Comprensión del aflojamiento mecánico
Definición: ¿Qué es el aflojamiento mecánico?
aflojamiento mecánico es la pérdida progresiva de fuerza de sujeción, tensión de ajuste por interferencia o rigidez estructural en conexiones mecánicas correctamente ensambladas a lo largo del tiempo debido a las condiciones de funcionamiento, vibración, ciclos térmicos, relajación del material o desgaste. A diferencia del inicial flojedad El aflojamiento mecánico, derivado de un montaje incorrecto, describe el deterioro gradual de las conexiones que inicialmente se instalaron y apretaron correctamente.
Este proceso progresivo representa un importante problema de fiabilidad, ya que se desarrolla lentamente a lo largo de meses o años de funcionamiento, pasando a menudo desapercibido hasta que la vibración aumenta drásticamente o los elementos de fijación fallan por completo. Comprender los mecanismos de aflojamiento permite implementar medidas preventivas y protocolos de inspección para detectar y corregir el aflojamiento antes de que cause daños en el equipo.
Mecanismos de aflojamiento mecánico
1. Aflojamiento inducido por vibración
El mecanismo más común en la maquinaria rotativa:
Aflojamiento del sujetador
- Mecanismo: La vibración provoca un deslizamiento microscópico en las interfaces de las roscas.
- Proceso: Cada ciclo de vibración permite una ligera rotación de la tuerca/tornillo.
- Acumulación: Miles de ciclos desenrollan progresivamente el sujetador.
- Factores críticos: Amplitud de vibración, frecuencia, precarga del perno, coeficiente de fricción
- Límite: Las amplitudes de vibración superiores a 0,5-1,0 g pueden provocar aflojamiento con el tiempo.
espiral de autoaflojamiento
- La vibración inicial provoca un ligero aflojamiento
- La holgura aumenta la vibración (efectos no lineales).
- El aumento de la vibración acelera un mayor aflojamiento.
- Los comentarios positivos pueden conducir a un rápido deterioro.
2. Relajación térmica
Los efectos de la temperatura provocan una pérdida de fuerza de sujeción:
Expansión diferencial
- Los pernos y las piezas sujetas con abrazaderas tienen diferentes coeficientes de dilatación térmica o temperaturas
- El calentamiento provoca una expansión que puede reducir la tensión de los pernos.
- Los ciclos de enfriamiento/calentamiento provocan una tensión alterna (desgaste térmico).
- Alargamiento permanente de los pernos por fluencia a temperaturas elevadas
Juego de juntas/sellos de compresión
- Los materiales de las juntas se comprimen bajo carga y temperatura.
- La compresión permanente reduce la altura de sujeción
- La tensión del perno disminuye a medida que la junta se asienta.
- Requiere un reajuste periódico.
3. Incrustaciones y asentamiento del material
- Aplastamiento por rugosidad superficial: Los picos microscópicos en las superficies de acoplamiento se comprimen bajo carga.
- Asentamiento inicial: Los componentes se asientan entre sí durante las primeras horas/días de funcionamiento.
- Deformación permanente: Ligera deformación plástica en los puntos de alta tensión
- Efecto: El espesor de la junta disminuye ligeramente, reduciendo la precarga del perno.
4. Desgaste y fricción
- Movimiento relativo microscópico en las interfaces (desgaste por fricción)
- Material retirado de las superficies de contacto
- Los despidos aumentan con el tiempo
- Especialmente en los ajustes a presión y las conexiones con llave.
5. Corrosión y ataque químico
- La corrosión de los elementos de fijación reduce la sección transversal y la resistencia.
- El tratamiento anticorrosión puede aumentar inicialmente la tensión, pero luego provoca un fallo.
- La corrosión de la rosca impide el reapriete.
- Corrosión galvánica entre metales diferentes
6. Fatiga
- Las tensiones alternas derivadas de la vibración provocan fatiga en los pernos.
- Se desarrollan grietas que, con el tiempo, provocan la falla del sujetador.
- Particularmente problemático en entornos de alta vibración.
- Puede ocurrir incluso si el perno no se afloja visiblemente.
Detección de aflojamiento progresivo
Tendencia de vibración
- Aumento gradual de los niveles generales de vibración a lo largo de meses/años
- Surgimiento y crecimiento de componentes armónicos
- Aumento de la dispersión de fase en las mediciones
- Cambios de respuesta de vibración lineal a no lineal
Comprobaciones periódicas del par de apriete de los pernos
- Verificación anual o semestral del par de apriete
- Documentar y analizar los valores de torque.
- Una relajación del par superior a 20% indica un aflojamiento significativo.
- Identificar patrones (qué tornillos se aflojan primero/más)
Inspección física
- Busque marcas de testigos que indiquen movimiento
- Comprobar el desgaste de la pintura en las juntas
- Observe si hay vetas de óxido (que indican movimiento en presencia de humedad).
- Busque residuos de corrosión por fricción (polvo negro o rojizo en las interfaces).
Estrategias de prevención
Medidas de diseño
- Tamaño adecuado del sujetador: Los pernos más grandes resisten mejor el aflojamiento por vibración.
- Múltiples sujetadores: Distribuir las cargas y proporcionar redundancia
- Enroscado adecuado: Engranaje mínimo de 1× diámetro del perno
- Optimización de la rigidez: Reduzca la vibración en la fuente
Prácticas de ensamblaje
Aplicación de par adecuada
- Utilice llaves dinamométricas calibradas.
- Siga la secuencia de apriete especificada (patrón de estrella, etc.).
- Apriete multipaso para juntas críticas
- Verifique el par de apriete final en todos los sujetadores.
Métodos de bloqueo
- Compuestos fijadores de roscas: Adhesivos anaeróbicos (Loctite, etc.) que impiden la rotación
- Arandelas de seguridad: Arandelas partidas, arandelas de estrella, arandelas dentadas (eficacia debatida)
- Tuercas de seguridad: Insertos de nailon, hilos deformados, remachado
- Cable de seguridad: Bloqueo positivo para fijaciones críticas
- Placas/Pestañas de Bloqueo: características de bloqueo mecánico
Selección de materiales
- Utilice grados de fijación adecuados (Grado 8.8, 10.9 para cargas elevadas).
- Materiales resistentes a la corrosión para entornos hostiles
- Considere la posibilidad de utilizar recubrimientos para mejorar las características de fricción.
Prácticas operativas
- Reapriete después del rodaje inicial: Reajuste después de las primeras 24-48 horas de funcionamiento
- Verificación periódica: Comprobar el par de apriete según el programa establecido (como mínimo anual, trimestral para equipos críticos).
- Control de vibraciones: Mantener una buena balance y alineación para minimizar las fuerzas de aflojamiento
- Documentación: Valores de par registrados y datos de tendencias
Cuando el aflojamiento indica problemas más profundos
El aflojamiento recurrente puede indicar problemas subyacentes:
- Vibración excesiva: Desequilibrio, desalineación o resonancia que provocan vibraciones elevadas que impiden una fijación normal.
- Diseño inadecuado: Sujetadores de tamaño insuficiente o inadecuados para las cargas
- Problemas térmicos: Ciclos o gradientes de temperatura extremos
- Corrosión: Entorno agresivo que ataca los sujetadores
- Fatiga: Cargas alternas que superan el límite de resistencia del sujetador
En estos casos, corregir únicamente el aflojamiento (reajustándolo) proporciona un alivio temporal. Para una solución permanente, es necesario identificar y corregir la causa raíz.
El aflojamiento mecánico es un proceso insidioso que, con el tiempo, transforma maquinaria correctamente ensamblada en equipos vibratorios y poco fiables. La monitorización proactiva mediante el análisis de tendencias de vibración y la inspección física periódica, junto con prácticas de ensamblaje y métodos de bloqueo adecuados, evita que el aflojamiento comprometa la fiabilidad y la seguridad del equipo.
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