Aflojamiento por relajación o deformación

¿Qué es la relajación?

 Inmediatamente después de ser montados las uniones atornilladas, parte de la fuerza de apriete que se formó, puede ser perdida debido a la “relajación” y con el tiempo, la fuerza de apriete se puede perder aún más, debido a la deformación.

En otras palabras, la relajación es la consecuencia de un cambio de tensión en el tornillo. Puede darse a causa de un asentamiento de las piezas contiguas o por una deformación en alguna de las caras a causa del rozamiento.

 

¿Qué es el asentamiento?

la rugosidad de las superficies de las piezas adyacentes (por ejemplo: tuercas arandelas) se acentúan menos bajo la presión de tensión del tornillo.

 

¿Qué es la deformación?

la presión en la superficie del material donde se apoya el tornillo o la tuerca es superior a la resistencia del material a la compresión.

 

¿Cómo ocurre?

Tanto las piezas fijadas como los artículos de fijación (pernos, tuercas, empalmes, bridas, etc.) son responsables de la relajación o asentamiento. Hay que comprender que los elementos estructurales a fijar tienen una cierta rugosidad superficial y no siempre son completamente paralelas.

La rosca y las superficies de soporte de los tornillos y tuercas también tienen una cierta rugosidad superficial. Además, el material de la rosca de la tuerca no siempre es igual o similar con la del tornillo.

Inmediatamente después de la aplicación de la fuerza de apriete, vemos que la rugosidad de la superficie es parcialmente removida y que ocurre deformación. Esto elimina parcialmente la falta de escuadra o la falta de paralelismo.

El resultado: parte del estiramiento original del tornillo es negado y la fuerza de apriete disminuye.

 

 

En el gráfico E podemos ver cuál es el efecto de la incorporación en la fuerza de apriete en uniones cortas. En pruebas, los tornillos se tensaron con una precarga de acuerdo con la norma VDI2230 (VDI = Verein Deutscher Ingenieure). Esta es una utilización del 95% de la tensión permisible (tensión de carga, o 0.2% limite elástico). En cada caso, la longitud de fijación fue igual al diámetro del tornillo, en otras palabras, lk/D = 1.

Gráfico E muestra la pérdida de precarga con la incorporación de 0.008 mm.

 

Podemos concluir que, con una precarga mayor, la pérdida porcentual de la fuerza de apriete debido a la incorporación es menor. Otros estudios, también muestran que con una relación mayor de longitud/diámetro (Ik/D), las consecuencias de la incorporación no aumentan tan rápidamente.

 

 

 

 

El gráfico F muestra que con una fuerza de pre-tensión de fz, la fuerza de apriete en la unión disminuye en Fz. la fuerza de apriete residual esperada normalmente Fkr1 se reduce a Fkr2.

En uniones con carga dinámica, una fuerza de apriete que es muy baja aumenta drásticamente el riesgo de fractura por fatiga.

A veces, los materiales fijados seguirán deformándose con el tiempo. Este fenómeno se conoce como “deformación” y se ve principalmente en plásticos, que se deforman, incluso con una baja tensión de compresión. Los plásticos fijados, por lo tanto, están absolutamente fuera de cuestión si quiere mantener la pre-carga acumulada. Esto se aplica en particular a los revestimientos (pintura, oxido, cincado…).

Metales fijados cuya presión superficial máxima permitida es excedida también tienen una tendencia a la “deformación”. Un error común, por ejemplo, es que las arandelas muy blandas se utilizan con los tornillos 8.8 o 10.9, como resultado se deforman plásticamente, y la fuerza de apriete original es reducida.

 

¿Cómo evitar la pérdida de tensión?

Si se aumenta la elasticidad de montaje para que la dimensión esperada de asentamiento y deformación se vea compensada, se evitará la caída en la fuerza de pre-tensión de manera adecuada. Esto es posible mediante el uso de:

tornillos de alta razón l/d (l = largo del tornillo, d = diámetro del tornillo);

tornillos y tuercas con asiento, los cuales reducen la presión superficial y, de esta forma, el asentamiento en las superficies de soporte.

tornillos con arandela de resorte o de apoyo cónico; arandelas cónicas o de resorte a platillo.

La precarga debe ser la más alta posible, sin exceder la presión máxima superficial permitida de los materiales fijados.

Garantizar que las superficies de contacto no tengan revestimientos espesos y deformables. Por lo tanto, estos deben aplicarse después del montaje, no antes.

Se utiliza arandelas, deben tener la dureza adecuada.

La presión de superficie admisible de los materiales fijados no debe ser superarse por la fuerza de apriete aplicada.

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