Diferencias entre ajuste a presión y ajuste deslizante en fabricación

Los ajustes técnicos son un aspecto importante para producir conjuntos mecánicos que funcionen bien. Por lo tanto, los diseñadores deben comprender los matices entre los diferentes tipos de ajustes diseñados.

Este artículo proporciona una explicación detallada de las diferencias entre la sintonización por diapositiva y la sintonización por interferencia para aclarar las diferencias que a menudo causan confusión.

¿Qué es un ajuste a presión?

Un ajuste de interferencia, también llamado ajuste de interferencia, es un tipo de ajuste de ingeniería en el que los componentes acoplados se mantienen firmemente unidos por fricción. Las piezas presentan interferencia intencionada entre las superficies de contacto, lo que es la causa de este rozamiento excesivo.

Para brindar más claridad, veamos el ajuste estándar de ejes y mazas. Cuando un cubo necesita encajar firmemente en un eje para evitar el movimiento lateral y rotacional, su abertura se mantiene intencionalmente ligeramente más pequeña que el diámetro exterior del eje. Esto se llama juego de interferencia positiva o juego negativo.

El ajuste a presión se comunica al departamento de fabricación mediante dibujos técnicos, que luego deben ser mantenidos por los operadores de la máquina. Un ejemplo práctico de esto es el montaje de rodamientos en ejes, donde el mecanizado del eje es crítico en términos de dimensiones de ajuste a presión.

Ejemplo de ajuste de presión

Ejemplos prácticos de ajuste a presión y ajuste deslizante, así como cálculos técnicos, ayudan a diferenciar entre ajuste deslizante y ajuste a presión. Después de determinar que el diseño requiere un ajuste de interferencia, el ingeniero primero debe seleccionar una clase de tolerancia y un sistema base adecuados según la aplicación del ensamblaje.

El sistema base viene con un sistema de base perforada o con un sistema de base ondulada. El sistema de base de orificios utiliza el tamaño del orificio como referencia (fijo) y sugiere el rango de tolerancia técnica correspondiente para el eje. Sin embargo, con el sistema basado en olas ocurre lo contrario.

Además, la clase de tolerancia depende de qué tan ajustado debe ser el ajuste. La siguiente tabla muestra diferentes clases de tolerancia para diferentes ajustes técnicos tanto para el orificio como para la base del eje.

Volvamos al ejemplo del eje del cojinete mencionado anteriormente. La siguiente figura muestra que el aro interior del rodamiento requiere un ajuste de interferencia con el eje. En este caso, el sistema de base de orificios es aplicable porque el tamaño del rodamiento está estandarizado y el tamaño del eje es personalizable.

Supongamos que el ingeniero elige un ajuste de transmisión de interferencia (H7/u6) y asume que el diámetro exterior del rodamiento es de 25 mm. Entonces, la tolerancia del ajuste de interferencia en el orificio debe ser de +48/-35 μm según la tabla de tolerancia de la base del eje ISO 286.

¿Cómo calcular la fuerza de ajuste de presión?

Podemos ir un paso más allá y realizar cálculos de ingeniería para determinar la fuerza necesaria para montar/desmontar los componentes. Además, también podemos determinar el par de apriete del conjunto final, que debe conocerse en condiciones de carga difíciles.

Presión sobre la superficie de contacto.

Se aplica la siguiente fórmula para calcular la presión sobre la superficie de contacto:

Los plazos y sus respectivos valores para nuestra caja de rodamientos son:

Para simplificar, suponemos que tanto el aro exterior del rodamiento como el eje están hechos de acero. Para algunas de las otras dimensiones desconocidas también utilizamos valores arbitrarios. Además, asumimos que la interferencia radial es de 10 μm, lo que está dentro de la tolerancia de ajuste de interferencia en la tabla.

Si ingresa todos los valores en la fórmula, obtendrá una presión de 11,98 MPa. Suponiendo que las superficies de contacto sean completamente lisas (lo que obviamente no es posible), esta presión actúa uniformemente en toda la superficie de contacto. Por lo tanto, este valor es aplicable al valor de Pmax que usaremos en el siguiente cálculo.

Fuerza de sujeción axial

Para calcular la fuerza de sujeción axial (fuerza de montaje/desmontaje), podemos utilizar la siguiente fórmula:

Como antes, puedes encontrar una explicación de los valores en la siguiente tabla. El área de contacto se calcula suponiendo que el rodamiento tiene un ancho de 10 mm.

La fuerza de sujeción axial para esta configuración es de 564,6 N. Esta es la fuerza que el fabricante debe utilizar como referencia al montar/desmontar el rodamiento en el eje. Además, la carga axial sobre el rodamiento tampoco debe exceder este valor para evitar el desplazamiento del aro interior.

¿Cómo se logra el ajuste por presión?

Montar correctamente un ajuste de presión es una tarea que requiere habilidad y atención. Debido a que existe interferencia entre las piezas acopladas debido a las dimensiones del ajuste de interferencia, el montaje no es tan fácil como, por ejemplo, apretar una tuerca en un perno.

En general, existen dos métodos comunes para obtener un ajuste de interferencia.

1. Fuerza : Las piezas se colocan una frente a otra, con una parte fija y la otra móvil. La fuerza de montaje calculada en el apartado anterior se aplica a la parte móvil, forzándola sobre/dentro de la parte fija, consiguiendo así un ajuste de interferencia.

Este método utiliza fuerza bruta y generalmente requiere que una de las piezas tenga un chaflán (normalmente entre 10° y 30°) en una de las esquinas coincidentes para facilitar el montaje.

2. Expansión/contracción térmica : El otro método, más adecuado para ajustes de presión muy ajustados o precisos, es utilizar calor. Este método calienta el cubo hasta el punto en que se expande térmicamente lo suficiente como para deslizarse fácilmente sobre el eje, o enfría el eje a una temperatura en la que se contrae lo suficiente como para deslizarse dentro del cubo. Este último método también se conoce como ajuste por contracción.

Una vez que el conjunto esté en su posición, los componentes volverán gradualmente a la temperatura ambiente. La expansión/contracción térmica resultante crea el ajuste de interferencia.

¿Qué es un ajuste deslizante?

Sigamos con esta comparación entre ajuste deslizante y ajuste a presión. Los componentes del conjunto de ajuste deslizante pueden moverse libremente entre sí, a diferencia de los ajustes de interferencia donde los componentes están bloqueados. Sin embargo, el rango de movimiento todavía es bastante limitado. Imagine una bisagra de puerta donde la bisagra y su pasador giran libremente, pero sólo dentro de un rango de movimiento definido.

Mecánicamente hablando, la idea es dejar un pequeño espacio/espacio entre las superficies de contacto para que puedan deslizarse fácilmente una sobre otra. Otro nombre para la holgura es interferencia negativa al establecer la tolerancia de ajuste deslizante.

Desde un punto de vista técnico, los ajustes deslizantes son relativamente fáciles de evaluar. Dado que no hay fricción excesiva en la zona de contacto debido a la falta de deformación elástica, la presión y la fuerza son más fáciles de calcular.

Ejemplo de ajuste del control deslizante

Las dimensiones para ajustes deslizantes se pueden obtener directamente de una tabla de tolerancias. Podemos consultar nuestro ejemplo de rodamientos en la sección de ajuste a presión. El aro exterior del rodamiento tiene un ajuste con holgura en el alojamiento.

En este caso, el sistema de base de eje es aplicable porque el tamaño del anillo del rodamiento es constante mientras que el orificio en la carcasa/cubo es ajustable.

Supongamos que los diseñadores eligieron un ajuste deslizante (H7/g6) para colocar correctamente el rodamiento en el cubo manteniendo la libertad de movimiento y montaje. Como antes, determinamos la tolerancia del ajuste deslizante a partir de una tabla estándar.

Suponiendo que el aro exterior del rodamiento tiene un diámetro nominal de 30 mm, esto da como resultado un rango de tolerancia de ajuste deslizante de +21/-0 μm según ISO 286. Aunque esto parece un valor muy pequeño, marca una gran diferencia en la eficiencia del trabajo. y la vida útil del conjunto.

¿Cómo se logra el ajuste del deslizamiento?

Al igual que los cálculos de ajuste deslizante, el ensamblaje de ajuste deslizante también es más conveniente que los ajustes a presión. Los métodos generales para montar un ajuste deslizante son:

1. Fuerza : Para ajustes deslizantes con pequeño juego o interferencia, se aplica el método tradicional de aplicación de fuerza mecánica. Al igual que con los ajustes a presión, las piezas se colocan en la posición correcta y la fuerza se aplica mediante una máquina adecuada.

2. A mano : dado que la mayoría de los ajustes deslizantes no tienen interferencias, los componentes acoplados simplemente se deslizan entre sí sin que se aplique ninguna fuerza externa. En estos casos, los fabricantes realizan el montaje manualmente.

Diferencias entre ajuste a presión y ajuste deslizante

Resumamos toda esta discusión y resumámosla en algunos consejos. Las diferencias entre push-fit y press-fit no son tan grandes, pero marcan una gran diferencia en cómo funciona el ensamblaje.

Interferencia/espacio libre

La diferencia obvia entre estos dos ajustes de ingeniería es que los ajustes de interferencia crean interferencia entre las piezas acopladas, mientras que los ajustes deslizantes crean espacio.

En otras palabras, con un ajuste de interferencia, el orificio es más pequeño que el eje, lo que significa que hay que usar fuerza para ensamblarlo. Con ajustes deslizantes, el orificio es más grande que el eje y se desliza fácilmente sobre él.

Grados de libertad

Otra diferencia importante entre ambos reside en los grados de libertad de movimiento de los componentes correspondientes. En el press fit, las piezas correspondientes quedan conectadas rígidamente entre sí, impidiendo cualquier tipo de movimiento en cualquier dirección.

Por otro lado, con los ajustes deslizantes, hay un movimiento relativo entre los componentes. Por ejemplo, en un sistema pistón-cilindro, el pistón se mueve libremente a lo largo del eje del cilindro. Sin embargo, el ajuste deslizante todavía restringe los otros dos movimientos laterales.

Deformación mecánica

La deformación mecánica es otra diferencia entre el ajuste deslizante y el ajuste por interferencia. Generalmente, en un ajuste de interferencia, las piezas coincidentes sufren deformación física en las superficies coincidentes. En la mayoría de los casos se trata de una deformación elástica, pero la deformación plástica también puede ocurrir en ajustes muy ajustados o en materiales plásticos con baja resistencia a la fluencia.

Por el contrario, los componentes de ajuste deslizante no se deforman debido al juego positivo en la tolerancia del ajuste deslizante. Puede haber algo de desgaste en la superficie con el tiempo debido a la acción deslizante, pero eso es todo.

Montaje y desmontaje

Debido a la fuerza requerida y la expansión/contracción térmica, el montaje y desmontaje de los ajustes de presión son más exigentes.

Los fabricantes necesitan controlar muchos otros parámetros, como temperaturas, puntos de aplicación de calefacción/refrigeración, resistencia y resistencia al impacto de los materiales. Además, existe también el riesgo de que durante el proceso se dañen los componentes de montaje. Por ejemplo, las fuerzas elevadas o mal dirigidas durante el montaje a veces pueden dañar los rodamientos.

Por el contrario, las conexiones enchufables son más fáciles de montar. El montaje suele ser posible de forma manual, lo que resulta rápido, sencillo y menos riesgoso.

Capacidad de fabricación

Los ajustes de presión pueden requerir una fabricación más precisa para obtener la interferencia requerida. Como vimos en la sección de Cálculos, la tolerancia del ajuste a presión es fundamental para un ajuste a presión exitoso. Pequeños cambios en las dimensiones de ajuste a presión pueden provocar niveles de presión insostenibles y fallas posteriores.

Los ajustes deslizantes ofrecen más flexibilidad en las tolerancias de fabricación, lo que los hace un poco más fáciles de lograr sin la necesidad de tolerancias extremadamente ajustadas. Sin embargo, la precisión de fabricación sigue siendo un requisito fundamental. Toda la interfaz debe tener la tolerancia correcta para permitir un movimiento deslizante suave. De lo contrario, las piezas podrían bloquearse, desalinearse o quedar muy sueltas.

Formularios

Un punto clave en la discusión sobre el ajuste a presión versus el ajuste a presión son las diferentes aplicaciones. Como era de esperar, ambos tienen campos de aplicación muy diferentes.

Los ajustes a presión son adecuados para conexiones rígidas y permanentes con un movimiento relativo mínimo o nulo entre las piezas. Los ejemplos incluyen cojinetes, casquillos y ciertos componentes estructurales.

Los ajustes deslizantes son preferibles cuando los diseñadores requieren facilidad de montaje y desmontaje o cierto grado de movimiento entre las piezas. Las aplicaciones de ajuste deslizante incluyen carcasas, bisagras, pivotes y sistemas de cilindros de pistón.

Vista rápida: Diagrama de diferencias entre ajuste a presión y ajuste deslizante

Concluyendo

Los ajustes técnicos son uno de los conceptos más importantes en diseño y fabricación. Esta discusión sobre el ajuste deslizante versus el ajuste a presión destaca varios aspectos, incluido su uso, análisis técnico y comparación. Por supuesto, elegir el ajuste técnico correcto y producirlo dentro de la tolerancia es crucial para un conjunto mecánico funcional.

Preguntas frecuentes

¿Qué estándares se utilizan para determinar las dimensiones del ajuste de interferencia y del ajuste deslizante?

ISO 286 y ANSI B4.1 son los dos estándares más reconocidos para tolerancias técnicas de ajuste.

¿Los ajustes de transición también se consideran ajustes deslizantes?

Tanto los ajustes de transición como los ajustes de holgura generalmente caen en la categoría de ajuste deslizante porque comparten propiedades similares. Sin embargo, no existe una línea divisoria específica.

¿Es siempre necesario calentar/enfriar las conexiones a presión durante el montaje?

La expansión/contracción térmica no siempre es necesaria con el ajuste a presión. Para ajustes de presión de baja interferencia, aplicar fuerza a temperatura ambiente suele ser suficiente para ensamblar con éxito los componentes coincidentes.