¿Qué es una tuerca de seguridad? Tipos, diseño y soluciones personalizadas

Casi todos ensamblamos componentes en nuestra vida diaria. Hemos visto tuercas fijas en casas, oficinas y carreteras. Pero ¿te has parado a pensar en cómo funcionan y por qué se utilizan en los componentes? Una tuerca fija proporciona resistencia a la vibración. En muchas industrias, los componentes fallan porque se aflojan. Por lo tanto, se deben usar las tuercas fijas adecuadas para diferentes componentes y aplicaciones. En este artículo, explorarás la importancia del diseño, los tipos, los materiales y los estándares al elegir tuercas fijas personalizadas.

Figura 1: Ejemplo de tuerca de seguridad

¿Qué es una tuerca de seguridad?

Una contratuerca consta de diferentes tipos de elementos de bloqueo que ayudan a resistir la torsión y la vibración. Una tuerca común no puede mantener la estabilidad frente a la fuerza de apriete, mientras que una contratuerca se une y se bloquea con el perno para mantener la fuerza de apriete. Gracias a su bloqueo con un perno, ofrece un mejor rendimiento contra la vibración que una contratuerca común.

¿Cómo identificar una tuerca de seguridad?

Podría resultar difícil distinguir entre una tuerca común y una contratuerca. Una tuerca común solo tiene roscas en su interior, mientras que una contratuerca debe tener un elemento de bloqueo que la ayude a resistir las vibraciones. Una contratuerca debe constar de un anillo de nailon en la parte superior o un pasador que le proporcione el bloqueo.

Tuercas y tornillos de bloqueo

La relación entre las tuercas de seguridad y los pernos es interesante. Primero, es necesario comprender qué es un perno. Un perno es un elemento de fijación compuesto por roscas y una cabeza en la parte superior. Un perno se utiliza con una tuerca para unir materiales. La función del perno es mantener la fuerza de sujeción mientras la tuerca permanece fija, evitando su rotación o apertura.

¿Para qué se utiliza una tuerca de seguridad?

Su función principal es mantenerse estacionario y evitar que la tuerca se afloje al aumentar la vibración y el par. Ayuda a prevenir fallos en el componente al evitar que la contratuerca se afloje, por lo que su rango de aplicación es amplio, desde componentes domésticos hasta componentes críticos como los aeroespaciales.

¿Cuál es la diferencia entre una tuerca y una tuerca de seguridad?

Una tuerca común consiste en una pieza metálica con un orificio roscado, mientras que una tuerca de seguridad se basa en su diseño, como un pasador o un anillo de nailon en la parte superior. Una tuerca común no puede ofrecer resistencia contra la carga dinámica, mientras que una tuerca de seguridad no puede aflojarse del perno debido a su diseño.

Cómo funcionan las tuercas de seguridad

¿Alguna vez has pensado en cómo funcionan las contratuercas? Si no, analicémoslo. Básicamente, siguen los principios básicos para bloquearse con el perno. El bloqueo por fricción y el bloqueo mecánico son los dos principios fundamentales para evitar que la contratuerca se afloje.

Conceptos básicos del bloqueo por fricción

La fricción ayuda básicamente a superar la vibración dinámica. Para ello, se utiliza un anillo de nailon o hilos ligeramente deformados que generan fricción contra las roscas del perno.

Conceptos básicos del bloqueo mecánico

Un pasador de chaveta en una tuerca almenada actúa como una barrera (pasador) para evitar la rotación de la tuerca durante la vibración dinámica o el torque.

Conceptos básicos del aflojamiento por vibración

Como todos sabemos, un ciclo de vibración puede provocar un pequeño movimiento en la tuerca. Esto provoca que se afloje, lo cual se puede evitar usando un anillo de nailon en la tuerca o un pasador de chaveta.

Tipos de tuercas de seguridad según el mecanismo de bloqueo

Se utilizan diferentes diseños de tuercas de seguridad para evitar que se aflojen. Uno de los tipos principales es la tuerca autoblocante, que, como su nombre indica, se bloquea mediante roscas deformadas. A continuación, se describen algunos tipos comunes de tuercas:

1. Nuez de castillo

Este es un tipo de contratuerca mecánica. Consta de un perno y un pasador. El pasador se inserta en el perno y la ranura para evitar que la tuerca se abra.

2. Tuerca ranurada

Este también es un tipo de tuerca de bloqueo mecánica, ya que el pasador se inserta en la ranura. Es similar a la tuerca almenada, pero presenta múltiples ranuras anchas en la parte superior.

3. Tuerca de par predominante

Este tipo de tuerca de bloqueo por fricción absorbe la fricción según su capacidad. Por ejemplo, una tuerca de bloqueo ovalada y una tuerca de rosca deformada.

4. Tuerca de seguridad del pasador

Una tuerca de seguridad con pasador consta de un pasador y una sección roscada. Dependiendo de la aplicación, se pueden perforar uno o más orificios. Funciona insertando el pasador en la tuerca después de apretarla.

5. Tuerca de seguridad

La contratuerca también se denomina contratuerca (palabra derivada del alemán Kontermutter). Funciona apretando la tuerca principal contra la tuerca delgada.

6. Tuerca de seguridad con inserto de nailon

Es un tipo de bloqueo de tuercas basado en fricción. Este tipo de bloqueo de tuerca consiste en un anillo de banda de nailon en la parte superior de la tuerca. El anillo de nailon absorbe la vibración deformándose elásticamente y luego regresando a su posición. No es compatible con entornos de alta temperatura debido a su naturaleza polimérica.

Tuerca de seguridad con inserto de nailon vs. tuerca totalmente metálica

Un seguro de tuerca de nailon consta de un anillo de nailon que ayuda a absorber la vibración, mientras que una tuerca metálica consiste en un metal simple con roscas en su interior. Las tuercas metálicas funcionan creando fricción entre el perno y el seguro. Una tuerca de nailon tiene una vida útil menor que las tuercas metálicas.

7. Tuerca Keps

Este también es un tipo de cerradura mecánica que se utiliza para un solo componente. Consiste en una tuerca y una arandela dentada giratoria fijada en su parte superior que se fija a la superficie de montaje.

8. Hilo distorsionado

Este es un tipo de tuerca de seguridad por fricción. En este tipo, se crean roscas deformadas intencionalmente dentro de la tuerca, que se bloquean con el perno para evitar que se abra.

9. Haz dividido

En este caso, una viga se flexiona hacia afuera a medida que se aprieta la tuerca. Por ello, es conocido por su excelente agarre y reutilización.

Tipos de tuercas de seguridad según materiales

La vida útil, la resistencia a la corrosión, la resistencia y la durabilidad de la tuerca dependen del material utilizado. A continuación, se presentan algunos tipos comunes de materiales para que se haga una idea:

1. Tuercas de seguridad de acero al carbono

Las tuercas de seguridad de acero al carbono son conocidas por su resistencia y durabilidad. El acero al carbono es fácil de conseguir y económico.

2. Tuercas de seguridad de acero inoxidable

Si las tuercas de seguridad se utilizan en un entorno corrosivo, entonces es una buena opción porque tiene una excelente resistencia a la corrosión. El acero inoxidable 304 se puede utilizar donde se necesita un material rentable y resistente a la corrosión. El acero inoxidable 316 es mejor contra el entorno marino y de cloruro.

3. Tuercas de seguridad de latón/bronce

El latón se compone de cobre y zinc, mientras que el bronce es una mezcla de cobre y estaño. Ambos presentan buena resistencia a la corrosión y se pueden moldear fácilmente gracias a su buena maquinabilidad.

4. Tuercas de seguridad de aleación de aluminio

Las tuercas de seguridad de aleación de aluminio se pueden utilizar donde se requiere menor peso y mayor resistencia. Por ejemplo, el 7075-T6 se utiliza en aplicaciones aeroespaciales debido a sus altos requisitos de resistencia, mientras que el 6061-T6 se utiliza donde se requiere rentabilidad y menor resistencia.

5. Tuercas de seguridad de aleación de titanio

Las tuercas de seguridad de aleación de titanio se utilizan en aplicaciones como la aeroespacial y la militar, donde se requiere alta resistencia y menor peso. El Ti-6Al-4V (Grado 5) es un ejemplo de este tipo de tuerca de seguridad de aleación.

Tabla 1: Comparación de diferentes propiedades de materiales para tuercas de seguridad

Figura 2: Comparación de la resistencia frente al peso de diferentes materiales de tuercas de seguridad

¿Cómo diseñar una tuerca de seguridad personalizada para su proyecto?

¿Está pensando en diseñar una contratuerca personalizada para su proyecto? La siguiente sección le ayudará a diseñarla:

Propósitos de diseño

En primer lugar, defina su aplicación. No es posible seleccionar una tuerca con el mismo diseño y material para todas las aplicaciones.

1. Tuercas de bloqueo mecánicas

Elija estas tuercas de seguridad si no puede comprometer la seguridad del componente. Elija la parte superior almenada o el orificio del pasador que se ajuste perfectamente a la ranura del perno.

2. Tuercas de bloqueo por fricción

Se puede elegir cuando la seguridad no es crucial y la reutilización y la rentabilidad son importantes. Diseñe el tamaño de la cavidad de nailon y la dimensión de la ranura para obtener mejores resultados en cuanto a resistencia a la fricción.

Clase de ajuste de rosca

Se utilizan diferentes clases de rosca, así que especifique la clase de rosca que se adapta a su perno.

Objetivo de par predominante

Debe especificar el torque necesario para girar la tuerca para garantizar un rendimiento constante.

Recubrimientos y Tratamientos

Finalmente, seleccione los recubrimientos y tratamientos para garantizar una larga vida útil de la contratuerca. El zincado se utiliza para garantizar una buena resistencia a la corrosión, mientras que los métodos de cementación se emplean para asegurar la dureza de la superficie y la suavidad del núcleo.

Figura 3: Desglose de costos de materiales base y recubrimientos/tratamientos

reutilizar la vida

Los distintos materiales ofrecen distintos ciclos de reutilización. Debido a su naturaleza polimérica, una tuerca de nailon ofrece una vida útil más corta que una tuerca metálica.

Grados de resistencia comunes para tuercas de seguridad

Los grados de resistencia se definen según sus números. El grado 5 tiene mayor resistencia a la tracción que el grado 2. La siguiente sección le dará una idea de los grados SAE y ASTM:

1. Grados SAE

Los grados SAE son comunes en las tuercas de carbono. A continuación, se muestran sus aplicaciones con su resistencia máxima a la tracción mínima:

SAE Grado 2

Proporciona baja resistencia a la tracción en comparación con los grados 5 y 8 y se puede utilizar para aplicaciones no críticas.

SAE Grado 5

Si su aplicación es automotriz, entonces use esto porque proporciona resistencia a la tracción media.

SAE Grado 8

El grado 8 proporciona una mayor resistencia en comparación con los grados 2 y 5. Se puede utilizar en aplicaciones críticas.

2. Grados ASTM

Los grados ASTM se utilizan cuando se requiere un par de apriete específico para alguna aplicación. Los tipos comunes de grados ASTM se detallan a continuación:

Grado A

Es una tuerca de acero con bajo contenido de carbono.

Grado B y F

Es una tuerca de acero de carbono medio y su resistencia es media.

Grado C y G

En estos grados, el contenido de carbono es mayor en comparación con los grados A, B y F.

Estándares, tamaños y especificaciones de torque de la tuerca de seguridad

Debe especificar el par de apriete requerido y, en función de ello, seleccionar el tamaño de la contratuerca. Estas especificaciones de tamaño deben cumplir con las diferentes normas internacionales.

Opciones de serie de hilos

Se utilizan diferentes opciones de series de roscas, pero UNCS y UNF se utilizan para aplicaciones generales y aeroespaciales, respectivamente.

Tamaño de los pisos

El tamaño del plano horizontal determina el tamaño de llave que necesita.

Especificación de par predominante

Las normas ASTM especifican el rango de torsión aceptable para los controles de calidad.

Límites de altura de la tuerca

Es fundamental para bloquear tuercas, como insertos de nailon.

Aplicaciones de tuercas de seguridad por industria

Las siguientes son industrias en las que se utilizan tuercas de seguridad:

Sistema de propulsión automotriz

Protege los soportes de escape y los extremos de la barra de acoplamiento utilizados en el sistema de propulsión del automóvil.

Equipo rotativo

En los equipos rotativos, los ejes, transportadores y compresores dependen de las tuercas de seguridad. Hardware eléctrico.

Se puede utilizar en la caja de control para proteger los componentes internos. También se puede utilizar en las filas de transformadores, donde siempre hay vibraciones.

Hardware aeroespacial

No se pueden utilizar materiales de baja resistencia en estas contratuercas. Las contratuercas de aleación de titanio se pueden utilizar en varillajes de control y accesorios del motor.

Tabla 2: Aplicaciones de materiales de tuercas de seguridad en diferentes industrias

Conclusión

La elección correcta de una tuerca de seguridad es fundamental, ya que se utiliza en industrias como la automoción y la aeroespacial. Tanto las tuercas de seguridad de fricción como las mecánicas tienen diferentes aplicaciones para evitar que se aflojen. Al diseñar tuercas de seguridad personalizadas, es fundamental considerar el diseño adecuado y las propiedades mecánicas, como la durabilidad, la resistencia a la corrosión y la resistencia. TOUFA es una empresa con amplia experiencia que ofrece una solución de tuercas de seguridad personalizadas para sus proyectos.

Preguntas Frecuentes

¿Cómo apretar una tuerca de seguridad en un perno?

Apriete la tuerca de un perno con la mano y luego utilice una llave e inserte el pasador de chaveta dentro de la ranura para asegurar el bloqueo.

¿Una tuerca de seguridad es una tuerca de rueda?

Una tuerca de seguridad personalizada es un tipo especial de tuerca de seguridad que se utiliza para proteger la rueda de un automóvil de los ladrones.

¿Cómo sé qué tuerca de bloqueo necesito?

Puede seleccionar la cerradura adecuada para su aplicación teniendo en cuenta el nivel de vibración, la reutilización y las condiciones ambientales.