Disseny elements unió_SM

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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.
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
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
...
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.
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.
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.
7
Tipos de roscas normalizadas
Métrica
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
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.
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
11
Catálogo Fator.
Fator Tornilleria Industrial
Pernos de cabeza hexagonal
Hexagonal head bolts
Arandelas
Washers
12
Tuercas
Nuts
de uso aeroespacial
de uso industrial
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
14
Inmovilización parcial de tuercas
Alambre trenzado
15
Marcado
roscas a izquierdas
16
IDiseño elementos Fijación
17
Par de apriete tornillos
Tornillos de acero
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
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
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).
21
En máquinas propias
propias,
o en máquinas preparadas: Taladros, Tornos, Fresadoras
Roscado máquina
q
Machos de roscar
Roscadora Hidraúlica
Broca-Macho de roscar
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
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
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
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
28
El
Elementos
t auxiliares
ili
Abrazaderas
Tensores
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
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
31
Fte.: Catálogo FATOR
Elementos de fijación de acción rápida
Cam lock design
Air-lock
Air
lock design
Clean connectors to air supply
32
Conectores rápidos
Quick (Dis)connect Couplings
33
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
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
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
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
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
39
Ejemplo. Fallo en unión dos materiales
Faltan elementos
auxiliares
C
Corrosión
ió en llos materiales
t i l
40

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