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PolskaLas ventajas de los Pasadores Elásticos en Espiral para carga ligera
Por Adolf Valasek, ingeniero de aplicaciones
Ventajas generales de los Pasadores Elásticos
Los Pasadores Elásticos son elementos de fijación mecánicos que se utilizan para diversas funciones, entre ellas: bisagra, alineación y unión de dos o más piezas. Su método de retención se basa en la tensión radial que resulta de su interferencia con el componente receptor. La diferencia clave con respecto a otros métodos de fijación que se basan en la interferencia es que los Pasadores Elásticos están diseñados para ser el elemento flexible y adaptable de la unión. Los Pasadores Elásticos ejercen una tensión radial constante contra la pared del orificio y pueden proteger al componente principal de sufrir deformaciones u otros daños permanentes en el orificio. Gracias a su diámetro flexible, los Pasadores Elásticos también permiten una tolerancia de orificio mucho mayor, lo que reduce el costo de fabricación del componente principal.
Sin embargo, «Pasador Elástico» es un término general. Existen otros tipos de sujetadores que satisfacen la definición anterior, de los cuales dos son los más frecuentes: los Pasadores Elásticos Ranurados y los Pasadores Elásticos en Espiral. Los Pasadores Elásticos Ranurados son más conocidos por su sección transversal en forma de C, mientras que los Pasadores Elásticos en Espiral tienen una sección transversal de 2 ¼ espirales y presentan la opción más flexible, ya que están fabricados con múltiples vueltas de material más fino y no tienen una ranura que limite su flexibilidad al cerrarse.
Izquierda: Pasadores Elásticos en Espiral; derecha: Pasadores Elásticos Ranurados
Las tres cargas y diferencias entre ellas
El Pasador Elástico en Espiral está disponible en tres cargas (ligera, estándar y pesada), por lo que los diseñadores tienen la opción de elegir el equilibrio óptimo entre resistencia, flexibilidad y diámetro del pasador para su aplicación específica. Las tres funciones tienen la misma formación de espiral de 2 ¼, y la diferencia física fundamental entre ellas es el grosor de la materia prima y, por consiguiente, su flexibilidad y resistencia.
Coiled Spring Pins are available in heavy, standard, and light duty.
Normalmente, la «carga» óptima viene determinada por el material de la aplicación y su resistencia/dureza, así como por los requisitos funcionales reales del pasador dentro del conjunto. La carga ligera se recomienda para plásticos, fundiciones de metales blandos (como fundiciones de zinc y aluminio) y materiales frágiles como la cerámica. La carga estándar se recomienda para aceros dulces (como aceros sin tratar térmicamente y hierro fundido) y metales no ferrosos (como bronce y aluminio), mientras que la carga pesada se reserva para aceros endurecidos o entornos con fuertes impactos y vibraciones. Sin embargo, el tipo de material del huésped solo limita el uso de los servicios más pesados, con el objetivo de diseñar un pasador que sea lo suficientemente resistente como para soportar la carga aplicada, pero lo suficientemente flexible como para aislar y proteger el material blando o frágil del orificio de las fuerzas. Un pasador demasiado rígido para la carga aplicada y el material receptor no se flexionaría y, por lo tanto, podría dañar el orificio y provocar un fallo en el ensamblaje. Por otro lado, los Pasadores en Espiral de carga ligera se pueden utilizar en todo tipo de materiales receptores. Esto hace que el carga ligera sea extremadamente versátil, especialmente cuando se utiliza en aplicaciones de alineación en las que se aplica una fuerza limitada sobre el pasador.
Comparación de resistencia
Los pasadores en espiral de carga ligera son la opción más flexible de las tres, pero siguen teniendo suficiente resistencia para la mayoría de las aplicaciones. De hecho, el nombre «carga ligera» no hace justicia a su resistencia real.
La tabla 1 ofrece una comparación entre los pasadores en espiral de carga ligera de acero con alto contenido de carbono y los pasadores ranurados sólidos de acero con bajo contenido de carbono según la norma ASME B18.8.9M.
La diferencia de resistencia del Pasador solido ranurado varía desde apenas 1.2 kN hasta 8.2 kN por encima de la del Pasador elástico en espiral carga ligera. Considerando que la mayoría de los ensambles que utilizan pernos elásticos enrollados de servicio ligero están hechos de materiales blandos o frágiles, la realidad es que la resistencia del Light Duty Coiled Pin suele ser más que suficiente y, de hecho, con frecuencia supera la resistencia del material base. (Aunque parezca increíble, la resistencia de un solo pasador elástico en espiral de carga ligera de 6 mm es suficiente para sostener un automóvil de pasajeros). Adicionalmente, la gran mayoría de las aplicaciones solo están sometidas a cargas que representan una fracción de la capacidad resistente del perno. (Recordemos que estamos hablando de kiloNewtons, es decir, cientos y miles de kilogramos de carga). En este sentido, la resistencia ligeramente mayor del perno sólido generalmente no aporta un beneficio real al ensamble, ya que no es necesaria. En términos generales, si el perno no forma parte de un mecanismo de transmisión de potencia ni soporta cargas pesadas, su resistencia última al corte no es un factor crítico.
| Diámetro (mm) | 2.5 | 3 | 4 | 5 | 6 | 8 | |
| Resistencia al doble cizallamiento (kN) | Pasador en Espiral para carga ligera | 2.3 | 3.3 | 5.7 | 9 | 13 | 23 |
| Pasador Sólido ranurado | 3.5 | 5 | 8.8 | 13.8 | 19.9 | 31.2 | |
| Diferencia de resistencia (kN) | 1.2 | 1.7 | 3.1 | 4.8 | 6.9 | 8.2 | |
Tabla 1
Ventajas del Pasador Elástico en Espiral de Carga ligera
La selección de un Pasador Elástico en Espiral de carga ligera para una aplicación puede aportar múltiples ventajas al ensamblaje, tanto desde el punto de vista funcional como comercial.
Menor fuerza de inserción
La ventaja más notable de un pasador de carga ligera es su menor fuerza de inserción debido a su mayor flexibilidad. La fuerza de inserción de un pasador en espiral de carga ligera es un 50 % menor que la de un pasador en espiral para trabajos estándar y un 75 % menor que la de un pasador en espiral de carga pesada y un pasador ranurado. Además, los pasadores de carga ligera también tienen la mejor relación entre resistencia al cizallamiento y fuerza de inserción, lo que significa que, en los casos en los que no hay limitaciones en cuanto al diámetro del pasador, siempre será más fácil instalar un pasador en espiral de carga ligera de mayor diámetro que un pasador en espiral de carga estándar o de carga pesada de menor diámetro con una resistencia al cizallamiento equivalente. La instalación manual de pasadores en espiral será menos agotadora para los trabajadores de montaje, lo que mejorará la ergonomía y la seguridad de la línea de montaje.
Menor costo de montaje
Los pasadores en espiral de carga ligera están compuestos por menos materia prima (como se ha descrito anteriormente), lo que se traduce en un precio por pieza más bajo en comparación con otros tipos de resistencia. Sin embargo, lo más atractivo es el ahorro potencial en el costo total de montaje. Dada la menor fuerza de inserción de los pasadores elásticos en espiral, el equipo de instalación de los elementos de fijación no necesita ser tan potente, por lo que se puede lograr un menor costo en el gasto de bienes de capital. De hecho, si se compara un Pasador Elástico en Espiral de carga ligera con un Pasador Sólido y se tienen en cuenta los menores costos de material, el menor costo del equipo de instalación y el menor costo de fabricación para crear el diámetro de orificio necesario en el material de alojamiento, ¡el Pasador Elástico en Espiral tiene el menor costo total de montaje!
Protege el componente principal
Dada la flexibilidad superior del Pasador Elástico en Espiral de carga ligera, la cantidad de presión radial y tensión ejercida sobre el material principal es la más baja de todas las opciones de Pasadores en Espiral, lo que mitiga la probabilidad de daños en el material principal incluso en condiciones de cizallamiento. Esta propiedad hace que los Pasadores Elásticos en Espiral sean perfectos para materiales blandos y frágiles, y para aplicaciones en las que la unión debe permanecer en buen estado. La figura 1 muestra una comparación de la tensión radial creada por diferentes Pasadores Elásticos en Espiral. Cuanto más anchas y coloridas son las bandas alrededor del diámetro del pasador, mayor es la tensión que ejerce el pasador sobre el material del orificio.
Figura 1
De izquierda a derecha: Pasador Sólido, Pasador Ranurado, Pasador en Espiral de Carga Pesada, Pasador en Espiral de Carga Estándar, Pasador en Espiral de Carga Ligera
Aplicaciones típicas en las que la Carga Ligera es la reina
Alineación
En una aplicación típica de alineación, el pasador solo sirve para alinear dos componentes durante el ensamblaje. Una vez fijado mediante otros métodos de sujeción, el pasador ya no tiene ninguna otra función. Durante estos pasos, la fuerza de cizallamiento aplicada al pasador es prácticamente nula. Los componentes tradicionales utilizados para aplicaciones de alineación son pasadores sólidos rectificados con precisión, pasadores conformados en frío, pasadores de resorte y pasadores elásticos en espiral. Los pasadores elásticos y los pasadores en espiral no requieren una tolerancia tan estricta para el orificio de alojamiento y también facilitan el montaje. Tanto los pasadores elásticos como los pasadores elásticos en espiral son componentes mucho más económicos en comparación con los pasadores rectificados mecanizados con precisión. Entre las diversas funciones de los pasadores elásticos en espiral, los de Carga Ligera acentúan todas estas ventajas y son una excelente solución para la mayoría de las aplicaciones de alineación.
Para un análisis a profundidad de la aplicación de pasadores elásticos en espiral de carga ligera en un conjunto de válvula de aluminio para automóviles, lea nuestra historia de aplicación.
Pasadores Elásticos en Espiral de carga ligera en un conjunto de válvula de aluminio para automóviles.
Bisagras
Las bisagras manuales o de punto giratorio simple son otro ejemplo que no impone grandes requisitos de resistencia al cizallamiento. Por lo tanto, son una aplicación ideal para los Pasadores Elásticos en Espiral de carga ligera en términos de facilidad de montaje y costo total, al tiempo que proporcionan una solución de alto rendimiento. Con la carga ligera, también es muy sencillo conseguir una bisagra de fricción de alta calidad.
Un subconjunto especial de este segmento son los estuches cosméticos, en los que los Pasadores en Espiral de carga extra ligera especialmente desarrollados con 1 ½ espiras son la solución estándar de la industria para bisagras de estuches de alta calidad.
Los Pasadores en Espiral ligeros se utilizan como pasadores de bisagra de ajuste libre dentro de la protección de las hojas de sierra circulares.
Los Pasadores en Espiral cosméticos de la serie 550 de SPIROL proporcionan una bisagra de fricción de alta calidad durante toda la vida útil del conjunto.
Fijación
Para situaciones en las que se unen dos componentes y la unión no está sometida a grandes tensiones ni soporta cargas, un Pasador en Espiral de baja resistencia es una excelente opción, ya que aprovechará todas sus ventajas. Algunos ejemplos típicos son las uniones entre componentes de plástico y metal (como una varilla de medición de aceite), los conjuntos de eje/cubo (sin transferencia de par), etc.
Conclusión
En resumen, los Pasadores Elásticos en Espiral de Carga Ligera ofrecen numerosas ventajas en muchas aplicaciones, entre las que se incluyen menores costos de los componentes y del conjunto en general, protección del material principal y facilidad de instalación. Por lo tanto, los Pasadores Elásticos en Espiral de Carga Ligera siempre deben tenerse en cuenta en aplicaciones que no soporten cargas elevadas.
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Un pasador en espiral carga ligera sujeta el anillo de plástico a la varilla metálica de una varilla medidora de automóvil. Estos pasadores se pueden instalar fácilmente con el insertador manual de pasadores modelo PM de SPIROL.
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