diseño de elementos de unión · la utilización de los distintos sistemas de fijación depende...

Diseño de elementos de unión

Elementos uniónElementos 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

Introducción Diseño elementos Fijación1

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.

L d d lib d d i i- Los grados de libertad de movimiento

Cl ifi ió bá i U i fij ti l d d t blClasificación básica: Uniones fijas, articulada y desmontables

•Uniones fijas: Soldadura, plegado, encolado, remachado.

•Uniones articuladas: Bisagra con pasador o perno.

•Uniones desmontables:•Uniones desmontables: Uniones atornilladas, Bridas o abrazaderasGrapas y anillos de seguridad

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Grapas y anillos de seguridad.

Introducción Diseño elementos Fijación

F d t d i dLas roscas se utilizan para:

Fundamentos de piezas roscadas

Unión de piezas diferentes. Diferentes materiales y espesoresTransformación 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/finoTipos de tornillos según funcionalidad:

p

Tornillo de montaje Tornillo de presión

Tornillo de fijaciónTornillos de guía

3Introducción Diseño elementos Fijación

Cl ifi ió d i t ill dClasificación de uniones atornilladas• Tórnillos y pernos

E• Esparragos• Tuercas• ArandelasArandelas• Tornillos prisioneros• Insertos• Anillos de seguridad• Pasadores

Tensores• Tensores• Abrazaderas metálicas• Elementos de acción rápidaElementos de acción rápida• Elementos articulados• Elementos auxiliares: pasadores,

h t illchavetas, casquillos, ...


Ejemplo de conj nto ensambladoEjemplo de conjunto ensamblado

El eje roscado se une por medio de una tuerca a la

lpolea. La polea gira arrastrada por la chaveta inserta en el eje, éste

t l i t i d l b j d bidrota al interior del buje debido al ajuste deslizante que existe entre ellos. El buje se une al soporte porEl buje se une al soporte por medio de un ajuste apretado y finalmente, el conjunto se une al soporte por medio de unal soporte por medio de un casquillo grueso cilíndrico y un pasador cónico.


GeneralidadesGeneralidades

• Las uniones, probablemente constituyan la mayor fuente de fallos l t t á ti ( d t ti ) d b ten las estructuras 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 fabricacióny 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 demínimo de cuatro elementos de fijación, que deben ser capaces de transferir las cargas de cada uno de los tramos al adyacente.


Tipos de roscasTipos de roscas

E i i i d• Existen varios tipos de rosca: – las roscas métricas (M), – la rosca unificada fina (UNF)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 para una u otra tarea, las roscas indicadas son las p p p ,más utilizadas en elementos de unión.


Tipos de roscas normalizadas

Métrica


Tipos de tornillos según forma:T. de cabeza ranurada T. De cabeza hexagonalesTornillos Allen

Tipos de tornillos según forma:

Para pernos (no giran)Varillas roscadas, prisioneros

Tornillos de chapaTornillos especialesTornillos especiales


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

Elementos accesorios:

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 elásticas ( i l k h )Arandelas (washer) Arandelas elásticas (spring lock washers)Arandelas (washer)

A d l ó (d i t )Arandelas cóncavas y convexas (de asiento). Pasadores: De guía, de fijación, de articulación.


Normativa vigente

Norma general a nivel industrial: Norma alemana DIN

Normas de empleo habitual en la industria aeroespacial:Normas de empleo habitual en la industria aeroespacial:

• NAS - Natíonal Aerospace Standard – Unífíed Military Standardsp y• AN - Aír Force/Navy Aeronautícal Standards• NA - Natíonal Aerospace Standard* - Metric • MA - SAE Standard* Metric


Catálogo Fator Tornilleria IndustrialCatálogo Fator. Tornilleria Industrial

Pernos de cabeza hexagonalHexagonal head bolts


ArandelasWashers

TuercasTuercasNuts

de uso aeroespacial

de uso industrial


de uso industrial

Inmovilización parcial de tuercasInmovilización parcial de tuercasArandelas elásticas- Grower: Arandela abierta con una cierta elasticidad. Se aumenta la inmovilización conla 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

ContratuercaEn primer lugar se bloquea la primera tuerca contra la pieza. Después se atornilla

Arandelas deformables. Arandelas cerradas, planas

la contratuerca y se bloquea ésta contra la tuerca primera,

Tuercas de Seguridad o AutoblocantesTienen 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

EncoladoCon adhesivo específico al material a unir(Loctite, Araldit, etc.)

o alambres trenzados, entre tuerca y tornillo

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p ( )para fijación o sellado


Inmovilización parcial de tuercasInmovilización parcial de tuercas

Alambre trenzado


MarcadoMarcado roscas a izquierdas

16IDiseño elementos Fijación

Par de apriete tornillos

18Tornillos de acero Tornillos de acero inoxidable


Fabricación de piezas roscadas

E i l i d d d f b i ió l l b ió d• Existen multitud de procesos de fabricación para la elaboración de componentes roscados, ya sea exterior o interiormente:– Mecanizado por arranque viruta:p q

• Con Roscadora manual o automática, Torno o Fresadora• Proceso de electroerosión por penetración

– Por Forja o FundiciónSinterizado– Sinterizado

– Por técnicas de prototipado


Taladrado previo (Drilling)

R d

Roscados para materiales blandos.Proceso Rosca Helicoil

Roscado (Threading)

Diámetro taladro previo:- Rosca basta u ordinaria: Diá. rosca – paso.

Rosca fina:Diá ½ paso20


- Rosca fina:Diá. – ½ paso

Insertos para roscas para reparar roscas dañadas en diversos tipos de materiales, durante el proceso

Roscados para materiales blandos

de a e a es, du a e e p ocesode fabricación.

Ventajas j- 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 iviceversa.

- Intercambiable con otras marcas de insertos y herramientas.

Reduce el desgaste de la rosca- Reduce el desgaste de la rosca. - Tolerancia a bajas y altas temperaturas (-150°C a 430°C).


Roscado máquinaEn máquinas propias q

Machos de roscar

En máquinas propias, o en máquinas preparadas: Taladros, Tornos, Fresadoras

Roscadora Hidraúlica

22Fresas de roscarBroca-Macho de roscar

Macho de laminación,sin arranque de virutaIntroducción Diseño elementos Fijación

Roscado manualRoscado manual

Portamachos para roscado interior

Hil d t i


Verificador de roscasHileras para roscado exterior

R h d (Ri ti )Remachado (Riveting)

Proceso para la unión fija de chapas, panelesp j p , py perfiles, en general, extrusionados y de aluminio o material composite.

F l f 747 Sh ttl C i


Fuselage of 747 Shuttle Carrier

R h d

Remaches con cabeza alomada DIN 7337-ADomed head blind rivets

Remachado

Domed head blind rivets

Tuercas remachables con cabeza avellanada ISO- ENBlind rivet nuts with countersunk head


Remaches de alta resistencia HUCKRemaches de alta resistencia HUCK

• Remaches para UNIONES CIEGAS (Blind rivets) BOM R Diám 5 a 20 mm- BOM-R - Diám. 5 a 20 mm

- Espiga y cuerpo de acero

• Remaches para UNIONES PASANTES (Through rivets)- C6L / C120L - Diám. 5 a 10 mm- C50L - Diám. 12 a 28 mmC50L Diám. 12 a 28 mm

- Espiga, cuerpo y collarín roscado.

Unidad hidráulica, máquinas y boquillas de remachar tipo Huck.

Máquinas de remachado

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

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Vigilar no fugas en mangueras y buen estado de cables eléctricos.

Fases del remachadoFases del remachado Introducir remache en parte accesible del agujero. Colocar máquina y pinza correspondiente tirando de espiga hasta formar 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. Romper espiga y expulsarla de la pinza.

- La zona de rotura y aquellos cuya cabeza quede sin proteger se les aplicara

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- La zona de rotura y aquellos cuya cabeza quede sin proteger se les aplicara capa de pintura rica en Zinc (EPOXI-ZINC S80-700838) inmediatamente después de remachar.

RemachadoRemachado


El t iliElementos auxiliares

Abrazaderas AntivibratoriosAntivibratorios

A l i t lé t i hid úliTensores Acoplamientos eléctricos o hidraúlicos


A ill d id dAnillos de seguridadRetaining rings

• Anillos lisos cilíndricosUsados sobre ejes o arboles para retención axial

• Anillos de sección circular• Anillos de sección circularUsados para evitar desplazamientos axiales de elementos en ajuste con el eje.

• Anillos elásticos• Anillos elásticosTambién usados para evitar desplazamientos axiales

Anillo exterior de seguridad para ejes DIN 471 External retaining rings for shaft


Anillos elásticos de seguridad para ejes DIN 6799Anillos elásticos de seguridad para ejes DIN 6799Retaining rings for shafts

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Fte.: Catálogo FATORIntroducción Diseño elementos Fijación

Elementos de fijación de acción rápida

Cam lock design Air-lock designAir lock design

Introducción Diseño elementos Fijación32Clean connectors to air supply

Conectores rápidosQuick (Dis)connect Couplings


Alcoa Fastening systemsAlcoa Fastening systems• Para la fijación de paneles:• Mejora de la resistencia a tracción,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 compositeaeroespacialp

Titanium Mark IVTM


Dispositivos Inteligentes de fijaciónDispositivos Inteligentes de fijaciónSmart Fastening Devices

Dispositivos inteligentesTZ ™ p g(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.

Automating Aircraft Maintenance

Son nuevos diseños de mecanismos de enganche y/o fijación


Ot ti d ió tOtros tipos de unión permanente

Uniones soldadasSoldadura eléctrica, Soldadura por fusión o por presión

Uniones encoladas:Pegado, Fijadoy sellado de roscas.Adh i b l t


...Adhesivos base acuosa, solvente,...

Uniones forzadas o por rozamientoUniones forzadas o por rozamiento

• Son uniones utilizadas siempre que las correlaciones relativas a la fabricación elección del ajuste fuerza máxima a transmitir yfabricación, elección del ajuste, fuerza máxima a transmitir y desmontabilidad, se han determinado suficientemente medianteensayos

• Tipos:– Encajes térmicos– Encajes a prensa– Encajes a prensa– Encajes cónicos– Uniones de abrazamiento– Uniones de expansión por aceite a presión

Nota: Según las TOLERANCIAS DIMENSIONALES gde los elementos a unir se obtiene APRIETE o JUEGO.

Ejemplo: El ajuste o unión en apriete entre el chavetero de un eje


j p j p jy la chaveta es10H9h8

ResumenResumen

• Se han repasado los distintos sistemas de fijación mécanica d i l l troscadas convencionales en el sector.

• ACCIÓN: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: - http://aam tz net- http://aam.tz.net

- http://www.eaton.com/Eaton/ProductsServices/Aerospace


Ejemplo. Fallo en unión dos materiales

Faltan elementosauxiliares

C ió l t i l


Corrosión en los materiales

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