Sujetadores y Vibración
Sujetadores, vibración y cómo evitar que un perno se afloje
Una de las principales ventajas de los sujetadores roscados sobre las soluciones de sujeción permanentes es que se pueden reutilizar si es necesario, pero bajo ciertas condiciones, su remoción es también uno de sus mayores riesgos. Con la oportunidad de la remoción viene la posibilidad de que los sujetadores se suelten sin querer, y esto es particularmente común cuando hay vibración. Los primeros tornillos de metal en realidad se inventaron como una respuesta directa al problema de la vibración. Los primeros tornillos eran simplemente clavos modificados y se popularizaron como sujetadores de armas que resistían el aflojamiento durante los disparos. A pesar de que la vibración es un problema generalizado dentro de la industria, la causa, el efecto y, en particular, la prevención de la vibración se malinterpretan ampliamente. Hoy en día todavía se utilizan componentes antivibración incorrectos e ineficaces, y una comprensión teórica de por qué se produce la vibración es vital para evitar confusiones al seleccionar la mejor solución al problema.
Causas del aflojamiento vibracional
La vibración está en todas partes. La resonancia de fondo impregna todas las cosas (con la excepción de las aspiradoras), aunque rara vez alcanza una magnitud que cause una preocupación seria. Las vibraciones son las oscilaciones consecuentes causadas por movimientos y sonidos, y pueden ser deseables, como en el caso de los instrumentos musicales, o indeseables, como en el caso de una maquinaria violenta que se rompe a sí misma. La vibración puede ser un peligro importante para los ingenieros y, en casos extremos, puede tener un potencial devastador: incluso se sabe que la resonancia amplificada causada por los soldados que marchan al paso destruye puentes colgantes. En el uso diario, la vibración suele ser menos dramática, pero no menos problemática. En la mayoría de los casos, la vibración actúa gradualmente, aflojando lentamente los sujetadores durante períodos de semanas, meses o incluso años, lo que hace que los sujetadores pierdan su precarga y se vuelvan poco confiables. La vibración es particularmente problemática en la era de la electrónica moderna miniaturizada, porque a medida que los dispositivos como los teléfonos móviles se vuelven más pequeños y livianos, también lo hacen sus componentes; y los sujetadores más pequeños y livianos son significativamente más susceptibles de aflojarse bajo la vibración. Esto es particularmente común dentro de las computadoras, que están continuamente sujetas a vibraciones de alta frecuencia de ventiladores o unidades de disco y, a menudo, se mantienen unidas con sujetadores en miniatura para ahorrar espacio. El aflojamiento bajo vibración también puede causar un desgaste innecesario dentro de un conjunto, ya que los sujetadores que se aflojan o se precargan incorrectamente (particularmente los pernos con secciones sin rosca) pueden moverse libremente. En el mejor de los casos, los sujetadores sueltos causarán un ruido no deseado y, en el peor de los casos, se desgastarán y debilitarán con el tiempo, lo que podría provocar una falla estructural.
La prueba de Junker
Una de las áreas de investigación más importantes sobre los efectos de la vibración en los sujetadores se conoce como la prueba de Junker, desarrollada en 1969 por el ingeniero alemán Gerhard Junker. Junker desarrolló una máquina para ejercer intencionalmente fuertes fuerzas de vibración lateral sobre un perno: la máquina Junker tuvo tanto éxito que artilugios similares ahora se han vuelto comunes en las instalaciones de prueba de sujetadores. Junker descubrió que la vibración lateral al eje del sujetador generaba condiciones de aflojamiento mucho más severas que las vibraciones que viajaban a lo largo del eje del sujetador. En consecuencia, esto significa que los sujetadores roscados que enfrentan fuertes vibraciones laterales se aflojarán significativamente más rápido que aquellos bajo vibración axial; esto se debe a que las fuerzas laterales se deslizan contra la parte inferior de la cabeza de un tornillo, provocando la rotación del tornillo, mientras que las vibraciones axiales simplemente empujan contra las roscas del sujetador, lo que representa un uso de energía mucho menos eficiente. En la mayoría de las aplicaciones, es difícil aislar estos dos tipos de vibración, y ambos se encuentran a menudo simultáneamente, pero son los movimientos laterales los que causan el mayor efecto. La prueba de Junker también sirvió para resaltar que ciertos sujetadores comercializados como ‘antivibración’ son más efectivos que otros. En particular, Junker se centró en las arandelas elásticas, que se han utilizado como componentes antivibración para todo uso durante muchos años. Argumentó que este tipo de arandela solo es adecuado para aplicaciones de trabajo liviano y potencialmente incluso perjudicial en aplicaciones sujetas a fuertes vibraciones. . Una máquina Junker confirmó su teoría. La razón de esto es que las vibraciones actúan sobre ambos lados de una tuerca a la vez, esencialmente intentando girar tanto en el sentido de las agujas del reloj como en el sentido contrario a las agujas del reloj al mismo tiempo: componentes como las arandelas elásticas, que concentran la presión en un solo punto de una tuerca o tornillo. cabeza, acelera el proceso de aflojamiento al anular efectivamente las fuerzas de apriete opuestas en el lado opuesto de una tuerca.
Medidas preventivas
La vibración en la ingeniería no es nada nuevo, y las soluciones al problema se desarrollan y mejoran continuamente. Con respecto a los sujetadores, hay varios productos disponibles para resolver este problema, y algunos son más adecuados que otros, dependiendo de la aplicación:
casilleros de hilo – Los compuestos de bloqueo de roscas son notablemente comunes, tanto que es probable que muchas personas los hayan visto sin siquiera darse cuenta. Los casilleros de roscas son los parches a menudo de colores brillantes que se pueden encontrar con frecuencia en los tornillos que se usan en las computadoras y otros dispositivos electrónicos. Muchos afirman incorrectamente que estos parches de colores son para detectar la manipulación, pero en realidad son una de las soluciones más efectivas y rentables para aumentar la fricción de la rosca y aumentar la resistencia a la vibración de un ensamblaje. Además, el compuesto de bloqueo de roscas de Accu se puede agregar a casi cualquier sujetador y tiene el beneficio adicional de combinarse potencialmente con algunas de las opciones que se enumeran a continuación.
Tuercas de bloqueo – una serie de tuercas especializadas están diseñadas teniendo en cuenta las cualidades antivibración y están diseñadas específicamente para resistir el aflojamiento una vez instaladas. Las tuercas de seguridad totalmente metálicas y las tuercas de seguridad de nailon son muy eficaces para resistir las vibraciones. Las tuercas de bloqueo totalmente metálicas tienen una serie de roscas apretadas en un lado, que sujetan las roscas de un tornillo una vez instaladas. Las tuercas de bloqueo de nailon tienen un sistema de bloqueo similar creado por un manguito de nailon elástico, que se deforma alrededor de las roscas de los tornillos para una mayor resistencia al aflojamiento.
Roscas trilobulares – estos son sujetadores con un perfil de rosca redondeado, pero ligeramente triangular. Los huecos de una rosca trilobular permiten que la carcasa del objetivo fluya en frío o se deslice alrededor de ellos, otorgando una mayor resistencia a la vibración. Los hilos trilobulares tienen la ventaja añadida de ser muy efectivos en el corte de hilos, pero su forma irregular de hilo significa que su resistencia a la vibración se reducirá considerablemente con el uso repetido, haciéndolos más útiles como solución semipermanente.
Dentado debajo de la cabeza – esta característica se puede encontrar en los pernos hexagonales dentados y los tornillos de cabeza hueca dentados de Accu. Las cabezas dentadas están diseñadas para morder en una carcasa de destino para resistir el aflojamiento, y se utilizan mejor en aplicaciones donde las arandelas no son adecuadas. Dispositivos de bloqueo positivo – Podría decirse que la defensa infalible contra la vibración es un dispositivo de bloqueo positivo, como una tuerca almenada, que se bloquea en su lugar mediante un pasador partido después de la instalación. Los productos fijados con tuercas almenadas no pueden girar más allá de cierto punto y son completamente resistentes a las vibraciones.
Otras causas de aflojamiento
Aunque la vibración es una consideración esencial cuando se fabrica un ensamblaje, ciertamente no es la única causa del aflojamiento de los sujetadores. Otros problemas que pueden conducir al aflojamiento incluyen el empotramiento, donde un área particular de un sujetador se clava en una superficie de contacto, creando un área localizada de alta presión. Esto hace que el resto de la superficie ceda lentamente, igualando la presión, provocando relajación, pérdida de precarga y falla por fatiga. El empotramiento puede deberse a varios problemas, incluidas las superficies de contacto desiguales, la expansión térmica y, de manera un tanto confusa, la vibración. Otro problema que puede causar que el sujetador se afloje es la excoriación. La excoriación ocurre cuando se forman soldaduras en frío entre dos superficies en contacto. Excoriación que causa fragilidad en las roscas de un tornillo, lo que en última instancia puede conducir a la rotura parcial o total de la rosca. La excoriación es común cuando las superficies de contacto se fabrican con el mismo grado de metal, ya que las estructuras cristalinas similares son más susceptibles a la soldadura en frío. En última instancia, el aflojamiento de los sujetadores es un problema grave que puede ocurrir en una amplia variedad de condiciones. Es importante mantener la vigilancia sobre una gama completa de peligros potenciales, ya que la amortiguación de vibraciones por sí sola no garantiza la longevidad de un ensamblaje, pero si se toman las precauciones correctas y se utilizan los componentes resistentes a las vibraciones ideales para una aplicación, el potencial de aflojamiento por vibración puede reducirse sustancialmente.