Tuercas y tornillos: mantenerlo apretado

No es exagerado decir que sin tuercas y tornillos, el mundo se vendría abajo. Las conexiones atornilladas están en todas partes, desde el marco de su impresora 3D de bricolaje hasta las tuercas que sujetan las ruedas de su automóvil. Aunque la penalización por falla es ciertamente más alta en el segundo que en el primero, el aflojamiento automático de tuercas y tornillos rara vez es algo bueno. Los ingenieros han ideado docenas de formas de asegurarse de que el mundo no se desmorone, y algunas funcionan mejor que otras. Exploremos algunos de estos métodos y descubramos qué funciona, qué no funciona y, en el proceso, tal vez aprendamos un poco sobre cómo funcionan estos fascinantes sujetadores.

Hay muchas formas de que falle una unión atornillada, pero el aflojamiento automático inducido por vibraciones es quizás la más insidiosa. Cualquiera que haya golpeado un perno atascado o usado una llave de impacto para quitar una tuerca oxidada sabe que la vibración realmente ayuda. Ponga esa misma junta en servicio y sométala al tipo correcto de vibración, y hay una buena posibilidad de que la conexión se afloje y provoque que la junta falle.

En la década de 1960, el ingeniero alemán Gerhard Junker estudió el aflojamiento automático y llegó a la conclusión de que las vibraciones transversales eran las responsables de la falla de las conexiones atornilladas. Ideó un aparato de prueba simple que proporcionaba vibraciones transversales rápidas mientras monitoreaba la tensión de precarga del sujetador con una celda de carga. Graficar la precarga como una función del número de ciclos vibratorios brindó pistas sobre la efectividad de varios métodos de bloqueo. La prueba se conoció como la prueba de Junker y, como estándar DIN 65151, sigue siendo el estándar de oro para probar el autoaflojamiento.

Hay algunos videos fascinantes que muestran las pruebas de Junker en acción, y algunos son realmente aterradores. Por lo general, colocaremos una simple arandela de seguridad con resorte helicoidal en un espárrago o perno, apretaremos la tuerca bien y apretada, y lo llamaremos día, sintiendo que hemos hecho una unión segura. Pero nada podría estar más lejos de la verdad. De hecho, el video a continuación muestra que las arandelas de seguridad no solo agregan muy poca seguridad a las conexiones atornilladas, sino que ninguno de los otros métodos comunes (arandelas planas, tuercas de inserción de nailon y tuercas apiladas) también brindan mucha ayuda.

Obviamente, el video de arriba tiene como objetivo comercializar las lujosas arandelas de bloqueo de cuña de la compañía, y está bastante claro que funcionan bien. Pero, ¿por qué funcionan cuando falla una simple arandela de seguridad? Para responder a eso, vale la pena ver qué más funciona, algo que no se probó en el video: una contratuerca instalada correctamente.

Una contratuerca es una tuerca de perfil bajo, generalmente de aproximadamente la mitad de la altura de una tuerca estándar, que se instala debajo de la tuerca más grande. Cuando se instala la contratuerca, se aprieta solo entre un cuarto y la mitad del par final completo. La tuerca gruesa se instala a continuación y se aprieta al valor final mientras la contratuerca se mantiene en su lugar con una llave. Esto efectivamente tira del perno hacia arriba a través de la contratuerca. Las roscas del perno están entonces en contacto con los flancos superiores de las roscas dentro de la contratuerca, mientras que simultáneamente contactan con los flancos superiores o de presión de la tuerca superior. Con las tuercas superior e inferior proporcionando fuerzas opuestas en el perno, es mucho menos probable que las tuercas se aflojen.

Un mecanismo similar funciona en las arandelas de bloqueo de cuña. Las dos mitades de la arandela tienen cuñas entrelazadas, cuyo ángulo excede el paso de las roscas del perno. A medida que se aprieta el perno, el paso más alto de las arandelas tira del perno hacia arriba, proporcionando una fuerza opuesta para atascar las roscas y evitar que el sujetador se afloje por sí mismo.

Si observamos todos los métodos de bloqueo que fallan, todos tienen algo en común: todos se basan en la fricción. Las contratuercas y las arandelas de seguridad en cuña funcionan proporcionando tensión para oponerse a las vibraciones transversales que provocan el aflojamiento automático y, por lo tanto, son mucho más eficaces.

Por supuesto, existen otros métodos para bloquear sujetadores roscados. Me vienen a la mente los bloqueadores de hilos adhesivos, al igual que los métodos más complicados como las tuercas con alambre y las arandelas con lengüetas, y pueden ser métodos muy efectivos. Pero por su bajo costo y facilidad de instalación, es difícil superar una simple contratuerca para evitar que el mundo se desmorone.

Fuente de la imagen destacada: Nord-LockGroup