Causas del aflojamiento de los elementos de fijación roscados y estructuras comunes para evitar el aflojamiento

La pérdida de apriete en los elementos de fijación roscados es uno de los problemas más frecuentes. Los sujetadores más utilizados se aflojan debido a las vibraciones, a los cambios de carga elevados y reducidos, así como a los impactos durante el servicio, lo que conlleva una disminución de la precisión, la seguridad y la fiabilidad del equipo, afectando así la calidad y la eficiencia de la producción.

1. Causas de la conexión suelta de los elementos de fijación roscados

La esencia de la unión mediante tornillos y tuercas consiste en mantener unidas las piezas conectadas mediante una fuerza axial. Cuando se aprieta el perno, la pérdida de dicha fuerza axial se denomina aflojamiento de la unión roscada. Las principales causas del aflojamiento son las siguientes.

1.1 Defectos de diseño

(1) Selección inadecuada de los tornillos. Durante el proceso de apriete de los tornillos, la fuerza de sujeción entre las piezas unidas aumenta rápidamente a medida que se incrementa la precarga, y comienza a producirse deformación plástica al alcanzar el límite elástico. Cuando la fuerza de sujeción sigue aumentando con el incremento de la precarga del tornillo, dicho aumento resulta escaso o incluso se mantiene constante. Si la precarga vuelve a incrementarse, la fuerza de sujeción disminuye gradualmente hasta llegar a romperse. Por lo tanto, el diseñador debe analizar y calcular con precisión el par de apriete, teniendo en cuenta plenamente factores como el peso de los componentes, la carga sobre los rodamientos y las normas de seguridad, para seleccionar la conexión por tornillos adecuada.

(2) Falta de consideración del diseño antideslizamiento o de un método deficiente para evitar el aflojamiento. Durante su uso, la conexión mediante pernos puede aflojarse e incluso desprenderse debido a las vibraciones, a los cambios de carga elevados y bajos, y a los impactos. Por lo tanto, es necesario aplicar medidas eficaces de prevención del aflojamiento durante el diseño del producto, a fin de evitar que los pernos o tuercas se aflojen por condiciones de trabajo severas.

1.2 Precarga insuficiente

La fuerza de pretensado del tornillo determina directamente la fuerza de sujeción entre las dos piezas unidas. Una fuerza de pretensado insuficiente provocará inevitablemente el aflojamiento de los tornillos de unión y el desajuste de las piezas conectadas. La fuerza de pretensado del tornillo debe aproximarse o alcanzar la resistencia a la fluencia del material del tornillo. Sin embargo, en el proceso real de montaje, debido a la limitada capacidad de fuerza del operario o a la inadecuación del modelo de herramienta seleccionado, el par de apriete generado resulta insuficiente, y el tornillo no logra alcanzar la fuerza de pretensado requerida.

El diseño y el proceso no establecen requisitos específicos para el par de apriete de los tornillos, y la estación de montaje no dispone de una llave dinamométrica correspondiente. Al apretar, el operario suele determinar si debe apretar basándose en su intuición y experiencia, lo que conlleva un preapriete insuficiente en algunas piezas sometidas a fuertes vibraciones y, en consecuencia, su aflojamiento.

1.3 La superficie de apoyo está deformada y aflojada

Cuando la superficie de apoyo de la tuerca o del tornillo está sometida a una gran presión, dicha superficie y la superficie de contacto de las piezas unidas se comprimen y deforman, lo que provoca la reducción o la pérdida de la fuerza de pretensado de los elementos de fijación roscados, dando lugar a una unión floja.

1.4 Proceso de montaje inadecuado

Para el apriete de múltiples tornillos dispuestos de manera regular, el proceso de montaje no ha elaborado un procedimiento de apriete adecuado, y el operario depende exclusivamente de su experiencia personal para realizar esta operación, lo que provoca que algunos tornillos, debido a una secuencia de apriete incorrecta y a una distribución desigual de las fuerzas, queden apretados de forma inconsistente y terminen aflojándose. Por ejemplo, los tornillos de fijación de forma cuadrada más comunes en el proceso de montaje suelen apretarse siguiendo una disposición diagonal, con el fin de lograr la mayor uniformidad posible; de lo contrario, los tornillos pueden aflojarse e, incluso, las piezas unidas podrían deformarse por la aplicación desigual de las fuerzas.

1.5 Defectos de calidad en el procesamiento

La precisión dimensional de los orificios roscados o de los orificios para pernos es especialmente importante cuando se ensamblan piezas, y el tamaño de la rosca influye directamente en la magnitud de la fuerza de pretensado que ejerce el perno. Si el diámetro del orificio de montaje del perno es demasiado pequeño, resultará difícil realizar el ensamblaje; si, por el contrario, es demasiado grande, la superficie de la pieza y la superficie de apoyo del perno o de la tuerca sufrirán abolladuras y deformaciones, lo que provocará el aflojamiento del perno o de la tuerca.

2. Estructura comúnmente utilizada en sujetadores roscados para evitar el aflojamiento

De acuerdo con el principio de funcionamiento, existen tres tipos principales: el primero es el anti‑soltura por fricción; el segundo, el anti‑soltura mecánico; y el tercero, el anti‑soltura permanente.