Diseño De Elementos De Unión

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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 Introducción Diseño elementos Fijación 1 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 L grados d de d libertad lib d de d movimiento i i Cl ifi Clasificación ió básica: bá i U i Uniones fij fijas, articulada ti l d y d desmontables t bl •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 seguridad. Introducción Diseño elementos Fijación 2 F d Fundamentos t de d piezas i roscadas d Las roscas se utilizan para: 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 p paso normal/fino Tipos de tornillos según funcionalidad: Tornillo de montaje Tornillos de guía Introducción Diseño elementos Fijación Tornillo de presión Tornillo de fijación 3 Cl ifi Clasificación ió de d uniones i atornilladas t ill d • • • • • • • • • • • • • Tórnillos y pernos E Esparragos Tuercas Arandelas Tornillos prisioneros Insertos Anillos de seguridad Pasadores Tensores Abrazaderas metálicas Elementos de acción rápida Elementos articulados Elementos auxiliares: pasadores, chavetas, h t casquillos, ill ... Introducción Diseño elementos Fijación 4 Ejemplo de conj conjunto nto ensamblado El eje roscado se une por medio de una tuerca a la polea. l La polea gira arrastrada por la chaveta inserta en el eje, éste rota t all iinterior t i d dell b buje j d debido bid 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. Introducción Diseño elementos Fijación 5 Generalidades • Las uniones, probablemente constituyan la mayor fuente de fallos en las l estructuras t t aeronáuticas á ti ((o d de otro t ti tipo)) y d deben b ttenerse 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 fijación, que deben ser capaces de transferir las cargas de cada uno de los tramos al adyacente. Introducción Diseño elementos Fijación 6 Tipos de roscas • Existen E i varios i tipos i d de rosca: – las roscas métricas (M), – la rosca unificada fina (UNF) (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 p p para una u otra tarea,, las roscas indicadas son las más utilizadas en elementos de unión. Introducción Diseño elementos Fijación 7 Tipos de roscas normalizadas Métrica Introducción Diseño elementos Fijación 8 Tipos de tornillos según forma: Tornillos Allen T. de cabeza ranurada T. De cabeza hexagonales Varillas roscadas, prisioneros Para pernos (no giran) Tornillos especiales Introducción Diseño elementos Fijación Tornillos de chapa 9 Elementos accesorios: - Espárragos: Se componen de una varilla roscada por sus dos extremos - Tuerca: Elemento de fijación, 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 llock k washers h ) A d l cóncavas Arandelas ó y convexas (d (de asiento). i t ) Pasadores: De guía, de fijación, de articulación. Introducción Diseño elementos Fijación 10 Normativa vigente Norma general a nivel industrial: Norma alemana DIN Normas de empleo habitual en la industria aeroespacial: • • • • NAS - Natíonal Aerospace p Standard – Unífíed Military y Standards AN - Aír Force/Navy Aeronautícal Standards NA - Natíonal Aerospace Standard* - Metric MA - SAE Standard* Metric Introducción Diseño elementos Fijación 11 Catálogo Fator. Fator Tornilleria Industrial Pernos de cabeza hexagonal Hexagonal head bolts Arandelas Introducción Diseño elementos Fijación Washers 12 Tuercas Nuts de uso aeroespacial de uso industrial Introducción Diseño elementos Fijación 13 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 deformables. Arandelas cerradas 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, trenzados entre tuerca y tornillo Encolado Con adhesivo específico p al material a unir(Loctite, ( Araldit, etc.)) para fijación o sellado Introducción Diseño elementos Fijación 14 Inmovilización parcial de tuercas Alambre trenzado Introducción Diseño elementos Fijación 15 Marcado roscas a izquierdas 16 IDiseño elementos Fijación Introducción Diseño elementos Fijación 17 Par de apriete tornillos Tornillos de acero Introducción Diseño elementos Fijación Tornillos de acero inoxidable 18 Fabricación de piezas roscadas • Existen E i multitud li dd de procesos d de ffabricación bi ió para lla elaboración l b ió d de componentes roscados, ya sea exterior o interiormente: – Mecanizado p por arranque q viruta: • Con Roscadora manual o automática, Torno o Fresadora • Proceso de electroerosión por penetración – Por Forja o Fundición – Sinterizado – Por técnicas de prototipado Introducción Diseño elementos Fijación 19 Taladrado previo (Drilling) Roscados para materiales blandos. Proceso Rosca Helicoil R Roscado d (Threading) Diámetro taladro previo: - Rosca basta u ordinaria: Diá. rosca – paso. - Rosca fina:Diá fina:Diá. – ½ paso Introducción Diseño elementos Fijación 20 Insertos para roscas para reparar roscas dañadas en diversos tipos de materiales, a e a es, du durante a ee el p proceso oceso de fabricación. Roscados para materiales blandos 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 viceversa. i - Intercambiable con otras marcas de insertos y herramientas. - Reduce el desgaste de la rosca. rosca - Tolerancia a bajas y altas temperaturas (-150°C a 430°C). Introducción Diseño elementos Fijación 21 En máquinas propias propias, o en máquinas preparadas: Taladros, Tornos, Fresadoras Roscado máquina q Machos de roscar Roscadora Hidraúlica Broca-Macho de roscar Introducción Diseño elementos Fijación Fresas de roscar Macho de laminación, sin arranque de viruta 22 Roscado manual Portamachos para roscado interior Hil Hileras para roscado d exterior t i Introducción Diseño elementos Fijación Verificador de roscas 23 R Remachado h d (Riveting) (Ri ti ) Proceso p para la unión fija j de chapas, p ,p paneles y perfiles, en general, extrusionados y de aluminio o material composite. F Fuselage l off 747 Sh Shuttle ttl C Carrier i Introducción Diseño elementos Fijación 24 R Remachado h d Remaches con cabeza alomada DIN 7337-A Domed head blind rivets Tuercas remachables con cabeza avellanada ISO- EN Blind rivet nuts with countersunk head Introducción Diseño elementos Fijación 25 Remaches de alta resistencia HUCK • Remaches para UNIONES CIEGAS (Blind rivets) - BOM-R BOM R - Diám. 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 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 eléctricos. 26 Fases del remachado     Introducir remache en parte accesible del agujero. 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 S80-700838) inmediatamente después de remachar. 27 Remachado Introducción Diseño elementos Fijación 28 El Elementos t auxiliares ili Abrazaderas Tensores Introducción Diseño elementos Fijación Antivibratorios A Acoplamientos l i t eléctricos lé t i o hid hidraúlicos úli 29 A ill d Anillos de seguridad id 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 Introducción Diseño elementos Fijación Anillo exterior de seguridad para ejes DIN 471 External retaining rings for shaft 30 Anillos elásticos de seguridad para ejes DIN 6799 Retaining rings for shafts Introducción Diseño elementos Fijación 31 Fte.: Catálogo FATOR Elementos de fijación de acción rápida Cam lock design Introducción Diseño elementos Fijación Air-lock Air lock design Clean connectors to air supply 32 Conectores rápidos Quick (Dis)connect Couplings Introducción Diseño elementos Fijación 33 Introducción Diseño elementos Fijación 34 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 p Titanium Mark IVTM Introducción Diseño elementos Fijación 35 Dispositivos Inteligentes de fijación Smart Fastening Devices p inteligentesTZ g ™ Dispositivos (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 Introducción Diseño elementos Fijación 36 Ot Otros ti tipos d unión de ió permanente t Uniones encoladas: Pegado, Fijado y sellado de roscas. Adh i Adhesivos b base acuosa, solvente,... l t Introducción Diseño elementos Fijación Uniones soldadas Soldadura eléctrica, Soldadura por fusión o por presión ... 37 Uniones forzadas o por rozamiento • • Son uniones utilizadas siempre que las correlaciones relativas a la fabricación elección del ajuste, fabricación, 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 g las TOLERANCIAS DIMENSIONALES de los elementos a unir se obtiene APRIETE o JUEGO. Ejemplo: j p El ajuste j o unión en apriete p entre el chavetero de un eje j y la chaveta es10H9h8 Introducción Diseño elementos Fijación 38 Resumen • Se han repasado los distintos sistemas de fijación mécanica roscadas d convencionales i l en ell sector. t • • 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 Introducción Diseño elementos Fijación 39 Ejemplo. Fallo en unión dos materiales Faltan elementos auxiliares C Corrosión ió en llos materiales t i l Introducción Diseño elementos Fijación 40