Tipos de pernos y tuercas antiaflojamiento y principio antiaflojamiento de tuercas autoblocantes

Aflojamiento deperno y tuerca Las conexiones son un problema de falla común en la ingeniería mecánica, que siempre ha sido un tema de investigación candente en la industria de sujetadores. Basado en la experiencia práctica de ensamblaje y las condiciones de trabajo reales, este documento clasifica las principales estructuras antiaflojamiento para pernos y tuercas, detalla el principio de funcionamiento, los escenarios aplicables y los defectos inherentes de cada método antiaflojamiento. Mientras tanto, explica el mecanismo central del rendimiento antiaflojamiento a largo plazo de las tuercas autoblocantes, proporcionando referencias confiables para la selección de sujetadores en el sitio y la formulación del proceso de ensamblaje.

1. Tipos y principios comunes de antiaflojamientoPernos y tuercas

1.1 Doble Tuerca Antiaflojamiento (Tuerca a tope Antiaflojamiento)

También conocida como tuerca a tope antiaflojamiento. Después de apretar dos tuercas entre sí a la inversa, se generará una fuerza de compresión axial continua entre ellas y actuará sobre las superficies de contacto de la rosca engranada. Cuanto más apretadas estén bloqueadas las dos tuercas, mayor será la presión normal sobre las superficies de contacto de las roscas, así como el par de fricción entre los pares de roscas. Cualquier aflojamiento rotacional de las tuercas debe superar la gran fuerza de fricción entre las roscas engranadas. Incluso si la carga externa fluctúa durante el funcionamiento del equipo, la presión de elevación entre dos tuercas permanece constante, logrando un efecto antiaflojamiento sostenible.

Escenarios aplicables: Adecuado para conexiones de pernos con o sin requisitos de precarga, solo aplicable a condiciones de trabajo con ligera vibración y carga estable.

Desventajas: Ocupa un gran espacio de instalación axial, capacidad antiaflojamiento limitada y falla fácilmente en condiciones de vibración severas.

1.2 Tuerca antiaflojamiento cóncavo-convexo Hard Lock

La tuerca antiaflojamiento Hard Lock consta de una tuerca convexa inferior y una tuerca cóncava superior para un uso combinado. La tuerca convexa inferior adopta un mecanizado excéntrico con un ligero desplazamiento central para desempeñar el papel de un bloque de cuña; la tuerca cóncava superior se procesa en un círculo concéntrico estándar sin desviación central. Las superficies de unión de las tuercas superior e inferior son todas superficies cónicas cóncavas-convexas, formando una estructura mecánica autoblocante similar al acuñamiento de un martillo después de apretar.

Una pequeña precarga axial puede generar una enorme presión de bloqueo radial en las superficies de las juntas cónicas. La presión se transmite a las roscas engranadas de forma sincrónica, lo que aumenta considerablemente el par de fricción tanto en las superficies de contacto de las roscas como en las superficies cónicas cóncavas-convexas. Bloquea mecánicamente la tendencia de rotación del hilo y ofrece un excelente rendimiento antiaflojamiento.

Escenarios aplicables: Aplicable a conexiones de pernos con o sin requisitos de precarga, y puede usarse para servicio a largo plazo en condiciones de trabajo duras con vibraciones severas de alta frecuencia y cargas alternas.

Desventajas: Requiere una precisión de mecanizado extremadamente alta para estructuras excéntricas, procesos de producción difíciles y altos costos de adquisición.

1.3 Tuerca Antiaflojamiento Spiralock

La característica estructural principal de las tuercas Spiralock es una pendiente en forma de cuña de 30 grados mecanizada en la raíz de las roscas internas. Cuando los pernos y las tuercas se aprietan y engranan, la punta de las roscas del perno presiona estrechamente contra la pendiente en forma de cuña de las roscas internas para formar una fuerza de bloqueo rígida de alta resistencia.

Para roscas ordinarias estándar, el ángulo incluido entre la fuerza de contacto normal sobre las superficies de la rosca y el eje del perno es de 30 grados. Los hilos Spiralock cambian el ángulo del perfil del hilo, haciendo que el ángulo incluido alcance los 60 grados. La presión normal de los pares de hilos es mucho mayor que la presión de sujeción axial, lo que mejora en gran medida la resistencia a la fricción y restringe completamente el aflojamiento rotacional del hilo.

Escenarios aplicables: Sólo aplicable a estructuras de conexión que requieran precarga estable, y las partes conectadas no deberán estar hechas de materiales excesivamente blandos.

Desventajas: El efecto antiaflojamiento fallará por completo una vez que disminuya la precarga del perno; Se requiere un par de apriete mayor para superar la resistencia a la fricción entre los dientes de la rosca y alcanzar la precarga requerida del perno.

1.4 Arandela Resorte Partida Antiaflojamiento

Después de apretar la tuerca para aplanar la arandela elástica dividida, la arandela genera una fuerza de rebote elástica continua para mantener las roscas internas y externas bien ajustadas. El par de fricción formado por una fuerza de contacto constante evita la rotación de la tuerca. Mientras tanto, los bordes cortantes afilados en la abertura dividida se incrustan en la superficie inferior de la tuerca y en la superficie de las piezas conectadas respectivamente, evitando aún más la rotación relativa de las tuercas mediante el bloqueo físico.

Limitaciones de la aplicación: No apto para conexiones con superficies de unión ultraduras; Los bordes cortantes no pueden incrustarse en sustratos duros y pierden completamente su función antiaflojamiento. Tampoco es aplicable a conexiones que requieren una precarga alta, ya que acelerará la atenuación de la precarga de los pernos.

1.5 Arandela Resorte Cónica Antiaflojamiento

Comparte el mismo principio antiaflojamiento que las arandelas de resorte divididas ordinarias, confiando en la fuerza de rebote elástica después de la compresión para comprimir los pares de hilos y lograr un antiaflojamiento por fricción. En comparación con las arandelas de resorte divididas ordinarias, las arandelas de resorte cónicas tienen una mayor rigidez estructural y pueden proporcionar una mayor presión axial bajo la misma carrera de compresión, lo que brinda una mejor estabilidad y rendimiento antiaflojamiento.

Limitaciones de la aplicación: Aún no es adecuado para piezas de conexión de alta precisión con requisitos estrictos de precarga.

1.6 Arandela autoblocante de doble capa Nord-Lock

Este tipo de arandela se utiliza en pares, con dientes inclinados de gran ángulo en un lado y dentados radiales antideslizantes en el otro. Durante el montaje, se instalan dos arandelas al revés con las superficies de los dientes inclinadas una frente a la otra. Después de apretar, los dientes radiales externos muerden firmemente la cara del extremo de la tuerca y la superficie de la pieza conectada para fijar completamente las superficies de contacto externas, dejando solo un deslizamiento relativo entre las superficies internas de los dientes inclinados de dos arandelas.

Cuando los pernos tienden a aflojarse y girar, el efecto de elevación de cuña entre las superficies internas de los dientes inclinados generará una fuerza de elevación axial. La distancia de elevación generada por las arandelas es mayor que la distancia de elevación axial causada por el aflojamiento del hilo, lo que bloquea de manera inversa la tendencia a aflojarse de los hilos y logra un efecto anti-aflojamiento permanente.

Limitaciones de la aplicación: No se puede utilizar para superficies de juntas ultraduras o ultrablandas. La lavadora tiene una dirección de instalación específica y pierde la función antiaflojamiento si se instala al revés. Tampoco es válido para conexiones sueltas sin precarga.

2. Principio básico de las tuercas autoblocantes que no se aflojan

El rendimiento antiaflojamiento a largo plazo detuercas autoblocantesSe origina a partir de una estructura de hilo no estándar especialmente optimizada.

En la raíz de las roscas internas de las tuercas autoblocantes se procesa una pendiente en forma de cuña de 30 grados. Después de engranar y apretar, las puntas de las roscas de los pernos presionan rígidamente contra las pendientes en forma de cuña para formar una fuerza de bloqueo mecánica de alta resistencia. Para roscas ordinarias en forma de V estándar de 60 grados, el ángulo incluido entre la fuerza de contacto normal y el eje del perno es de 30 grados, mientras que el ángulo incluido cambia a 60 grados para roscas autoblocantes, lo que lleva a un cambio fundamental del estado de tensión.

Comparación de fuerzas mecánicas: bajo la misma tensión axial del perno P0, la fuerza de contacto normal de las roscas ordinarias estándar es solo 1,15P0, mientras que la de las roscas autoblocantes alcanza 2P0. La relación de fuerza de los dos es de aproximadamente 7:12, lo que mejora en gran medida la fuerza de fricción antiaflojamiento de los pares de hilos.

Además, los hilos autoblocantes resuelven el defecto de tensión desigual inherente de los hilos comunes. Para roscas convencionales en forma de V de 60 grados, la primera y la segunda rosca acoplada soportan entre el 70% y el 80% de la carga total, mientras que las roscas restantes casi no soportan carga. Bajo vibraciones prolongadas y cargas alternas, las roscas delanteras son propensas a fallar por sobrecarga, lo que resulta en una rápida atenuación de la fuerza de bloqueo, aflojamiento de la rotación del hilo e incluso agarrotamiento y pelado del hilo.

Los hilos autoblocantes distribuyen la carga uniformemente en todas las vueltas de los hilos acoplados a través de pendientes en forma de cuña, generando tensión sincrónica en todos los hilos. Evita fallas locales por sobrecarga de la rosca, elimina fundamentalmente el aflojamiento de los pernos causado por la vibración y logra un efecto antiaflojamiento a largo plazo sin mantenimiento.