que el diámetro de la rosca. Al enroscar el perno, la rosca interior se comprime a través del anillo de nailon, y el material de nailon, extremadamente elástico, genera una gran resistencia a la fricción con el perno, logrando un bloqueo fiable. Ofrece un buen rendimiento antiaflojamiento y permite montajes y desmontajes repetidos. Es adecuado para su uso en lugares sometidos a fuertes impactos y vibraciones. Puede utilizarse con cualquier perno, desde baja hasta alta precisión, y también con pernos de baja a alta resistencia. La temperatura de funcionamiento está limitada por el material del anillo de nailon, generalmente entre -50 °C y +100 °C.

• arandelas elásticasUtiliza la tensión del resorte para proporcionar bloqueo en conexiones roscadas. Sus ventajas son su estructura simple, bajo costo y facilidad de uso. Se utiliza ampliamente para evitar el aflojamiento en partes no críticas de equipos electromecánicos en general. Dado que las arandelas elásticas tienen un efecto antiaflojamiento deficiente, no son adecuadas para su uso en piezas sometidas a impactos y vibraciones intensas; además, las arandelas de acero electrogalvanizado o cadmiado suelen producir fractura por fragilización por hidrógeno retardada, lo que genera peligros ocultos difíciles de detectar y accidentes posteriores. Por lo tanto, las arandelas elásticas no se utilizan en aplicaciones críticas.

• Arandelas de seguridad dentadasAl apretar tuercas o tornillos, los dientes de las arandelas se aplanan, aumentando la resistencia a la fricción entre las roscas y la superficie de apoyo, lo que proporciona un efecto de bloqueo a la conexión roscada. Dado que los dientes quedan incrustados en la cabeza del tornillo (o tuerca) y en la superficie de las piezas conectadas, el daño que provocan aumenta la susceptibilidad a la corrosión y, en el caso de elementos de fijación o piezas conectadas sometidas a altas tensiones, estos daños pueden provocar grietas. Al someterse a grandes fuerzas de apriete, los dientes de las arandelas pueden agrietarse o romperse.

• Michelle
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