Holgura axial de la bisagra: movimiento axial, control de empuje y medición

Una bisagra puede girar libremente, superar la inspección del diámetro del pasador y, aun así, moverse en una dirección que el plano nunca ha previsto. Si empujas una de las hojas a lo largo del eje del pasador y la tiras hacia atrás, el conjunto puede emitir un pequeño chasquido o producir un desplazamiento apreciable. Ese movimiento es holgura axial de la bisagra.

En una bisagra convencional de pasador y articulación, suele haber un pequeño juego axial para que las articulaciones adyacentes y las interfaces de empuje puedan girar sin atascarse. Las estructuras de bisagras de precisión o precargadas pueden controlar este movimiento de forma diferente, por lo que el juego axial aceptable debe determinarse en función del diseño concreto y no basarse en una regla universal de juego cero.

Un movimiento axial excesivo puede provocar que una puerta cambie de posición, genere impactos repetidos entre las superficies de empuje, altere el enganche del retén, aumente el ruido o haga que un panel, que en otras circunstancias sería rígido, dé la sensación de estar suelto. Intentar eliminar cualquier atisbo de movimiento genera el problema contrario. Las tolerancias de fabricación, la acumulación de recubrimientos, las variaciones en el conformado, la dilatación térmica, el grosor de la arandela de empuje o un elemento de retención desplazado pueden reducir el juego previsto y convertir el pivote en una abrazadera axial.

El juego axial es axial, no radial

El juego axial suele agruparse con otras formas de holgura en las bisagras, ya que un operario puede referirse a todas ellas como “juego”. Esa expresión es demasiado amplia para un plano o un requisito de inspección.

El juego del pasador y el juego lateral están relacionados, pero no son el mismo parámetro. La holgura entre el pasador y el orificio es una condición dimensional en el interior del pivote. El juego lateral es el movimiento lateral resultante que se observa entre las piezas ensambladas de la bisagra. La longitud de la articulación, la distancia entre cojinetes, el desgaste local, la alineación y la posición de la fuerza aplicada pueden modificar el juego lateral medido, incluso cuando las dimensiones del pasador y del orificio no varían.

Por lo tanto, una bisagra puede tener un juego radial de funcionamiento aceptable, mientras que la bisagra montada sigue presentando un juego axial excesivo. También puede ocurrir lo contrario: el movimiento axial puede estar estrictamente controlado, mientras que un juego radial excesivo o el desgaste de las superficies de contacto de los rodamientos permiten el movimiento lateral de las hojas.

Para el ajuste dimensional en el interior del pivote, utiliza el Guía sobre el juego del pasador de bisagra. En esa página se tratan los límites de tamaño de los pasadores y los orificios, la acumulación de material de acabado, la holgura de funcionamiento, el juego libre y el riesgo de atascamiento. El juego axial de las bisagras requiere un requisito axial específico.

De dónde proviene el movimiento axial

El espacio visible entre dos articulaciones adyacentes puede contribuir al juego axial, pero rara vez afecta a todo el conjunto.

Una bisagra industrial puede contener varias interfaces axiales en serie. Cuando el conjunto móvil es empujado desde un extremo del pasador hacia el otro, cada interfaz puede contribuir con una parte del movimiento total.

• juego entre las caras frontales adyacentes de las articulaciones;
• espesor y compresión de la arandela de empuje;
• juego entre una arandela y el reborde de retención;
• el movimiento axial del pasador dentro de su elemento de retención;
• se desplaza libremente entre un casquillo y su alojamiento;
• variación del espaciador o la cuña;
• variaciones en el conformado, el estampado, el prensado o el embutido;
• posición de la ranura del anillo de retención;
• desgaste en una superficie de empuje sometida a carga;
• movimiento elástico de un clip delgado o de un elemento de soporte.

Esto es importante cuando un plano solo especifica una cota evidente. Una holgura nominal en el extremo de la articulación no demuestra que la bisagra montada tenga la misma holgura axial. Una arandela, un casquillo flotante, un retén de pasador, un espaciador o un elemento conformado pueden añadir movimiento en otros puntos del conjunto axial.

También puede ocurrir lo contrario. Aunque en el plano varias holguras nominales puedan parecer generosas, basta con que una arandela deformada o una cara frontal inclinada entre en contacto antes de lo previsto para impedir que se mueva todo el conjunto. El análisis dimensional predice el espacio axial disponible. La bisagra montada confirma qué parte de ese espacio es realmente funcional.

La carga axial requiere una vía de empuje

El juego axial describe el movimiento. La carga axial determina qué superficie detiene ese movimiento.

En una puerta con bisagras laterales verticales, la gravedad y la geometría de instalación pueden hacer que parte del conjunto de bisagras se apoye contra el extremo inferior de la articulación, una arandela, un reborde, una brida o una superficie de apoyo. Con un eje de bisagra horizontal o inclinado, la dirección del empuje activo puede ser diferente. La aceleración durante el transporte, las vibraciones, la fuerza del muelle, la carga del operador, la tracción del cable o la acción del pestillo también pueden añadir reacciones axiales temporales.

Por lo tanto, la bisagra necesita una trayectoria de empuje identificable. No se debe dar por sentado que el extremo de un casquillo de manguito actúe automáticamente como cojinete de empuje. Un casquillo que funcione bien bajo una presión radial proyectada puede no estar diseñado para soportar cargas axiales repetidas en su cara frontal.

La misma advertencia se aplica a las articulaciones conformadas. Un borde laminado delgado puede ser un tope geométrico aceptable en aplicaciones de carga ligera, pero resulta una superficie de empuje inadecuada a largo plazo cuando un conjunto móvil más pesado se apoya repetidamente contra él.

En el caso de los pivotes con cojinetes lisos, el Guía sobre casquillos para bisagras industriales abarca la presión radial, los materiales de los casquillos, la lubricación, el ajuste de la carcasa y las razones por las que la carga axial puede requerir una brida, una arandela de empuje, un reborde o un soporte independiente. Esta página continúa a partir de ese punto y se centra en el movimiento axial resultante.

Holgura axial insuficiente y excesiva

“Juego axial mínimo posible” suena preciso. Sin embargo, en realidad puede ser un requisito incompleto.

Si la pila giratoria queda prácticamente encajada entre dos caras axiales, las variaciones normales de la producción pueden hacer que la bisagra pase de funcionar libremente a estar precargada. El espesor del acabado, las variaciones en las arandelas, la posición de conformado, las rebabas, la deformación por fijación o la temperatura pueden agotar el margen restante.

Es posible que una bisagra siga moviéndose durante una comprobación manual, pero que presente una mayor fuerza de separación, una fricción sensible a la temperatura o marcas localizadas, debido a que una de las superficies de empuje ya está sometida a una compresión continua.

Un juego axial excesivo da lugar a una vía de fallo opuesta. El conjunto móvil recorre el espacio axial disponible antes de alcanzar la superficie de empuje opuesta. Si la carga axial se invierte repetidamente, el contacto puede convertirse en un impacto en lugar de una reacción estable del rodamiento.

No existe un valor universal correcto para el juego axial en las bisagras industriales. La tapa de un instrumento compacto, la puerta de una caja pesada, un panel de acceso a un carril y un mecanismo de retención de precisión pueden requerir límites muy diferentes, incluso cuando los pasadores de sus bisagras parezcan similares.

La suma de las tolerancias axiales

En el caso de un apilamiento axial rígido y sin precarga, un cálculo inicial útil consiste en separar la distancia disponible entre las restricciones determinantes de los componentes que ocupan dicha distancia.

Se trata de un cálculo dimensional, no de una garantía de que la bisagra terminada se desplace exactamente la distancia calculada. Se parte de la base de que las superficies de restricción seleccionadas actúan efectivamente como topes axiales funcionales y de que la precarga, los elementos elásticos, las arandelas elásticas, la deformación, la fricción, el movimiento del retenedor, las rebabas y la fuerza de medición no alteran la respuesta.

En el caso de una bisagra que utilice deliberadamente una precarga axial o un sistema de empuje ajustable, la pila geométrica sigue siendo importante, pero el juego axial medido debe determinarse a partir del mecanismo real y de las condiciones de ensayo, y no únicamente a partir de A − S.

La pila debe utilizar las dimensiones funcionales definitivas, y no solo los valores nominales de los componentes sin ensamblar. Dependiendo de la arquitectura, esto puede incluir:

• longitudes de los nudillos;
• el grosor de la arandela y del espaciador;
• posición del casquillo instalado;
• ubicación en el hombro;
• espesor del collar;
• posición de la ranura del anillo de retención;
• ubicación del extremo del pasador, ya sea moldeada o con cabeza;
• recubrimiento en las superficies de contacto axiales;
• dimensiones finales tras el calado, el prensado, el estampado o el conformado.

Las combinaciones más desfavorables son importantes. Cada componente puede superar la inspección por separado, mientras que el conjunto completo queda fuera del rango de movimiento previsto.

Funciones de empuje que controlan el movimiento

Existen varias estructuras de bisagras capaces de controlar el movimiento axial. No presentan el mismo comportamiento frente al desgaste, la misma facilidad de mantenimiento ni la misma sensibilidad en cuanto a la fabricación.

• Superficies frontales de las articulaciones: Compacto y sencillo, pero el extremo conformado actúa tanto como tope axial como posible superficie de desgaste.
• Arandelas de empuje: crea una interfaz específica entre las caras extremas giratorias y permite aislar el desgaste de las articulaciones de las bisagras.
• Casquillos con brida: puede combinar el apoyo radial y el contacto axial cuando el diseño concreto está pensado para soportar fuerzas de empuje.
• Hombros y cuellos: crea un punto de referencia axial más definido y permite alejar la fuerza de empuje de los bordes del nudillo, que son delgados y están conformados.
• Separadores y cuñas: permiten ajustar la pila, pero requieren un control del grosor y de la retención.
• Anillos de retención y abrazaderas: la posición del pasador de control cuando se definen la ubicación de la ranura, el juego axial, el acceso y la dirección de instalación.
• Extremos de pasador remachados, torneados, conformados o estampados: proporcionan una retención compacta, aunque la posición axial final puede depender en gran medida del proceso de conformado.

No se debe elegir un elemento de empuje basándose únicamente en su nombre. Una arandela puede tener las dimensiones correctas, pero aun así desgastarse rápidamente si es demasiado blanda para la carga aplicada, está mal apoyada, está contaminada o roza contra un borde con asperezas. Un par de metales duros puede mantener la geometría, pero generar mayor fricción, rayaduras, ruido o dependencia del lubricante.

No es necesario que el requisito relativo al juego axial se convierta en un artículo completo sobre materiales. Sí es necesario que identifique qué elemento soporta el empuje y si dicho elemento puede mantener el movimiento axial previsto durante todo el periodo de servicio requerido.

Mide el conjunto, no un solo espacio

Un calibre de espesores permite comprobar el espacio local accesible entre dos superficies. Esa medida resulta útil cuando el plano especifica ese espacio exacto. No equivale automáticamente al juego funcional de la bisagra.

En un ensayo completo de holgura axial, se fija una de las partes del conjunto, se aplica una carga al lado móvil en ambas direcciones axiales y se registra el desplazamiento resultante a lo largo del eje del pasador de la bisagra.

1. Establece el punto de referencia fijo. Utiliza la hoja de la bisagra, la placa de montaje, la carcasa o la superficie del accesorio que represente la referencia de instalación prevista.
2. Elige el objetivo en movimiento. Indica si el indicador sigue la hoja opuesta, la pila de nudillos, el pasador u otra superficie controlada.
3. Alinea el eje de medición con el eje del pasador de la bisagra. Si el sensor no está paralelo al eje del pasador, el desplazamiento indicado no es una lectura axial directa y, además, puede verse afectado por movimientos laterales o rotacionales.
4. Coloca el conjunto en una dirección axial. Aplica la fuerza definida sin provocar ningún impacto y anota la posición.
5. Invierte la carga axial. Mueve el conjunto hasta que la interfaz de empuje opuesta quede bien encajada.
6. Anota el desplazamiento total. La diferencia entre las dos posiciones controladas es el juego axial medido en esa condición de ensayo.

Se pueden utilizar tanto un indicador de cuadrante como una sonda de desplazamiento digital, un comparador, un medidor de altura o un dispositivo de fijación específico para la producción. Los elementos importantes son el punto de referencia, la fuerza, la dirección, la alineación del sensor, la resolución del instrumento, la rigidez del dispositivo de fijación y la repetibilidad.

Carga del accesorio y condiciones de lectura

Un valor de holgura transversal sin indicar el método de carga puede resultar engañoso. Un clip de sujeción, una arandela de polímero, un soporte delgado o una puerta completa pueden deformarse de forma diferente a medida que varía la fuerza axial aplicada.

La fuerza de sonda debe ser suficiente para asentar de forma uniforme las superficies de empuje previstas, sin que la comprobación se convierta en un ensayo de deformación. Una fuerza adecuada para una bisagra compacta podría doblar la hoja o el soporte de otro diseño. Por lo tanto, el valor debe determinarse a partir del ensamblaje real y de un estudio de repetibilidad, y no a partir de una regla universal.

La orientación también es importante. Una puerta pesada colgada de una bisagra vertical puede estar ya apoyada contra una de las superficies de empuje antes de que se aplique la carga indicadora. Una bisagra pequeña de banco sometida a ensayo en posición horizontal puede quedar suspendida entre ambas superficies. Los resultados obtenidos en estas dos condiciones no son directamente comparables, a menos que el método de ensayo tenga en cuenta dicha diferencia.

El movimiento de las yemas y el de las hojas son distintos

La lectura de un indicador axial no indica automáticamente qué parte de la bisagra se ha movido.

Un pasador que, ya sea de forma intencionada o no, pueda moverse libremente dentro de su sistema de retención puede desplazarse mientras las dos hojas permanecen apoyadas contra la misma superficie de empuje. Por lo tanto, medir únicamente el pasador puede indicar un movimiento que no se corresponde con el juego axial entre las hojas que detecta el equipo.

También puede ocurrir lo contrario. Un pasador bien sujeto puede permanecer fijo mientras el conjunto de articulaciones móviles se desplaza entre dos rebordes o arandelas.

Cuando ambas funciones sean importantes, contrólalas por separado:

• Movimiento axial del pasador: movimiento del pasador con respecto a la hoja o al cuerpo destinado a sujetarlo.
• Juego axial de la bisagra: movimiento del conjunto de bisagra móvil con respecto al conjunto fijo a lo largo del eje del pasador de la bisagra.

Combinar ambos en un único valor indefinido de “juego axial” puede ocultar el mecanismo real del fallo. Un elemento de retención suelto y una arandela de empuje desgastada pueden producir un recorrido total del indicador similar, pero requieren medidas correctivas diferentes.

Desgaste, temperatura y cambio de servicio

El juego axial inicial no es más que una condición inicial cuando la bisagra se ve sometida a cargas de empuje repetidas.

Las caras de los extremos de las articulaciones pueden pulirse o desgastarse. Las arandelas de empuje pueden perder grosor. Los elementos de polímero pueden sufrir fluencia bajo una carga sostenida, dependiendo de su material y estado. Los retenedores pueden permanecer fijados aunque cambie su posición de asentamiento. Un espaciador puede rozar contra una superficie adyacente. Cada cambio altera el apilamiento axial.

La temperatura supone una variable más. Las diferentes temperaturas de los materiales y los componentes pueden modificar la distancia efectiva entre los rebordes, las arandelas, los casquillos y los elementos de retención. El movimiento axial resultante puede aumentar o disminuir.

La holgura dimensional no es el único problema relacionado con la temperatura. Las bajas temperaturas pueden dejar una holgura axial positiva, mientras que el comportamiento del lubricante o del polímero aumenta la fricción durante el funcionamiento. A temperaturas más elevadas, la dilatación del material, la fluencia o la migración del lubricante pueden alterar tanto el asentamiento como el comportamiento frente al desgaste.

Por lo tanto, el requisito relativo al juego axial debe especificar las condiciones en las que se aplica dicho límite. Algunos equipos solo requieren una inspección de entrada a temperatura ambiente. Otros diseños pueden requerir la misma medición tras ciclos de funcionamiento, acondicionamiento térmico, vibraciones, limpieza, exposición a la corrosión u otra condición de funcionamiento representativa.

Si el juego axial aumenta tras el mantenimiento, anote algo más que el desplazamiento final. Inspeccione las superficies de empuje, el grosor de las arandelas, los extremos de los pasadores, la posición del retén, el asentamiento de los casquillos, los espaciadores, el patrón de contacto y la presencia de residuos. La medición indica que el conjunto ha sufrido cambios. Las pruebas físicas ayudan a localizar dónde se ha producido el cambio.

Indica el juego axial en el plano

Términos como “holgura mínima”, “bisagra bien ajustada” y “sin movimiento axial apreciable” no son criterios de aceptación útiles.

Las dimensiones de los componentes deben determinar la geometría utilizada para fabricar la bisagra. Cuando el juego axial afecte al funcionamiento del equipo terminado, añada un requisito de montaje independiente que controle el movimiento resultante.

El texto entre corchetes no constituye una especificación definitiva del sector. El ingeniero responsable deberá asignar los valores en función de los requisitos reales del equipo, la arquitectura de las bisagras, el estudio de tolerancias y las pruebas de validación.

Si en el plano del proveedor no queda claro qué dimensiones, tolerancias y notas se aplican a la bisagra, utilice el Ficha técnica de bisagras y guía de planos de ingeniería para diferenciar la geometría nominal de los requisitos funcionales y los que dependen de los ensayos.

Correlación de la comprobación de la producción

Un laboratorio de desarrollo puede caracterizar el juego axial de una bisagra mediante un dispositivo de sujeción rígido, una carga axial controlada y un sensor de desplazamiento de alta resolución. La inspección en la línea de producción no requiere necesariamente el mismo equipo.

Un calibre más sencillo o un dispositivo de fijación específico pueden resultar adecuados cuando los ensayos de correlación reales demuestran que permiten distinguir de forma fiable entre bisagras conformes y no conformes. No obstante, es necesario controlar la fuerza de asentamiento, los puntos de referencia, la orientación y una relación conocida con la medida técnica.

No sustituyas la comprobación del juego axial del conjunto por la inspección de una sola arandela o espaciador, a menos que los datos del estudio demuestren que la dimensión del componente predice de forma fiable el movimiento final. El conformado, la retención de los pasadores, la instalación, la variación en el apilamiento y las interferencias locales pueden alterar el resultado final del conjunto.

La comprobación manual resulta útil para detectar holguras evidentes. No sustituye a una medición precisa del juego axial cuando el movimiento admisible es lo suficientemente pequeño como para afectar a la alineación, la posición de retención, el ruido, la estanqueidad o el funcionamiento del equipo.

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Preguntas frecuentes sobre el juego axial de las bisagras