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PolskaPor qué se desplazan los pasadores y cómo evitar que esto suceda
Por Miki Shen, ingeniero de aplicaciones
El movimiento lateral de los pasadores instalados, comúnmente conocido como «desplazamiento», puede ocurrir con cualquier pasador en una aplicación dinámica si no se siguen las pautas de diseño adecuadas. Esto incluye tanto los pasadores sólidos rígidos 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 abordará las causas comunes del movimiento lateral y ofrecerá pautas de diseño para evitar esta situación.
Los Pasadores Elásticos Ranurados no pueden flexionarse cuando la ranura está cerrada
Existen causas comunes de desplazamiento tanto para los pasadores sólidos como para los pasadores elásticos, tales como orificios de tamaño inadecuado, acoplamiento insuficiente y cargas asimétricas. También existen mecanismos de desplazamiento específicos de cada tipo de producto. Por ejemplo, los pasadores sólidos rígidos pueden deformar los orificios, lo que introduce holgura y compromete la retención. Si se seleccionan adecuadamente el material y la carga para el tipo de ensamble, los pasadores elásticos no deberían deformar los orificios como lo hacen los pasadores sólidos rígidos. Sin embargo, una vez instalado, el espacio libre de un pasador elástico ranurado queda prácticamente cerrado. Si se produce un movimiento adicional, los extremos del pasador pueden entrar en contacto, eliminando el espacio libre, en ese momento, el pasador funciona como un tubo sólido, mostrando características similares a las de un pasador sólido.
Los pasadores elásticos en espiral diseñados por SPIROL están pensados para solucionar las deficiencias asociadas tanto a los pasadores sólidos como a los pasadores elásticos ranurados. Los pasadores elásticos en espiral están disponibles en diferentes niveles de resistencia, lo que permite adaptar la fuerza y la flexibilidad del pasador al ensamble en el que se utilizará. Los pasadores en espiral para aplicaciones ligeras y estándar pueden evitar daños en los orificios de materiales blandos o frágiles, algo que suele ocurrir cuando se utilizan pasadores sólidos o pasadores ranurados. Además, a diferencia de los pasadores elásticos ranurados, los pasadores elásticos en espiral no pueden “encajar” en los orificios, ya que presentan una costura en lugar de un espacio abierto.
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 en el ensamble. Como se mencionó anteriormente, los pasadores en espiral no pueden chocar o cerrarse completamente, por lo que mantienen su flexibilidad dentro del ensamble. Si bien los pasadores en espiral proporcionan una flexibilidad fundamental en los ensambles rígidos, es muy importante asegurarse de que se distribuya la carga simétricamente 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 desplazamiento. Como se muestra en la Figura 1, la carga compresiva sobre el Pasador Elástico se traduce en un movimiento lateral cuando el pasador está bajo compresión y se carga de forma asimétrica.
F = carga compresiva sobre el pasador
Fn = fuerza ejercida radialmente cuando el pasador se comprime y tiende a recuperar su forma debido a la acción del resorte.
Fnx and Fny = las resoluciones de Fn
Ff = fuerza de fricción que retiene el pasador en el orificio
Figura 1
El desplazamiento se produce cuando Fnx > Ff
La conicidad se ha exagerado para demostrar las fuerzas.
Las figuras 2a-c ilustran algunas de las causas más comunes de desplazamiento cuando se utilizan ambos tipos de Pasadores Elásticos si no se diseñan adecuadamente en el ensamble:
Figura 2a
Si el tamaño del orificio es menor en un componente, el pasador puede no recuperarse lo suficiente para enganchar correctamente el orificio opuesto. En este ejemplo, el componente central tiene un tamaño de orificio más pequeño. Como resultado, no hay retención en un extremo, si los orificios presentan un efecto cónico, esto puede generar un vector de fuerza que permite que la carga aplicada en rotación se traduzca 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. Nuevamente, si los orificios generan un efecto cónico, esto puede crear un vector de fuerza que permite que la carga aplicada en rotación se traduzca en un movimiento lateral.
Figura 2c
Si los chaflanes del pasador se colocan en el plano de corte, pueden generar un vector de fuerza que provoque desplazamiento cuando el componente en rotación impacta sobre esta superficie angular.
¿Cómo puede un diseñador asegurarse de que los pasadores elásticos se distribuya la carga correctamente para evitar el desplazamiento? A continuación se describen varios métodos:
BISAGRAS CON FRICCIÓN Y AJUSTE LIBRE
En el caso de las bisagras de ajuste por fricción, lo ideal es que todos los orificios coincidan con precisión tanto en los componentes internos como en los externos. Sin embargo, a menudo no es posible que todos los diámetros de los orificios coincidan perfectamente. Cuando esto no se puede lograr, es necesario tener en cuenta la recuperación del resorte del Pasador Elástico (hacia su diámetro original preinstalado) para determinar las tolerancias adecuadas de cada orificio. La Figura 3 muestra un ejemplo en el que los orificios no pudieron coincidir con precisión. El tamaño de los orificios se ha controlado de manera que el pasador se mantenga en los orificios exteriores ligeramente más pequeños, mientras que se le permite recuperarse en el orificio central. A medida que la recuperación del resorte aumenta con la distancia, el pasador puede compensar mejor la variación de los orificios si se le permite recuperarse en el orificio central. Esto ayuda a mantener el contacto en todos los componentes.
Si se deseara una bisagra de ajuste libre, se aplicaría lo contrario, con un diámetro mayor en los orificios exteriores. Esto garantizaría una longitud de acoplamiento óptima, y el pasador solo podría recuperarse una cantidad muy pequeña en la corta distancia de los orificios exteriores. Como resultado, se puede lograr una condición de ajuste libre sin un «juego» o holgura excesivos.
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, es decir, todos los orificios deben coincidir con precisión, siempre que sea posible. La diferencia entre las situaciones de la Figura 3 y la Figura 4 radica en el lugar 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 mayor en los extremos que en el centro. En este diagrama, el pasador se mantendrá más firme en el orificio central, mientras que se recuperará en cada extremo para mantener el contacto con las paredes del orificio exterior.
Tanto la figura 3 como la figura 4 darían lugar a un diseño satisfactorio si se tuvieran en cuenta cuidadosamente las características del resorte del Pasador Elástico en cada situación. Si es necesario, es posible obtener empíricamente los valores de la recuperación esperada del resorte que son específicos para cada diámetro y longitud.
¿Y si se deseara una bisagra de ajuste libre en la figura 4? Sencillo: asegúrese de que el pasador quede retenido en los extremos. El componente central ofrece poca longitud para la recuperación del pasador y, por lo tanto, solo tiene que ser ligeramente más grande que los orificios exteriores para garantizar el espacio libre sobre el pasador.
Figura 3
Figura 4
Las condiciones presentadas en las Figuras 3 y 4 están exageradas para mayor claridad. El espacio entre los componentes también se ha exagerado. En la realidad, un despeje significativo entre los componentes introduciría un momento de flexión, lo que podría provocar también la migración del pasador si el espacio real fuera tan grande.
ENSAMBLES DE EJE Y ENGRANE/BUJE
Figura 5
Figura 6
Al igual que en las bisagras de ajuste por fricción, los ensambles de eje y engranaje/buje requieren un acoplamiento adecuado de ambos componentes. Lo ideal es que el diámetro de los orificios coincida con precisión a través del eje y el engranaje/buje, para eliminar cualquier movimiento del pasador dentro de los orificios. Las Figuras 5 y 6 muestran situaciones en las que los orificios no pudieron coincidir con precisión, pero se ha tenido en cuenta la recuperación del resorte. Estas situaciones son básicamente iguales a las Figuras 3 y 4. En la Figura 5, la longitud libre es mayor en el centro, al igual que en la Figura 3. El pasador se mantendrá más firme en los orificios exteriores, mientras que se recuperará en el centro para mantener el contacto con las paredes del orificio central. De manera similar, la Figura 6 refleja la misma situación que la Figura 4. La longitud libre es mayor en los extremos que en el centro. El pasador se sujetará con mayor firmeza en el orificio central, mientras que se recuperará en cada extremo para mantener el contacto con las paredes de los orificios exteriores. Para todas las aplicaciones de ejes y engranajes/cubos, se recomienda que la diferencia entre los diámetros de los orificios no supere los 0,05 mm (0,002"). De lo contrario, el pasador estará sometido a una carga dinámica, en la que un cambio muy pequeño en la velocidad podría equivaler a un cambio considerable en la fuerza sobre el ensamble.
El desplazamiento de los pasadores se puede evitar si se considera adecuadamente la unión que se va a fijar con pasadores durante la fase de diseño del ensamble. SPIROL cuenta con un equipo de ingenieros experimentados capaz de brindar asistencia desde el concepto inicial hasta el diseño completo. Además, los ingenieros de SPIROL son expertos en identificar las causas del movimiento lateral en diseños existentes, ayudando a la mejora continua del producto. Si está trabajando en un nuevo diseño o necesita ayuda con un ensamble existente, póngase en contacto con su representante de SPIROL hoy mismo.
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