Guía técnica · 10 min de lectura
¿Para qué sirven las arandelas? Tipos, funciones y selección
Elija la arandela por el problema que debe resolver: presión de apoyo, necesidad de recorrido elástico o aflojamiento por giro. Compare dimensiones normalizadas, dureza y datos de fuerza elástica.
Respuesta breve: según su diseño, una arandela puede repartir la carga de apoyo de un elemento de fijación, aportar fuerza elástica o ayudar a resistir el aflojamiento. Elija la arandela por el problema que presenta la unión: una superficie de apoyo blanda, un agujero de paso grande, la necesidad de recorrido elástico o un elemento que puede girar hasta aflojarse. Que coincida con el diámetro del perno es solo la primera comprobación.
Una arandela plana, una arandela partida y un par de arandelas de cuña pueden montarse en el mismo perno, pero cumplen funciones distintas.
Empiece por la pregunta que debe responder
- ¿Está investigando una unión que se afloja? Lea ¿Funcionan las arandelas de bloqueo? Arandelas, métodos de bloqueo y sesenta años de datos de vibración para examinar con más detalle las vibraciones y los sistemas de bloqueo.
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¿Busca la medida de una arandela en pulgadas? Consulte la tabla Flat Washer Dimensions. Más abajo encontrará por qué conviene especificar el diámetro exterior, el espesor y la dureza, además de la medida nominal.
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¿Va a especificar una arandela de muelle partida? Lea Arandelas de muelle: usos, medidas y qué especificar para conocer las dimensiones, las normas, los requisitos de material y recubrimiento y los límites de su acción elástica.
¿Qué problema resuelve la arandela?
Un perno genera precarga: la fuerza de apriete inicial que se establece durante el apriete. La arandela forma parte de ese camino de carga. Su función depende de cómo apoye el elemento de fijación y de cómo se comporte a compresión.
| Condición en la unión | Función de la arandela que conviene considerar | Qué determina su idoneidad |
|---|---|---|
| La cabeza del perno o la tuerca puede producir una indentación en la superficie de apoyo | Repartir la carga con una arandela plana adecuada | Área de apoyo, dureza de la arandela y resistencia del material de la pieza sujeta |
| Un agujero de paso grande deja demasiado poca superficie de apoyo | Cubrir el hueco con una arandela de serie grande o una arandela de placa diseñada para ello | Geometría del agujero, cobertura de la arandela y resistencia a la flexión |
| El montaje necesita fuerza elástica en un recorrido axial pequeño | Aportar recorrido elástico con un resorte de disco u otro elemento elástico seleccionado | Fuerza a la flecha instalada y a lo largo del recorrido requerido |
| El elemento de fijación puede girar y aflojarse con el movimiento de la unión | Usar un sistema de bloqueo adecuado a la unión, que puede incluir un par de arandelas de cuña | Mecanismo de bloqueo, superficies de contacto y condiciones de montaje |
El apoyo de la carga, el recorrido elástico y la resistencia al giro son requisitos distintos; una unión puede necesitar más de uno.[1][3][4][6][7]
¿Cuánta diferencia puede marcar el diámetro exterior?
Una arandela aumenta el área disponible para transmitir la carga de apriete a la pieza. Eso puede reducir la presión media de apoyo, siempre que la arandela tenga suficiente rigidez y el material circundante la soporte. Una presión de apoyo excesiva puede provocar asentamiento y pérdida de precarga.[1]
Compare dos geometrías de arandela plana M12. ISO 7089:2000 define la serie normal; ISO 7093-1:2000, la serie grande. Las dimensiones nominales seleccionadas proceden de sus tablas de dimensiones preferentes. Describen la geometría, no las dimensiones medidas de un lote concreto de producción.[2][3]
| Arandela M12 | Diámetro interior, mm | Diámetro exterior, mm | Espesor, mm |
|---|---|---|---|
| Serie normal, ISO 7089:2000 | 13 | 24 | 2,5 |
| Serie grande, ISO 7093-1:2000 | 13 | 37 | 3 |
Como ejemplo de cálculo, suponga una carga de apriete de 20 kN y un agujero redondo de 13,5 mm en la pieza. Suponga también un contacto rígido y plano en toda la corona de apoyo. Su área es:
A = π(D² − dₕ²) / 4; presión media p = F / A
Aquí, D es el diámetro exterior de la arandela y dₕ, el diámetro del agujero de la pieza. En este ejemplo, el agujero de la pieza es mayor que el diámetro interior de la arandela, de modo que el agujero, y no la arandela, define el diámetro interior de la corona de apoyo. Con las dimensiones en milímetros y la fuerza en newtons, la presión resulta en N/mm², numéricamente igual a MPa.
La geometría mayor ofrece 3,01 veces el área nominal de apoyo y reduce la presión media calculada un 66,8 % con la misma carga. Ese porcentaje describe esta comparación geométrica. La presión de contacto real depende de la flexión de la arandela, de las tolerancias y de las superficies de la unión.
En un agujero grande o alargado, compruebe también el espesor y el apoyo, además de la cobertura. ISO 7093-1 pide expresamente verificar el espesor de la arandela cuando se utiliza sobre un agujero de paso grande. Una arandela delgada que se flexiona hacia el hueco no puede ofrecer el contacto rígido supuesto antes.[3]
¿Por qué importa la dureza de la arandela?
La arandela debe soportar la carga además de repartirla. Su material y su dureza condicionan su resistencia a la indentación bajo la cabeza del perno o la tuerca. La pieza sujeta sigue necesitando su propia comprobación de presión de apoyo.[1]
En las arandelas planas de acero de ISO 7089:2000 e ISO 7093-1:2000, la clase de dureza define un intervalo. El alcance de ambas normas también define los emparejamientos adecuados con pernos y tornillos hexagonales de grados de producto A y B:[2][3]
| Clase de dureza de la arandela | Intervalo de dureza especificado | Clases de resistencia de pernos o tornillos hexagonales cubiertas por ese emparejamiento |
|---|---|---|
| 200 HV | 200–300 HV | Hasta 8.8 inclusive |
| 300 HV | 300–370 HV | Hasta 10.9 inclusive |
HV designa la dureza Vickers. Estos emparejamientos se aplican dentro del alcance de las normas citadas; no son una tabla universal de selección para cualquier forma de cabeza o sistema de unión estructural. En particular, un perno 12.9 necesita una comprobación independiente de la arandela y de la unión.
Indique la dureza de la arandela por separado en el pedido. La clase de resistencia del perno no especifica la arandela, y una misma medida nominal puede suministrarse en clases de dureza distintas.
¿Qué significa “arandela de muelle” en una especificación?
“Arandela de muelle” es una descripción amplia; especifique la geometría. Las arandelas de muelle partidas forman una sola vuelta helicoidal con los extremos a distinta altura. Al apretar, la arandela se comprime hacia su forma plana. Las arandelas de muelle cónicas y los resortes de disco tienen perfil abombado. Las arandelas onduladas deben su acción elástica axial a las ondas de su perfil.[5][8]
El siguiente ejemplo de resorte es independiente del cálculo de presión de apoyo de 20 kN. SPIROL recoge un resorte de disco de la serie A de 25 × 12,2 × 1,50 mm (diámetro exterior × diámetro interior × espesor), con una altura libre de 2,05 mm y una altura libre del cono, h₀, de 0,55 mm.[4]
El catálogo redondea la flecha del 75 % a 0,41 mm. Compruebe la fuerza a la flecha instalada y a lo largo del recorrido requerido.
¿La acción elástica también evita el aflojamiento?
Distinga el asentamiento del aflojamiento por giro. El asentamiento reduce la precarga a medida que las superficies de contacto se acomodan o deforman, aunque la tuerca no cambie de posición angular. El movimiento de la unión también puede hacer girar un tornillo o una tuerca hasta que se afloje. Estos mecanismos exigen comprobaciones distintas.[6]
Un elemento elástico seleccionado puede aportar recorrido para absorber parte del asentamiento. Una arandela plana controla la interfaz de apoyo. Un dispositivo de bloqueo se ocupa del giro. La palabra muelle por sí sola no establece una función de bloqueo.
En el caso de la arandela partida helicoidal habitual, el Fastener Design Manual de la NASA explica que la arandela suele estar ya plana cuando el perno alcanza su par final, momento en que su acción de bloqueo se pierde. Una abertura visible y unos extremos elevados no garantizan, por tanto, resistencia fiable a las vibraciones.[5]
Los pares de arandelas de cuña utilizan otro mecanismo. En el diseño de Nord-Lock, las caras de leva se enfrentan dentro del par mientras las estrías exteriores agarran las superficies de apoyo. Un intento de aflojamiento obliga a las arandelas a deslizar sobre las levas y aumenta la tensión del perno. Ese mecanismo depende de superficies adecuadas y de un montaje correcto. El fabricante no recomienda usar sus arandelas Original sobre superficies de contacto muy blandas ni más duras que las propias arandelas.[7]
Consulte la comparación de arandelas y sistemas de bloqueo cuando la vibración sea el principal criterio de selección.
¿Dónde debe colocarse la arandela?
Colóquela en la interfaz cuya función deba controlar. Una arandela plana destinada al apoyo se sitúa entre la cara de apoyo del elemento de fijación y la pieza. Compruebe ambos lados de una unión pasante: la cabeza y la tuerca pueden tener áreas de apoyo distintas y contactar con materiales diferentes.
Para un juego de bloqueo, siga las instrucciones del sistema elegido. La guía de arandelas Original de Nord-Lock especifica un par bajo la cabeza en uniones con agujero roscado y un par bajo la cabeza y otro bajo la tuerca en uniones pasantes. Esas instrucciones pertenecen a ese sistema; aplique las que se suministren con el producto real.[7]
La arandela es también una interfaz adicional en la unión. Cuando se especifica un elemento de fijación con brida, compruebe si su área de apoyo cumple el requisito de soporte de la unión y si hace falta una función elástica o de bloqueo independiente. Bossard señala que ampliar las superficies de apoyo de la brida y reducir las interfaces de asentamiento son recursos de diseño de la unión.[1][6]
¿Qué debe incluir una solicitud de cotización de arandelas?
“Arandela M12” deja abiertas la función, la geometría y los requisitos mecánicos. Traslade estos datos del plano a la consulta:
- Tipo y documento aplicable: plana, de muelle partida, resorte de disco o juego de bloqueo; norma de producto y edición, o número y revisión de plano.
- Dimensiones: medida nominal del perno, diámetros interior y exterior, espesor y cualquier chaflán controlado o forma especial. Incluya la geometría del agujero de la pieza cuando el apoyo sobre un hueco sea determinante.
- Material y dureza: material o grado requerido y clase de dureza de la arandela. En elementos elásticos, añada la fuerza a la flecha especificada y el recorrido de trabajo requerido.
- Acabado y condición de montaje: designación del recubrimiento y requisitos de corrosión, además de cualquier requisito de lubricante o fricción que utilice el procedimiento de montaje.
- Suministro e inspección: cantidad, identificación del lote y resultados dimensionales, de dureza, de recubrimiento o de fuerza elástica exigidos en la entrega. Indique si las arandelas de bloqueo se piden por pares.
Incluya la especificación del perno y de la tuerca correspondiente cuando el proveedor cotice un montaje. Cómo especificar un perno ofrece la lista de comprobación correspondiente para el pedido.
Para solicitar una cotización de arandelas, envíe el plano y la cantidad requerida, junto con el material, la dureza, el acabado y cualquier requisito de fuerza elástica o bloqueo.
Referencias
- Bossard. Surface Pressure When Mounted, información técnica, enero de 2025, págs. 53–56. Presión de apoyo, efectos del asentamiento y selección de arandelas.
- ISO. ISO 7089:2000 — Plain washers — Normal series — Product grade A. Alcance, tabla 1 (dimensiones M12 seleccionadas) y tabla 3 (requisitos de dureza). Vista previa del texto de la norma.
- ISO. ISO 7093-1:2000 — Plain washers — Large series — Part 1: Product grade A, versión corregida de febrero de 2001. Alcance, tabla 1 (dimensiones M12 seleccionadas) y tabla 3 (requisitos de dureza). Vista previa del texto de la norma.
- SPIROL. Disc Springs, pág. 12: fila de la serie A, 25 × 12,2 × 1,50 mm, y encabezado de la tabla de fuerzas de diseño.
- Barrett, R. T., NASA. Fastener Design Manual, RP-1228, marzo de 1990, págs. 9–10. Arandelas de muelle cónicas y helicoidales; limitaciones de la arandela partida helicoidal como dispositivo de bloqueo.
- Bossard. Securely Fastened Joints, información técnica, enero de 2025, pág. 75. Asentamiento, aflojamiento por giro y medidas constructivas.
- Nord-Lock. Original Washers — Wedge-Locking Technology y Original Washers — User Guide. Principio de funcionamiento, idoneidad de la unión e instalación específicos del producto.
- MW Components. Wave Spring Washers. Geometría de las arandelas onduladas y uso a compresión en espacios axiales limitados.