Métodos de ajuste para sujetadores roscados

Uno de los desafíos clave en el ensamblaje atornillado es lograr una precarga precisa mediante métodos de apriete adecuados. La precarga insuficiente causada por procesos de apriete incorrectos es una causa común de falla en la conexión de pernos. Los diseñadores deben estar familiarizados con los principios y características de las técnicas convencionales de apriete de pernos. Este artículo presenta sistemáticamente seis métodos principales para el control de la precarga de pernos. Cabe señalar que es inevitable un cierto grado de dispersión de la precarga, independientemente del método de apriete adoptado, que pertenece a las características normales del proceso.

Se utilizan ampliamente seis métodos principales para controlar la precarga de subprocesos.sujetadores:apriete controlado por torsión, apriete controlado por ángulo, apriete controlado por límite elástico, apriete por estiramiento de pernos, apriete térmico y apriete con indicador de tensión.

1. Apriete controlado por torsión

El apriete controlado por par es el método de control de precarga más utilizado en aplicaciones industriales. El par de apriete nominal requerido para el montaje de pernos se puede obtener de las tablas de torque estándar o calcularse de acuerdo con la correlación entre el par de apriete y la precarga del perno.

Durante el apriete, el vástago del perno soporta tanto esfuerzos de tracción axial como esfuerzos de corte de torsión. Las tablas de referencia de par convencionales generalmente ignoran el esfuerzo de torsión y suponen que el 75% del esfuerzo total contribuye a la tensión axial efectiva. En condiciones de alta fricción, la tensión de torsión aumenta significativamente. Cuando se superpone a una tensión axial, la tensión equivalente puede exceder el límite elástico del material y provocar la falla del perno. Para una mayor precisión, el proceso se controla de manera que la tensión equivalente combinada alcance aproximadamente el 90% del límite elástico, lo que garantiza un ensamblaje seguro y confiable al equilibrar el acoplamiento de tensión axial y torsional.

Elementos de fijación autoblocantes dominados por el par, comotuercas de seguridad de nailon y las tuercas de seguridad mecánicas se utilizan ampliamente en escenarios propensos a vibraciones para evitar que se aflojen. Estos elementos de fijación aumentan significativamente la tensión de torsión en el vástago del perno durante el apriete y alteran la eficiencia de conversión de par a precarga. Por lo tanto, los valores de par deben ajustarse en consecuencia durante la configuración de parámetros.

La principal limitación del apriete controlado por torque es que entre el 85% y el 95% del torque aplicado se consume para superar la fricción de la rosca y la superficie del rodamiento. Variaciones menores en las condiciones de fricción pueden resultar en una desviación sustancial de la precarga. La aplicación de estabilizadores de fricción en los sujetadores puede reducir la dispersión de la fricción y mejorar la precisión del apriete.

Las medidas estándar para mejorar la precisión del apriete al torque se resumen a continuación:

1. Evite el uso de arandelas planas. El deslizamiento relativo entre las arandelas y las superficies de contacto cambia el radio de fricción efectivo y distorsiona la relación par-precarga. Si se requiere un área de soporte más grande para reducir la presión superficial, se prefieren los pernos y tuercas con brida.

2. Determine el par de apriete mediante la calibración real. Se pueden conectar extensómetros al vástago del perno para realizar una calibración de apriete in situ en condiciones reales de montaje. Las celdas de carga instaladas debajo de las cabezas de los pernos proporcionan mediciones auxiliares, pero son menos precisas que las galgas extensométricas debido a las características de contacto alteradas.

3. Cuando la calibración experimental no esté disponible, calcule el par de apriete estándar de manera integral basándose en la tolerancia de mecanizado del sujetador, las dimensiones del cojinete de la tuerca y las características del par de bloqueo. El programa profesional de cálculo de par TORQUE desarrollado por Bolt Science puede realizar cálculos precisos.

4. Especifique los valores de par de apriete en los planos de montaje con una tolerancia estándar de ±5%. Para uniones críticas, utilice llaves dinamométricas calibradas y realice una verificación de torsión posterior al montaje.

Los diferentes métodos de apriete dan como resultado distintos niveles de dispersión de la precarga, entre los cuales el control puro del par presenta una desviación relativamente grande.

2. Apriete controlado por ángulo

El apriete controlado por ángulo, también conocido como método de rotación de tuerca, se introdujo poco después de la Segunda Guerra Mundial para el montaje manual y ahora es compatible con equipos de apriete mecánico. El proceso primero aprieta el perno hasta un par de torsión de asiento y luego gira la tuerca en un ángulo predeterminado para llevar el perno a una deformación plástica parcial. Este método reduce eficazmente la fluctuación de la precarga causada por la tolerancia al límite elástico y proporciona una mejor consistencia de la precarga que el apriete por torsión puro.

Las principales desventajas incluyen el requisito de calibración experimental de los ángulos de apriete (no hay parámetros universales aplicables) y la reutilización limitada. El apriete repetido después de la deformación plástica provoca fácilmente fallas por fatiga de los sujetadores.

3. Apriete controlado hasta el punto de fluencia

Desarrollada por SPS y también conocida como método de control conjunto, esta técnica ofrece una de las precisiones de precarga más altas. Minimiza la influencia de la variación del coeficiente de fricción y logra una precarga de perno altamente consistente.

Derivado del juicio manual de la sensación de apriete, este método adopta un sistema de control electrónico de alta precisión para recopilar datos de torque y ángulo de rotación en tiempo real. Al monitorear el cambio de pendiente del gradiente de torsión, el sistema identifica con precisión el límite elástico del perno y finaliza el apriete inmediatamente para evitar la sobrecarga.

A pesar de la estabilidad mejorada, todavía existe una pequeña dispersión de la precarga debido a la fricción del hilo. Una mayor fricción del hilo aumenta la tensión de torsión y reduce la precarga axial bajo el mismo umbral de fluencia. Este método detecta con precisión la fluencia del perno bajo el efecto combinado de tensión y torsión.

El apriete controlado hasta el punto de fluencia se utiliza ampliamente para componentes críticos comopernos de culata y pernos de biela, lo que proporciona una precarga alta y estable y permite optimizar el tamaño de los pernos. Sin embargo, el alto coste de las herramientas de apriete inteligentes especializadas limita su aplicación generalizada. No se puede garantizar una precarga confiable de alta precisión en el mantenimiento de campo sin un equipo profesional adecuado.

4. Apriete de estiramiento de pernos

Los pernos de gran diámetro requieren un par de apriete extremadamente alto, lo que resulta difícil para las herramientas convencionales. Para pernos de más de 20 mm de diámetro, el estiramiento hidráulico se adopta comúnmente para reemplazar las llaves dinamométricas hidráulicas, evitando una fuerza de reacción de torsión excesiva y un espacio operativo limitado.

Principio de funcionamiento: se coloca un cilindro hidráulico dedicado sobre la tuerca. La rosca del perno o espárrago se extiende completamente a través de la tuerca y se conecta al dispositivo de estiramiento. La presión hidráulica estira el perno axialmente para producir un alargamiento elástico. Mientras se mantiene la carga de estiramiento, la tuerca se gira manualmente y se bloquea en su lugar mediante un casquillo y una barra de torsión.

Este método proporciona una precisión de precarga extremadamente alta mediante un control preciso de la presión hidráulica. Sin embargo, se produce una pérdida menor de precarga después de la liberación de presión debido al rebote elástico. El desmontaje de tuercas corroídas o agarrotadas sigue siendo una dificultad operativa importante.

5. Ajuste térmico

El apriete térmico utiliza las características de expansión térmica del metal. El perno se calienta y se alarga, y la tuerca se gira y posiciona. Durante el enfriamiento, el perno intenta contraerse pero se ve limitado longitudinalmente por los componentes sujetos, generando una precarga axial estable.

Los métodos de calentamiento comunes incluyen calentamiento con llama directa, bobinas con camisa calefactora y elementos calefactores con resistencia al carbono. El proceso requiere mucho tiempo y una medición precisa de la deformación requiere un enfriamiento total a temperatura ambiente, lo que resulta en una baja eficiencia. Rara vez se utiliza en la industria general y solo se aplica a pernos ultragrandes y resistentes.

6. Apriete indicado por tensión

Este método adopta sujetadores indicadores de carga especializados, arandelas indicadoras de carga o técnicas de detección de deformación para medir indirectamente el alargamiento y la precarga de los pernos, cubriendo una variedad de soluciones de ensamblaje de alta precisión.

Los pernos indicadores de tensión típicos incluyen Rotabolt y HiBolt. Rotabolt presenta un orificio central perforado con un pasador de medición interno y una estructura de paso giratoria. El pasador permanece descargado durante el estiramiento elástico; una vez que se alcanza la precarga completa, la holgura desaparece y la rotación se bloquea, lo que indica un apriete correcto. HiBolt adopta un principio similar, en el que una ligera contracción del perno sujeta el pasador central para reflejar el estado de tensión.

Las arandelas indicadoras de carga se utilizan ampliamente en estructuras de acero de ingeniería civil. Las protuberancias prefabricadas en la superficie de la lavadora sufren deformación plástica bajo carga. La precarga correcta se verifica midiendo el juego residual con una galga de espesores. Este tipo de arandela rara vez se utiliza en ensamblajes mecánicos de precisión.

El alargamiento del perno se puede medir directamente utilizando micrómetros o detectarse con precisión mediante pruebas ultrasónicas. Los valores de elongación se pueden convertir en tiempo real.tornilloprecarga mediante calibración o cálculo. Para la medición ultrasónica, la cabeza del perno y la superficie del extremo requieren esmerilado para garantizar una reflexión acústica óptima y una precisión de prueba.