Diseño de elementos de unión

Transcripción

1 Diseño de elementos de unión Elementos unión - Tornillería. - Accesorios Diseño de uniones atornilladas Normas de pares de apriete. Fabricación de piezas roscadas Roscados en materiales blandos. Remaches Otros dispositivos de unión Otros métodos de unión 1

2 La utilización de los distintos sistemas de fijación depende de: - La naturaleza de los materiales a unir - El tipo de comportamiento necesario - La accesibilidad a las distintas zonas u órganos - La frecuencia de desmontaje o sustitución de los diferentes elementos. - Los grados de libertad de movimiento i Clasificación ió básica: Uniones fijas, articulada y desmontables Uniones fijas: Soldadura, plegado, encolado, remachado. Uniones articuladas: Bisagra con pasador o perno. Uniones desmontables: Uniones atornilladas, Bridas o abrazaderas Grapas y anillos de seguridad. 2

3 Las roscas se utilizan para: Fundamentos de piezas roscadas Unión de piezas diferentes. Diferentes materiales y espesores Transformación de un movimiento de rotación en traslación o viceversa. Elementos roscados: Tornillos y Tuercas, Esparragos, Pernos, Las roscas pueden ser: Rosca a derechas/izquierdas Rosca paso normal/fino Tipos de tornillos según funcionalidad: Tornillo de montaje Tornillo de presión Tornillos de guía Tornillo de fijación 3

4 Clasificación ió de uniones atornilladas Tórnillos y pernos Esparragos Tuercas Arandelas Tornillos prisioneros Insertos Anillos de seguridad Pasadores Tensores Abrazaderas metálicas Elementos de acción rápida Elementos articulados Elementos auxiliares: pasadores, chavetas, casquillos,... 4

5 Ejemplo de conjunto nto ensamblado El eje roscado se une por medio de una tuerca a la polea. La polea gira arrastrada por la chaveta inserta en el eje, éste rota al interior i del buje debido al ajuste deslizante que existe entre ellos. El buje se une al soporte por medio de un ajuste apretado y finalmente, el conjunto se une al soporte por medio de un casquillo grueso cilíndrico y un pasador cónico. 5

6 Generalidades Las uniones, probablemente constituyan la mayor fuente de fallos en las estructuras t aeronáuticas (o de otro tipo) y deben tenerse en consideración todos los aspectos relativos a su diseño al realizar el análisis estructural. El ala ideal, sería aquél que estuviese construido en una sola pieza y de un material único y en sola operación de fabricación Imposible, por lo que debe diseñarse una estructura semi monocasco. Los distintos tramos deben de diseñarse para ser unidos con un mínimo de cuatro elementos de fijación, que deben ser capaces de transferir las cargas de cada uno de los tramos al adyacente. 6

7 Tipos de roscas Existen varios tipos de rosca: las roscas métricas (M), la rosca unificada fina (UNF), la rosca unificada normal (corriente) (UNC), la rosca Witworth de paso fino (BSF), la rosca Witworth de paso normal (BSW o W), entre otras, Las diferencias se basan en la forma de los filetes que los hacen más apropiados p para una u otra tarea, las roscas indicadas son las más utilizadas en elementos de unión. 7

8 Tipos de roscas normalizadas Métrica 8

9 Tornillos Allen T. de cabeza ranurada Tipos de tornillos según forma: T. De cabeza hexagonales Para pernos (no giran) Varillas roscadas, prisioneros Tornillos especiales Tornillos de chapa 9

10 Elementos accesorios: - Espárragos: Se componen de una varilla roscada por sus dos extremos - Tuerca: Elemento de fijación, se coloca siempre unida a un tornillo o a un espárrago - Arandelas: Elementos que aumentan la superficie de apoyo y evitan las ralladuras. Arandelas (washer) Arandelas elásticas (spring i lock washers) ) Arandelas cóncavas y convexas (de asiento). Pasadores: De guía, de fijación, de articulación. 10

11 Normativa vigente Norma general a nivel industrial: Norma alemana DIN Normas de empleo habitual en la industria aeroespacial: NAS - Natíonal Aerospace Standard Unífíed Military Standards AN - Aír Force/Navy Aeronautícal Standards NA - Natíonal Aerospace Standard* - Metric MA - SAE Standard* Metric 11

12 Catálogo Fator. Tornilleria Industrial Pernos de cabeza hexagonal Hexagonal head bolts Arandelas Washers 12

13 Tuercas Nuts de uso aeroespacial de uso industrial 13

14 Inmovilización parcial de tuercas Arandelas elásticas - Grower: Arandela abierta con una cierta elasticidad. Se aumenta la inmovilización con la incrustación de los extremos salientes en la tuerca, tornillo y en la pieza. - Arandelas dentadas: Arandelas cerradas con una cierta elasticidad de los dientes - Arandelas Belleville: Con forma troncocónica, después del apriete queda plana, pero no pierde sus propiedades elásticas y actúa como un potente resorte axial. - Arandelas deformables. Arandelas cerradas, planas Contratuerca En primer lugar se bloquea la primera tuerca contra la pieza. Después se atornilla la contratuerca y se bloquea ésta contra la tuerca primera, Tuercas de Seguridad o Autoblocantes Tienen un anillo de material sintético (nylon, teflón, etc.) o chapa en el que penetran los filetes del tornillo al roscar la tuerca. Tuercas almenadas. Con cabeza ranurada, para insertar pasadores o alambres trenzados, entre tuerca y tornillo Encolado Con adhesivo específico al material a unir(loctite, Araldit, etc.) para fijación o sellado 14

15 Inmovilización parcial de tuercas Alambre trenzado 15

16 Marcado roscas a izquierdas IDiseño elementos Fijación 16

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18 Par de apriete tornillos Tornillos de acero Tornillos de acero inoxidable 18

19 Fabricación de piezas roscadas Existen multitud de procesos de fabricación ió para la elaboración de componentes roscados, ya sea exterior o interiormente: Mecanizado por arranque viruta: Con Roscadora manual o automática, Torno o Fresadora Proceso de electroerosión por penetración Por Forja o Fundición Sinterizado Por técnicas de prototipado 19

20 Taladrado previo (Drilling) Roscados para materiales blandos. Proceso Rosca Helicoil Roscado (Threading) Diámetro taladro previo: - Rosca basta u ordinaria: Diá. rosca paso. - Rosca fina:diá. ½ paso 20

21 Insertos para roscas para reparar roscas dañadas en diversos tipos de materiales, a es, durante el proceso de fabricación. Roscados para materiales blandos Ventajas - Crea roscas más resistentes en la mayoría de los materiales. - Fabricado con acero inoxidable resistente a la corrosión. - Simplifica la modificación de pasos métricos a pulgadas y viceversa. - Intercambiable con otras marcas de insertos y herramientas. - Reduce el desgaste de la rosca. - Tolerancia a bajas y altas temperaturas (-150 C a 430 C). 21

22 En máquinas propias, o en máquinas preparadas: Taladros, Tornos, Fresadoras Roscado máquina Machos de roscar Roscadora Hidraúlica Broca-Macho de roscar Macho de laminación, sin arranque de viruta Fresas de roscar 22

23 Roscado manual Portamachos para roscado interior Hileras para roscado exterior Verificador de roscas 23

24 Proceso para la unión fija de chapas, paneles y perfiles, en general, extrusionados y de aluminio o material composite. Remachado (Riveting) Fuselage of 747 Shuttle Carrier 24

25 Remachado Remaches con cabeza alomada DIN 7337-A Domed head blind rivets Tuercas remachables con cabeza avellanada ISO- EN Blind rivet nuts with countersunk head 25

26 Remaches para UNIONES CIEGAS (Blind rivets) - BOM-R - Diám. 5a20mm - Espiga y cuerpo de acero Remaches de alta resistencia HUCK Remaches para UNIONES PASANTES (Through rivets) - C6L / C120L - Diám. 5 a 10 mm - C50L - Diám.12a28mm 28 mm - Espiga, cuerpo y collarín roscado. Máquinas de remachado Unidad hidráulica, máquinas y boquillas de remachar tipo Huck. Deben utilizarse las indicadas en función del diámetro y tipo de remache. Reglar las presiones de tracción y retorno. Vigilar no fugas en mangueras y buen estado de cables eléctricos. 26

27 Introducir remache en parte accesible del agujero. Fases del remachado Colocar máquina y pinza correspondiente tirando de espiga hasta formar bulbo en el lado ciego del remache. Seguir tirando hasta formar la cabeza del lado abierto del remache. Romper espiga y expulsarla de la pinza. - La zona de rotura y aquellos cuya cabeza quede sin proteger se les aplicara capa de pintura rica en Zinc (EPOXI-ZINC S ) inmediatamente después de remachar. 27

28 Remachado 28

29 Elementos auxiliares Abrazaderas Antivibratorios Tensores Acoplamientos eléctricos o hidraúlicos 29

30 Anillos de seguridad d Retaining rings Anillos lisos cilíndricos Usados sobre ejes o arboles para retención axial Anillos de sección circular Usados para evitar desplazamientos axiales de elementos en ajuste con el eje. Anillos elásticos También usados para evitar desplazamientos axiales Anillo exterior de seguridad para ejes DIN 471 External retaining rings for shaft 30

31 Anillos elásticos de seguridad para ejes DIN 6799 Retaining rings for shafts Fte.: Catálogo FATOR 31

32 Cam lock design Elementos de fijación de acción rápida Air-lock design Clean connectors to air supply 32

33 Conectores rápidos Quick (Dis)connect Couplings 33

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35 Alcoa Fastening systems Para la fijación de paneles: Mejora de la resistencia a tracción, cortante y a la fatiga. Mayor facilidad para el (des)montaje Excelente resistencia a la vibración en estructuras de composite aeroespacial Titanium Mark IV TM 35

36 Dispositivos inteligentestz (dispositivos electromecánicos reprogramables) mejoran la seguridad (con manipulación restringida) y el acceso a la línea de unidades reemplazables, en los procesos de ensamblaje o mantenimiento. Dispositivos Inteligentes de fijación Smart Fastening Devices Automating Aircraft Maintenance Son nuevos diseños de mecanismos de enganche y/o fijación 36

37 Otros tipos de unión permanente Uniones encoladas: Pegado, Fijado y sellado de roscas. Adhesivos base acuosa, solvente,... Uniones soldadas Soldadura eléctrica, Soldadura por fusión o por presión... 37

38 Uniones forzadas o por rozamiento Son uniones utilizadas siempre que las correlaciones relativas a la fabricación, elección del ajuste, fuerza máxima a transmitir y desmontabilidad, se han determinado suficientemente mediante ensayos Tipos: Encajes térmicos Encajes a prensa Encajes cónicos Uniones de abrazamiento Uniones de expansión por aceite a presión Nota: Según las TOLERANCIAS DIMENSIONALES de los elementos a unir se obtiene APRIETE o JUEGO. Ejemplo: El ajuste o unión en apriete entre el chavetero de un eje y la chaveta es10h9h8 38

39 Se han repasado los distintos sistemas de fijación mécanica roscadas convencionales en el sector. Resumen ACCIÓN: Práctica 2. Laboratorio Aeronáutico: Estudio de los sistemas de fijación presentes en los distintos aviones, helicopteros y motores del laboratorio. Consultar catálogos de Fator y Alcoa Visitar las páginas webs correspondientes y:

40 Ejemplo. Fallo en unión dos materiales Faltan elementos auxiliares Corrosión en los materiales 40