Explicación del anillo de seguridad: Todo lo que debes saber

Desde las turbinas de alta velocidad de una central eléctrica hasta una simple bicicleta, cualquier deslizamiento, vibración o desconexión bajo carga se restringe para prevenir fallas catastróficas. Para evitar estas fallas y asegurar los componentes, se utilizan anillos de bloqueo. Este artículo destacará toda la información importante que un ingeniero necesita saber sobre los anillos de bloqueo.

¿Qué es un anillo de seguridad?

En pocas palabras, un anillo de bloqueo se denomina tope. Técnicamente, es un dispositivo de retención mecánica que mantiene las piezas firmemente en su lugar. Su función principal es impedir cualquier tipo de movimiento en las articulaciones.

Anillo de seguridad frente a anillos de retención

Un anillo de bloqueo se diferencia de un anillo de retención en los siguientes aspectos:

¿Por qué se utilizan tanto los anillos de seguridad?

Desde una simple bicicleta hasta un gigantesco avión, la fabricación de estos productos se compone de pequeños elementos conectados entre sí. Para sujetar firmemente estos componentes, son necesarios estos anillos de bloqueo, de uso común en todas las industrias. Otra ventaja es su sencillez, que no añade peso ni complejidad al diseño.

Función de los anillos de bloqueo

Un anillo de seguridad puede realizar las siguientes funciones:

Fijación

En ingeniería, la fijación consiste en sujetar firmemente un componente en su posición axial, impidiendo cualquier tipo de movimiento. En toda máquina o dispositivo se utiliza un seguro para sujetar firmemente los componentes. Por ejemplo, si se instala un anillo de seguridad en una ranura de un eje, este actuará como barrera física contra el movimiento de cojinetes, engranajes, etc.

Mejorar la seguridad

Es una regla sencilla: cuando todos los componentes de una máquina funcionan sin ningún tipo de movimiento, se garantiza la seguridad tanto del equipo como del operario. Por lo tanto, un anillo de bloqueo cumple la función de mantener el entorno seguro al sujetar firmemente los componentes.

Simplificar el ensamblaje

Un anillo de bloqueo no necesita ningún tipo de rosca, fijaciones adicionales ni soldadura, por lo que hace que el proceso de ensamblaje de componentes sea más rápido y sencillo.

Carga de soporte

Un anillo de bloqueo también puede contribuir a la distribución de la carga dentro de una máquina o equipo. Por ejemplo, si se instala un anillo de bloqueo en una ranura de un eje, este contribuirá a la distribución de la carga transfiriendo la fuerza de dicho componente (cojinete) al eje.

Mecanismos de bloqueo de anillos de cerradura

Un anillo de bloqueo puede realizar las funciones utilizando los siguientes mecanismos.

Bloqueo basado en ranuras

Los mecanismos basados ​​en ranuras se utilizan principalmente en anillos de retención, anillos de presión y anillos de retención en espiral. En este mecanismo, la ranura desempeña un papel fundamental.

• En un eje hay una ranura donde se aloja un anillo de retención, que actúa como barrera física. Gracias a su elasticidad, el anillo de retención se ajusta firmemente a la ranura.

Bloqueo basado en hilos

En este mecanismo, tanto los anillos como la superficie de contacto tienen rosca. Los componentes se bloquean cuando el anillo roscado entra en contacto con la superficie roscada. El anillo se gira sobre la rosca y se aprieta hasta generar una fuerza axial. Esta fuerza bloquea el componente e impide su movimiento. Este mecanismo se utiliza en anillos de bloqueo roscados y de rodamientos.

Sujeción y bloqueo

Los collares de eje y los anillos de sujeción partidos utilizan este mecanismo de bloqueo. En este tipo de mecanismo, no hay roscas ni ranuras. Solo la fuerza de sujeción realiza la función. Los anillos de sujeción partidos tienen un espacio libre a través de los pernos o tornillos cuando se aprietan, por lo que el anillo se contrae hacia adentro.

Bloqueo cónico

Como su nombre indica, este mecanismo bloquea el movimiento de los componentes mediante superficies cónicas. Los anillos de bloqueo de cinta utilizan este mecanismo. El bloqueo se produce cuando una superficie cónica se encuentra con otra superficie cónica similar. Al deslizarse a lo largo de la superficie cónica debido a la fuerza aplicada, esta se expande o contrae radialmente, lo que genera una sujeción firme.

Aplicaciones comunes de los anillos de seguridad

Los anillos de seguridad se utilizan en las siguientes aplicaciones:

Montaje de rodamientos

El montaje de rodamientos consiste en mantenerlos firmemente sujetos al eje cuando se les aplican fuerzas. Generalmente, se utilizan anillos de retención para este fin. Estos anillos se colocan en ranuras que impiden el movimiento de los componentes. Dichas ranuras pueden realizarse en el eje o en su interior. Además de los anillos de retención, también se utilizan anillos de retención en espiral y anillos de bloqueo roscados .

Montaje de engranajes

Un anillo de retención externo es un anillo de bloqueo que se utiliza en esta aplicación. Se coloca en la ranura con unos alicates para anillos de retención. Al encajar en la ranura, se expande y se bloquea en su lugar, impidiendo así que los engranajes se deslicen. Generalmente, se utiliza con una arandela y un anillo de retención con tope.

Montaje de la rueda dentada

Un piñón en un eje es responsable de accionar correctamente un sistema de cadena mediante una rotación precisa junto con el eje. Para esta aplicación, un anillo de retención externo es la mejor opción para fijar firmemente el piñón al eje. Su función es alojarse en la ranura del eje, impidiendo que el piñón se deslice.

Topes de eje

Los topes de eje son los puntos finales de un eje que detienen el movimiento axial de los componentes que se encuentran en él. Estos componentes incluyen engranajes, cojinetes, espaciadores y piñones. Para esta aplicación, se inserta un anillo de retención externo en una ranura del eje, que actúa como un tope extraíble para el movimiento axial.

Conexiones de tubería

En esta aplicación, dos o más tuberías se conectan a equipos como válvulas, bombas, etc., para que los fluidos puedan circular de forma segura. Para ello, se utilizan anillos de retención, casquillos de compresión y anillos de acoplamiento ranurados.

Anillos de seguridad estándar frente a anillos de seguridad personalizados

Los anillos de bloqueo estándar se fabrican de acuerdo con las normas industriales, como ISO, ANSI, etc. Un anillo de bloqueo personalizado se diseña específicamente para una aplicación única.

Cuando los anillos de bloqueo estándar son suficientes

Para ensamblajes mecánicos de alto volumen y complejidad baja a media, donde las cargas y condiciones se conocen bien y no requieren anillos de retención especiales, bastan con anillos estándar. Estas aplicaciones incluyen cilindros hidráulicos y neumáticos, componentes de transmisiones automotrices, etc.

Cuando se necesitan anillos de cierre personalizados

Los anillos de bloqueo personalizados se utilizan cuando existen dimensiones especiales, cargas elevadas, materiales únicos, tolerancias estrictas o métodos de instalación específicos; en estos casos, los anillos de bloqueo se diseñan en función de estos requisitos. Aplicaciones como ejes y turbinas de motores aeroespaciales, maquinaria industrial pesada , etc., utilizan anillos de bloqueo personalizados.

¿Los anillos de seguridad se fabrican mediante mecanizado CNC?

Sí, el mecanizado CNC se utiliza para los anillos de seguridad cuando se requieren alta eficiencia, precisión dimensional y la mínima cantidad de material. En ocasiones, debido a diseños personalizados, las herramientas tradicionales no son suficientes para fabricar los anillos de seguridad.

Cuando los anillos de seguridad requieren mecanizado CNC

Generalmente, para la producción rápida y económica de anillos de seguridad se utilizan procesos de estampado o conformado de alambre. Sin embargo, estos procesos no garantizan las dimensiones exactas cuando los diseños son complejos y se requieren tolerancias estrictas. En estos casos, se recurre a las máquinas CNC en la fabricación de anillos de seguridad.

Torneado CNC para anillos de seguridad

El torneado CNC destaca por su eficiencia en la producción de anillos de bloqueo redondos o circulares, incluso cuando se requieren tolerancias muy estrictas. Mediante este proceso, se definen características como el diámetro interior, el diámetro exterior, las roscas, las ranuras y las caras de los extremos. El torneado CNC garantiza que el anillo de bloqueo encaje perfectamente en la ranura del eje.

Los anillos de bloqueo fabricados principalmente mediante torneado CNC incluyen:

• Anillos de bloqueo roscados
• Anillo de bloqueo del cojinete
• Anillo de bloqueo óptico

Fresado CNC para anillos de seguridad

Cuando el diseño de los anillos de bloqueo es complejo o no axisimétrico, se emplea el fresado CNC. Este proceso resulta útil para la fabricación de orificios para pernos, cavidades, superficies planas y diseños personalizados. Los anillos de bloqueo de abrazadera y los anillos de bloqueo divididos se fabrican principalmente mediante fresado CNC.

Tanto si necesita anillos de seguridad con características específicas como si requiere alta precisión, los servicios de mecanizado CNC a medida de Tuofa pueden ofrecerle la solución ideal.

Materiales comunes utilizados para anillos de cierre personalizados

Cada material tiene sus propias características, por lo que se utilizan en función del entorno durante las aplicaciones. Algunos de los materiales comunes utilizados para los anillos de cierre son:

Aleación de aluminio

Los anillos de bloqueo fabricados con este material se emplean principalmente en robótica, aeroespacial y como componentes secundarios para la industria automotriz. Las aleaciones de aluminio 6061 y 7075 son las más utilizadas para estas aplicaciones. Si se requiere ligereza, buena resistencia, alta maquinabilidad y excelente resistencia a la corrosión, se utilizan aleaciones de aluminio como la 6061 y la 7075.

Aleación de acero

Para cumplir con las propiedades mecánicas de alta resistencia, tenacidad, resistencia al desgaste y a la fatiga, y fiabilidad bajo cargas, el acero aleado, como AISI 4140, AISI 10145 y 42CrMo, es la opción ideal. Las aplicaciones de los anillos de bloqueo de acero aleado incluyen:

• sistemas de transporte
• equipamiento agrícola
• conjuntos de montaje de engranajes
• anillos de retención del eje.

Acero Inoxidable

_El acero inoxidable es un material conocido por su excelente resistencia a la corrosión debido a su contenido de cromo del 17-19%, que proporciona una capa pasiva de Cr₂O₃ _. Sus grados más comunes utilizados para anillos de bloqueo son el 304 y el 316. Los anillos de bloqueo de acero inoxidable se emplean en:

• aplicaciones marinas
• equipo de procesamiento de alimentos
• sistemas de manejo de agua
• conjuntos automotrices ligeros

Titanium

Se utiliza titanio, especialmente su grado 5 (Ti-6Al-4V). Ofrece una resistencia muy alta, una excelente resistencia a la corrosión y una gran fiabilidad en entornos extremos. Es un material costoso y se utiliza únicamente en aplicaciones críticas.

• vehículos de carreras
• equipos rotatorios de alta velocidad

Consideraciones clave de diseño para anillos de cerradura

Durante el diseño de un anillo de bloqueo, los siguientes factores son importantes para un rendimiento fiable y a largo plazo de los anillos de bloqueo.

Diseño de ranura

El diseño de la ranura es un factor fundamental para el rendimiento de los anillos de seguridad. Su ancho, profundidad, radio del borde y tolerancia influyen en el ajuste del anillo. Por lo tanto, el anillo debe diseñarse considerando estos factores para obtener el máximo rendimiento. Cualquier discrepancia en el diseño y en estos parámetros provocará un ajuste impreciso, afectando directamente al rendimiento.

Requisito de carga

Un anillo de bloqueo no solo sujeta los componentes de forma segura, sino que también actúa como elemento de retención y soporte de carga. Por lo tanto, durante el diseño de un anillo de bloqueo, es importante evaluar la carga que soportará. Si la carga supera la capacidad del anillo, este se agrietará y provocará fallos.

Tolerancia Dimensional

Un anillo de seguridad tiene las siguientes dimensiones:

• Tolerancia del diámetro interior
• Tolerancia del diámetro exterior
• tolerancia de espesor
• Concentricidad

Es importante tener en cuenta estas dimensiones, ya que un anillo de bloqueo funciona mediante un mecanismo de acoplamiento. Si el diámetro interno es excesivo, se producirán problemas de acoplamiento y, por consiguiente, fallos en el mecanismo de bloqueo.

Acabado de la superficie

El acabado superficial también es importante a considerar, especialmente cuando existe riesgo de fatiga, durante el diseño de un anillo de bloqueo. Factores como la rugosidad superficial, las rebabas y los bordes afilados deben comprenderse antes de diseñar un anillo de bloqueo.

Causas comunes de fallas en los anillos de seguridad

A continuación se detallan algunas de las principales causas por las que fallan los anillos de bloqueo, principalmente durante su uso:

Instalación incorrecta

Es el primer paso para el uso de un anillo de bloqueo en cualquier aplicación. Si la instalación es incorrecta, no habrá acoplamiento mecánico del anillo de bloqueo, lo que resultará en un bloqueo deficiente. Cuando los componentes no están sujetos de forma segura, se moverán, deslizarán y vibrarán, lo que finalmente provocará fallas.

Desgaste de la ranura

El desgaste de la ranura provoca fallos en el mecanismo de bloqueo, ya que este problema provoca que el anillo de bloqueo pierda su ajuste perfecto. Cuando el anillo de bloqueo se afloja en su ranura, los componentes comienzan a moverse axialmente, la tensión se vuelve desigual y el anillo empieza a deformarse, lo que finalmente provoca su fallo.

Sobrecarga e impacto

Una carga que supere la capacidad de carga del anillo de bloqueo provocará sin duda su deformación, agrietamiento y, en última instancia, su rotura. Además, si el material del anillo de bloqueo no es resistente, no podrá soportar una carga de impacto.

Corrosión y daños superficiales

La corrosión y los daños superficiales son causas interrelacionadas que provocan la falla de los anillos de seguridad. Si el material no tiene buena resistencia a la corrosión, debido al ambiente corrosivo, el anillo de seguridad se corroerá y perderá su resistencia.

Conclusión

Los anillos de retención son una parte importante de cualquier equipo o máquina, ya que sujetan firmemente los demás componentes e impiden que se deslicen, se muevan o vibren. Generalmente, se utilizan mediante estampado para su fabricación, pero para aplicaciones críticas y para cumplir con tolerancias estrictas, se emplean máquinas CNC. El acero aleado, el acero inoxidable, las aleaciones de aluminio y el titanio son los materiales más comunes para la fabricación de anillos de retención.

Preguntas Frecuentes

Anillo de seguridad vs. anillo de retención: ¿son lo mismo?

• Un mecanismo de bloqueo cumple dos funciones: retener los componentes y bloquearlos activamente bajo tensión.
• Existen muchos tipos de anillos de retención y se utilizan principalmente para sujetar los componentes a un eje o dentro de un orificio.

¿Cuál es la diferencia entre un anillo de retención y un anillo de seguridad?

• Un anillo de retención es cualquier anillo utilizado para sujetar los componentes de un eje.
• Un anillo de retención que se encaja en una ranura mecanizada durante la instalación se denomina anillo de retención.

¿Cuáles son los dos tipos principales de anillos de retención?

Los principales tipos de anillos de retención son el anillo de retención externo y el anillo de retención interno. Un anillo de retención externo se instala en la parte exterior de un eje, mientras que un anillo de retención interno se instala dentro de un orificio o carcasa.