Bloqueo de tornillo

Bajo las medidas de fijación del perno debe entenderse que previene el aflojamiento o aflojamiento involuntario de una conexión roscada . El aflojamiento ocurre por oscilación (vibración), fuerzas transversales, longitudinales o torsionales fuertes o que cambian repetidamente, por corrosión o fraguado de la conexión . Se reduce la fuerza de pretensado como principio de funcionamiento de la conexión por tornillo. Esto se evita con adhesivos o elementos de formas especiales adicionales. El requisito previo es que la precarga (par de apriete) y la resistencia de los materiales utilizados para los tornillos coincidan con el material de las piezas a atornillar. Ya no se recomiendan las arandelas de resorte ni las arandelas de resorte (se han retirado las normas).

Información general

Especialmente en la producción a gran escala, el bloqueo por tornillo significa un gasto adicional en términos de material, logística, montaje, procesamiento y también el riesgo de no instalación o un defecto en el bloqueo del tornillo o el resultado del montaje. Por lo tanto, el objetivo de cada conexión por tornillo es prescindir en la medida de lo posible de medidas de seguridad adicionales. Las uniones roscadas críticas que deben cumplir altos estándares de seguridad, son difíciles de ver o no pueden verse en absoluto o están expuestas a cargas desfavorables, se dimensionan constructivamente teniendo en cuenta las condiciones ambientales.

compromiso

Conexión por tornillo de una turbina de avión asegurada por cableado

En caso de dudas o incumplimiento de las longitudes de sujeción mínimas necesarias de las conexiones roscadas o condiciones ambientales poco claras, los dispositivos de bloqueo con tornillos siguen siendo habituales o adecuados. Un ejemplo de conexión por tornillo que no se ha realizado de forma profesional y adecuada es la fijación de guardabarros de aluminio a los cuadros de acero de las bicicletas. Aquí, la fuerza de sujeción del tornillo se cancela con el tiempo debido al flujo de aluminio y a las influencias electroquímicas corrosivas. La conexión roscada se afloja y el orificio de la placa protectora de aluminio es golpeado por las vibraciones durante la conducción.

Con cargas dinámicas , especialmente perpendiculares al eje del tornillo (carga transversal), las uniones atornilladas tienden a aflojarse. Un remedio contra la falla de este componente es principalmente el diseño y la construcción correctos de la conexión por tornillo. El siguiente es un principio en la ingeniería mecánica:

• Los componentes a conectar deben rendir lo menos posible (grandes secciones transversales, sin fluencia , alto módulo de elasticidad , si es factible en términos de diseño), es decir, deben ser rígidos.
• La conexión por tornillo asociada, por otro lado, debe ser lo más flexible posible (por ejemplo, utilizando tornillos de expansión )
• Conexiones roscadas con pernos y tuercas de alta resistencia. Estos solo son útiles si se pueden apretar en consecuencia (uso extensivo de la resistencia del tornillo) y no se producen deformaciones plásticas en las partes sujetadas (presión superficial límite).

En lugares donde tales medidas no son posibles, las uniones roscadas de baja resistencia se pueden asegurar con adhesivo , con tuercas de forma especial con insertos de plástico (tuercas autoblocantes), con tuercas almenadas con chavetas o mediante cableado ( bloqueo de alambre ) . Fijar tornillos en piezas de aluminio puede, p. Ej. B. puede realizarse mediante insertos de rosca autobloqueantes o roscas especiales. El uso de tornillos de acero inoxidable en estos insertos puede provocar un ataque. Una excepción compleja es el método que utiliza la rosca de la tuerca de fijación como roscas a la derecha para ejecutar, la rosca asociada de la contratuerca en el perno, por otro lado, como una rosca a la izquierda . Este método es común en la minería , así como en bicicletas viejas con piñones atornillados en el cubo de la rueda trasera .

Cuando se usa una tuerca almenada y un pasador hendido, el perno y la tuerca se aseguran entre sí. Para uniones roscadas de alta resistencia , solo hay unas pocas opciones de sujeción adicional si el uso de la fuerza del tornillo y la alta fuerza de pretensado asociada no conduce al éxito:

• Tornillos y tuercas de trinquete
• Arandelas de seguridad (simples o dobles)
• Pegado (adhesivo líquido o microencapsulado)

Cálculo de conexiones por tornillo

Al diseñar, calcular y verificar las conexiones roscadas, se utiliza el siguiente principio para determinar la fuerza de precarga:

• Determinación de la axial máxima y mínima de operación de carga
• Determinación y selección de las denominadas propiedades de juntas parciales o de partición y parámetros del material en función de la situación de instalación especificada de construcción.
• Determinación o estimación de los valores de fricción que se producen lubricando la conexión roscada antes del apriete para determinar el llamado par de apriete de la conexión roscada.
• Determinación y definición de la forma y con qué se aprieta el atornillado
• Consideración de las propiedades del material de las uniones roscadas en el rango de temperatura planificado
• Prueba de resistencia a la fatiga en el caso de aplicaciones de fuerza dinámica o alterna

En el primer cálculo de tiro, el tamaño o la sección transversal de la conexión roscada se puede determinar aproximadamente utilizando la fuerza de precarga y el coeficiente de fricción en función de la carga de funcionamiento axial y el par requerido al apretar la conexión roscada.

También se tiene en cuenta el llamado comportamiento de asentamiento o fluencia. Se entiende por fraguado el "prensado" o aplanamiento de "picos de montaña" de la rugosidad superficial existente o flexibilidad de los materiales tensados debido a la fuerza de pretensado introducida al apretar la unión roscada. Este efecto puede ser especialmente eficaz con materiales blandos, p. Ej. B. sellos, ya después de un corto período de funcionamiento, conducen a la eliminación de la precarga y, por lo tanto, a la efectividad de la conexión por tornillo. También se tienen en cuenta el llamado par de aflojamiento y la fuerza necesaria para aflojar (desenroscar) la conexión roscada. A continuación, se comprueba el comportamiento de la conexión por tornillo en el rango de temperatura previsto para los materiales utilizados en función de la situación de instalación. El diferente comportamiento de los materiales utilizados, tal. B. se tiene en cuenta la expansión térmica .

Finalmente, como regla general, se debe proporcionar una prueba de la resistencia a la fatiga de la conexión por tornillo, incluidos los componentes a sujetar. Aquí, la resistencia de los componentes utilizados se verifica sobre la base de los materiales utilizados, la situación de instalación, el diseño geométrico de los componentes y el número y tipo de cambios de carga en la carga dinámica (oscilante). En algunas industrias está permitido que esta verificación se pueda realizar con la ayuda de un cálculo FEM , teniendo en cuenta el comportamiento de temperatura de los componentes.

Las siguientes condiciones de contorno se aplican generalmente al diseño matemático:

• Las conexiones atornilladas solo están precargadas, las fuerzas transversales que se producen (fuerzas que hacen que la conexión atornillada se desplace o se corte) también deben tenerse en cuenta como carga de funcionamiento a través del coeficiente de fricción.
• El apriete y aflojamiento repetidos de una conexión roscada generalmente debe tenerse en cuenta mediante un cálculo de prueba adicional. En el caso de uniones roscadas sometidas a grandes esfuerzos, generalmente se asume que todos los tornillos y elementos de seguridad deben reemplazarse por componentes nuevos sin usar.
• El par de apriete aplicado a la conexión roscada es constante después del montaje.
• No se aprieta demasiado ni se excede deliberadamente el par de apriete especificado durante el montaje.
• El montaje se realiza con herramientas estandarizadas. Generalmente no se permite el uso de extensiones o juntas universales.
• El par de apriete aplicado se puede determinar durante el montaje.

Las conexiones de brida atornilladas con fondo abombado se utilizan a menudo como un ejemplo típico para calcular las conexiones de tornillo .

Asegurado pegando

Adhesivo de bloqueo de tornillos

Los adhesivos para roscas y el barniz de bloqueo de tornillos sirven como protecciones mecánicas contra el aflojamiento involuntario. También se utilizan para sellar roscas en neumática, tecnología de gas de alta presión e hidráulica.

• Adhesivo de 2 componentes , endurece en un tiempo determinado
• Adhesivo monocomponente, activado por ciertos metales, se endurece en ausencia de aire (anaeróbico)
• Microesferas encapsuladas, estallan cuando se atornillan

Clasificación

Los bloqueos de tornillo suelen ser positivos (z. B. arandelas elásticas , arandelas elásticas ), ajustables (z. B. placa de bloqueo con lóbulos, diales) o cohesivos (z. B. bloqueo de roscas , adhesivo ).

El seguro de ajuste forzado también incluye tuercas autoblocantes, p. Ej. B. Tuercas hexagonales con pieza de sujeción.

Los dispositivos de bloqueo de tornillo deben evitar o al menos mantener las pérdidas de fuerza de pretensado como resultado del ajuste y el deslizamiento (aflojamiento) y la carga dinámica (riesgo de aflojamiento parcial o total) al mínimo.

Las cerraduras de tornillo se pueden clasificar en las siguientes clases:

Bloqueo antirrotación

Evita que caiga la fuerza de pretensado (p. Ej., Adhesivo, tornillos estriados).

Protección contra pérdidas

Evita que los elementos de la conexión roscada se aflojen y la conexión se deshaga. La fuerza de pretensado de la conexión por tornillo como fuerza efectiva no se puede mantener en determinadas circunstancias.

En la práctica, las cerraduras de tornillo también se dividen en las siguientes categorías:

Bloqueo de tornillo

auto- bloqueo o externamente de bloqueo , para mantener la precarga:

• Polea dentada exterior (centro)
• Arandela dentada en el interior
• Muelle de disco
• Lavadora Schnorr

Protección contra pérdidas

ineficaz como un bloqueo de tornillo:

• albura ,
• Anillo de seguridad
• Anillo de retención
• arandelas especiales
• Madre autobloqueante

Cerraduras de tornillo, cuya norma se ha retirado.

Tuerca con una arandela de resorte debajo

Los siguientes elementos de la máquina han demostrado ser ineficaces en determinadas circunstancias para mantener la precarga de una conexión por tornillo. Se han retirado todas las normas especificadas:

Un ejemplo de ineficacia es una conexión por tornillo de clase de resistencia 8.8 que se aprieta con un par suficiente. Actúan fuerzas de precarga significativamente más altas que las que puede acumular una arandela de resorte. Una arandela de resorte según DIN 127 ya tiene un 5% de la fuerza de precarga nominal de dicha conexión por tornillo y solo actúa como una arandela.

En algunos casos, sin embargo, estos componentes pueden servir como protección contra pérdidas.

Tuerca de bloqueo

Contratuerca con otra tuerca ( contratuerca ) solo tiene sentido si la fuerza entre las tuercas es significativamente mayor que la fuerza de pretensado en la unión a crear, por ejemplo en el caso de un tornillo como unión articulada entre dos componentes.

Elementos y estándares de seguridad

Bloqueos de tornillo No
positivo: Fig.2 (
contratuerca o tuerca doble ) Positivo: Fig.4 (bloqueo de pasador de chaveta), Fig.5 (bloqueo de pasador de chaveta o pasador ranurado)

• Tuercas de sujeción con inserto de plástico EN ISO 7040, 7043, 10511, 10512 (antiguo: DIN 982, 985, 6924)
• Tuercas hexagonales con pieza de sujeción metálica EN ISO 7042, 7044, 10513 (antiguo: DIN 980, 6925)

Elementos de seguridad no estandarizados (efectividad diferente)

Hay varios elementos diferentes, algunos de los cuales están protegidos por patentes:

• Tornillos y tuercas con elementos perfilados en el lado de apoyo ( perfil de borde acanalado, dentado o con bloqueo )
• Par de arandelas de seguridad de cuña
• Arandela de seguridad
• Adhesivos líquidos
• adhesivos microencapsulados (ver también DIN 267-27)
• perfiles de rosca especiales (p. ej., trilobular )
• inserciones de rosca autobloqueantes
• Revestimiento de parche de nailon (ver también DIN 267-28)
• Anillo de limas

Fusible de alambre para aviones

Alicates de seguridad para sujetar cables en aviones

Dado que las vibraciones en los aviones son muy fuertes, todos los tornillos deben estar asegurados. Un tipo de fusible que se utiliza con frecuencia además de otros tipos de fusible es el fusible de cable. Se pasa un cable a través de un orificio de bloqueo en la cabeza del tornillo y los dos extremos del cable de la misma longitud se retuercen y se tiran a través de un orificio de bloqueo en un punto fijo o una segunda cabeza de tornillo y luego se tuercen nuevamente en los extremos. La sujeción debe realizarse según determinadas normativas en las que se especifican la guía del hilo, la dirección de torsión, el número de vueltas del hilo en función del diámetro del hilo y el diseño de los extremos de torsión con al menos tres y normalmente un máximo de seis vueltas. . La longitud total de un fusible de cable no debe exceder las 24 pulgadas (609,6 mm). Los alicates para torcer cables se utilizan para torcer el cable de seguridad, comúnmente llamados simplemente alicates para torcer o alicates de seguridad.

Bloqueo de tornillos para conexiones eléctricas

Las encuestas de 2009 han demostrado que casi el 40% de todas las interrupciones del suministro se pueden atribuir directamente a la falta de contacto. Otro 9,7% está relacionado indirectamente con el diseño de contactos.

Las uniones atornilladas eléctricas se diferencian completamente de las uniones atornilladas mecánicas en términos de función. Las conexiones eléctricas atornilladas se utilizan para conectar conductores eléctricos de tal manera que la conductividad eléctrica entre los conductores sea permanente.

Los aspectos especiales de las conexiones eléctricas por tornillo son los materiales conductores en su mayoría blandos (cobre o aluminio), longitudes de sujeción cortas, diferentes coeficientes de expansión térmica de los materiales utilizados para los conductores y tornillos y, en su caso, la oscilación natural de los sistemas.

Los dispositivos de bloqueo de tornillos para conexiones eléctricas deben diseñarse de manera que:

• los pares de apriete se adaptan a los materiales blandos (especificaciones según DIN 25201-3 ^[5] o información del fabricante)
• las superficies permanecen intactas,
• Se evitan las abolladuras o la formación de virutas,
• Se evitan la contaminación o las grasas y
• Se pueden compensar posibles fenómenos de asentamiento resultantes de la nivelación de las superficies de los materiales conductores blandos o diferentes coeficientes de expansión térmica. Cabe señalar que solo los elementos de bloqueo de tornillos de una pieza producen un efecto de bloqueo de tornillos.
• Conexiones por tornillo ≥M4: máx.10 juntas de separación con máx.3 conductores con terminal de cable
• Conexión por tornillo <M4 máx. Seis juntas de separación con máx. Dos conductores con terminal de cable
• La presión de contacto no debe transmitirse a través de materiales aislantes.
• Con conexión roscada (rosca en la pieza empotrada) al menos un elemento de seguridad
• Con conexión pasante (componentes integrados más tuerca) al menos un elemento de seguridad en ambos lados

Según DIN 43673-1 y otros, se prescribe el uso de elementos elásticos. Pueden ser arandelas de apriete (DIN 6796) o arandelas similares como arandelas de bloqueo o arandelas de bloqueo. Estos aseguran una reducción del fenómeno de asentamiento. Debe asegurarse de que los componentes a atornillar no se dañen con bordes afilados. Las arandelas de resorte y las arandelas de bloqueo dentadas de la ingeniería mecánica se utilizan a menudo como elementos de bloqueo de tornillos que ya no corresponden al estado de la técnica porque las normas se han retirado durante muchos años.

En el caso de conexiones eléctricas (p. Ej., Conexiones a tierra), no se permite el uso de adhesivo para fijar el tornillo de fijación según DIN 25201-3 porque el adhesivo puede penetrar en las juntas de separación y tiene un efecto aislante allí.

Para evaluar la calidad de la conexión de las uniones eléctricas atornilladas, la resistencia de conexión R _{V se} establece en relación con la resistencia en el conductor R _M (barra colectora o cable). Esta relación se denomina factor de calidad k _u .

k _U = R _V / R _M

La resistencia en la conexión depende a su vez de la presión de contacto con la que se mantienen unidos los socios de conexión. Si el factor de calidad = 1, la resistencia en la conexión es igual a la resistencia en el conductor real. Por tanto, el objetivo es tener un factor de calidad ≤1 para las uniones atornilladas eléctricas, que se mantiene durante toda la vida útil. Esto significa que la presión de contacto debe permanecer constante a lo largo del tiempo.

enlaces web

Descripciones generales de los tipos de bloqueo de tornillos, sin considerar la efectividad

• Algunos estándares de bloqueo de tornillos
• Atlas de construcción: bloqueo por tornillo

Evidencia individual

1. ↑ Hubert Hinzen: Maschinenelemente 1. Oldenbourg Wissenschaftsverlag, 2007, ISBN 3-486-58081-7 , p. 370.
2. ↑ Oliver Hartmann: transcripción de la lección del curso Lufthansa B1. (PDF; 378 kB) Materiales y hardware del módulo M6. 9 de marzo de 2005, p. 17 , consultado el 6 de enero de 2013 . 
3. ↑ Impresión especial (No. 13269) del Vol. 50 + 51 (2012 + 13), Edición 10/12 - 5/13
4. ↑ DIN 43673 - orificios para barras colectoras y uniones roscadas
5. ↑ DIN 25201-4 - Directriz de construcción para vehículos ferroviarios y sus componentes - Uniones roscadas - Fijación de uniones roscadas
6. ↑ [5] DIN 25201-3 - Directriz de construcción para vehículos ferroviarios y sus componentes - Uniones roscadas - Construcción - Aplicaciones eléctricas