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PolskaCausas del aflojamiento de los pasadores y cómo prevenirlo
Por Miki Shen, Ingeniera de Aplicaciones
El movimiento lateral de los pasadores instalados, comúnmente denominado “desplazamiento”, puede producirse con cualquier tipo de pasador en una aplicación dinámica si no se siguen las directrices de diseño adecuadas. Esto incluye tanto los Pasadores Sólidos como los Pasadores Elásticos Ranurados y los Pasadores Elásticos en Espiral. Aunque los pasadores sólidos y los pasadores elásticos pueden desplazarse, las causas pueden ser diferentes para cada tipo. Este documento técnico analiza las causas más frecuentes del movimiento lateral y ofrece pautas de diseño para evitar este fenómeno.
El pasador elástico ranurado no puede flexionarse cuando la ranura está cerrada
Existen causas comunes de desplazamiento tanto para los pasadores sólidos como para los pasadores elásticos, como orificios de tamaño inadecuado, una inserción insuficiente o una carga asimétrica. Asimismo, cada tipo de producto presenta sus propios mecanismos de desplazamiento. Por ejemplo, los pasadores rígidos pueden deformar los orificios, generando holgura y reduciendo la capacidad de retención. Si se seleccionan correctamente en función del material base y de la carga, los pasadores elásticos no deberían deformar los orificios como ocurre con los pasadores sólidos. No obstante, una vez instalados, la ranura de un pasador elástico ranurado queda prácticamente cerrada. Si se produce un movimiento adicional, el extremo de la ranura puede hacer tope, momento en el cual el pasador actúa como un tubo macizo (mostrando las mismas características que un pasador sólido).
Los Pasadores elásticos en espiral de SPIROL están diseñados para solucionar las deficiencias asociadas con los pasadores Sólidos y los pasadores elásticos ranurados. Los pasadores en espiral están disponibles en diferentes niveles de carga para adaptar la resistencia y la flexibilidad del pasador al conjunto en el que se utiliza. Los pasadores en espiral de carga ligera y estándar pueden evitar daños en los orificios de materiales blandos o frágiles, lo que suele ocurrir cuando se emplean pasadores sólidoos o ranurados. Además, a diferencia de los pasadores elásticos ranurados, los pasadores en espiral no pueden “topar” dentro de los orificios, ya que disponen de una junta continua en lugar de una ranura abierta.
Los pasadores en espiral y los pasadores ranurados son resortes funcionales. Una vez instalados, el pasador se comprime y es la tensión del resorte la que proporciona la retención dentro del conjunto. Como se indicó anteriormente, los pasadores en espiral no pueden toparse entre sí y, por lo tanto, permanecen flexibles en los ensamblajes. Mientras que los pasadores en espiral aportan una flexibilidad esencial en los conjuntos rígidos, es muy importante asegurarse de que estén cargados de manera simétrica para evitar la creación de un vector de fuerza angular. Si se genera un vector de fuerza, este puede transformar la compresión radial o el enrollamiento del pasador elástico en un movimiento lateral o “deslizamiento” (como se muestra en la Figura 1, la carga de compresión sobre el pasador se traduce en un movimiento lateral cuando el pasador está sometido a compresión y cargado de forma asimétrica).
F = carga de compresión sobre el pasador
Fn = fuerza ejercida radialmente cuando el pasador se comprime y tiende a volver a su posición original
Fnx y Fny = las componentes de Fn
Ff = la fuerza de fricción que retiene el pasador en el orificio
Figura 1
La caminata se produce cuando Fnx > Ff
El estrechamiento se ha exagerado para demostrar las fuerzas
Las Figuras 2a‑c ilustran algunas de las causas más comunes del desplazamiento al utilizar ambos tipos de pasadores elásticos, cuando no se han diseñado correctamente en el conjunto :
Figura 2a
Si el tamaño del orificio es menor en uno de los componentes, el pasador puede no recuperarse lo suficiente como para engranar correctamente en el orificio opuesto. En este ejemplo, el componente central tiene un tamaño menor. Como resultado, no hay retención en un extremo ; si los orificios presentan un bisel, esto puede generar un vector de fuerza que transforma la carga aplicada en rotación en un movimiento lateral.
Figura 2b
Si el tamaño del orificio es mayor en un lado que en el otro, el pasador adoptará una forma cónica al ajustarse a los orificios. El pasador permanece flexible después de la instalación. Asimismo, si la conicidad proviene de los orificios, esto puede generar un vector de fuerza que permite transformar la carga aplicada en rotación en un movimiento lateral.
Figura 2c
Si los chaflanes del pasador se colocan en el plano de corte, puede generarse un vector de fuerza que provoque un desplazamiento cuando el componente giratorio impacta contra esta superficie angular.
¿Cómo garantiza un diseñador que los pasadores elásticos estén correctamente colocados para evitar que se desplacen? A continuación se describen varios métodos :
BISAGRAS DE FRICCIÓN Y DE AJUSTE LIBRE
En el caso de las bisagras de ajuste por fricción, lo ideal sería que todos los orificios estuvieran mecanizados con precisión tanto en los componentes interiores como en los exteriores. En muchos casos, no es posible hacer coincidir perfectamente el diámetro de cada orificio. Si no se puede lograr, es necesario tener en cuenta la recuperación elástica del pasador elástico (vuelta hacia su diámetro original antes de la instalación) para determinar las tolerancias adecuadas de cada orificio. La Figura 3 muestra una situación en la que no fue posible igualar los orificios con precisión. El tamaño de los orificios se ha controlado de manera que el pasador quede retenido en los orificios exteriores, ligeramente más pequeños, mientras que se le permite “recuperarse” en el orificio central. Como la recuperación elástica aumenta con la distancia, el pasador puede compensar mejor las variaciones de los orificios si se le permite recuperarse en el orificio central. Esto ayuda a mantener el contacto entre todos los componentes.
Si se desea una bisagra con ajuste libre, se aplicaría lo contrario : el diámetro se dimensionaría mayor en los orificios exteriores. Esto garantizaría una longitud de acoplamiento óptima, y el pasador solo podría recuperar una cantidad mínima a lo largo de la corta distancia en los orificios exteriores. Como resultado, se puede obtener una condición de ajuste libre sin un juego o holgura excesiva.
Para lograr una bisagra de ajuste por fricción como se muestra en la Figura 4, se aplican las mismas reglas para obtener el máximo rendimiento : todos los orificios deben estar, en la medida de lo posible, ajustados con precisión. La diferencia entre las situaciones representadas en las Figuras 3 y 4 radica en el punto donde se produce la recuperación elástica del pasador. En la Figura 4, la longitud libre es mayor en los componentes exteriores, por lo que la recuperación del pasador será más pronunciada en los extremos que en el centro. En este esquema, el pasador quedará más firmemente retenido en el orificio central, mientras se expande en ambos extremos para mantener el contacto con las paredes de los orificios exteriores.
Tanto la Figura 3 como la Figura 4 darían lugar a un diseño exitoso si se consideran cuidadosamente las características elásticas del pasador elástico en cada caso. Si fuera necesario, es posible determinar empíricamente los valores de recuperación esperada del resorte, específicos para cada diámetro y longitud.
¿Y si se deseara una bisagra de ajuste libre en la Figura 4? Sencillo : basta con asegurar que el pasador quede retenido en los extremos. El componente central ofrece poca longitud para el alojamiento del pasador y, por lo tanto, solo necesita ser ligeramente mayor que los orificios exteriores para garantizar el juego sobre el pasador.
Figura 3
Figura 4
Las condiciones que se muestran en las Figuras 3 y 4 están exageradas para mayor claridad. El espacio libre entre los componentes también está representado de forma exagerada. En la realidad, una separación significativa entre los componentes introduciría un momento flector que podría provocar asimismo el desplazamiento del pasador si la holgura real fuera tan grande.
EJES Y ENGRANAJES / CONJUNTOS DE CUBO
Figura 5
Figura 6
Similar al sistema de bisagra por ajuste de fricción, los conjuntos de eje y engranaje o cubo requieren el acoplamiento de ambos componentes. Idealmente, el diámetro de los orificios debe estar ajustado con precisión tanto en el eje como en el engranaje o el cubo, para eliminar cualquier movimiento del pasador dentro de los orificios. Las Figuras 5 y 6 muestran situaciones en las que no se pudo lograr un ajuste de precisión entre los orificios ; sin embargo, se ha tenido en cuenta la recuperación elástica. Básicamente, son equivalentes a las Figuras 3 y 4. En la Figura 5, la longitud libre es mayor en el centro, igual que en la Figura 3. El pasador quedará más firmemente retenido en los orificios exteriores, mientras se recupera en el centro para mantener el contacto con las paredes del orificio central. De manera similar, la Figura 6 corresponde a la misma situación que la Figura 4. En este caso, la longitud libre es mayor en los extremos que en el centro. El pasador quedará más firmemente retenido en el orificio central, mientras se recupera en los extremos para mantener el contacto con las paredes de los orificios exteriores. Para todas las aplicaciones de eje y engranaje o cubo, se recomienda que la diferencia entre los orificios no exceda 0,05 mm (0,002”). De lo contrario, el pasador estará sometido a cargas dinámicas en las que un cambio muy pequeño en la velocidad podría equivaler a un cambio enorme en la fuerza ejercida sobre el conjunto.
Se puede evitar el desplazamiento de los pasadores si se tiene en cuenta adecuadamente la unión que se va a fijar durante la fase de diseño del conjunto. SPIROL dispone de un equipo de ingenieros con amplia experiencia, capaces de ofrecer asistencia desde el concepto inicial hasta el diseño completo. Los ingenieros de SPIROL también son expertos en identificar las causas del movimiento lateral en diseños ya consolidados, con el fin de contribuir a la mejora continua del producto. Si está trabajando en un nuevo diseño o necesita asistencia con un ensamblaje existente, póngase en contacto hoy mismo con su representante de SPIROL.
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