Diapositiva 1

Universidad de San Carlos de GuatemalaIngeniera Mecnica

Diseo De Maquinas 1

Ral Mazariegos201030829

Septiembre del 2012

Ejes

Qu Son Los Ejes?Una flecha o eje es el componente de los dispositivos mecnicos que transmite energa rotacional y potencia.

En donde se utilizan?Los ejes son parte integral de dispositivos y artefactos como:Reductores de velocidad tipo engrane.Impulsores de banda o cadena.Transportadores.Bombas.Ventiladores.Agitadores y muchos equipos mas para automatizacin.

Cmo Funcionan?En el proceso de transmitir potencia a una velocidad de giro o velocidad rotacional especifica, el eje se sujeta, de manera inherente, a un momento de torsin o torque.

Por consiguiente, en el eje se genera tensin por esfuerzo de corte por torsin.

Un eje por lo regular soporta componentes transmisores de potencia como engranes, poleas acanaladas para bandas o ruedas dentadas de cadena, que ejercen fuerzas sobre el eje en sentido transversal, es decir perpendicular al aje

Estos elementos se sujetan con chavetas o cuas, ranuras estriadas o uniones forzadas.

Estos generalmente descansan radialmente sobre cojinetes o rodamientos.

Transmisin mediante cadena y polea dentada a 2 ejes paralelos

Tipos De EjesDebido a que existen diferentes necesidad de transmisin, existe gran variedad de ejes que se adecuan a dichas necesidades.

Ejes Lisos Exteriormente tienen una forma perfectamente cilndrica, pudiendo variar la posicin de apoyos, cojinetes, etc. Este tipo de ejes se utilizan cuando ocurren una torsin media.

Ejes EscalonadosA lo largo de su longitud presenta varios dimetros en base a que soporta diferentes momentos de torsin y se utiliza para la situacin en que ocurran unas tensiones de torsin media hacindolos los mas utilizados.

Ejes Ranurados O Con Talladuras EspecialesPresentan exteriormente ranura. Se emplean estos ejes para transmitir momentos de torsin elevados. Estos ejes presentan pequeas longitudes.

Ejes HuecosSe emplea por su menor inercia y por permitir el paso a su travs de otro eje macizo. El inters radica en que las tensiones debidas al momento de torsin son decrecientes al acercarnos al centro del eje.

Ejes AcodadosSe emplean siempre que se quiera transformar en una maquina el movimiento alternativo en movimiento giratorio y viceversa. Se pueden presentar momentos de torsin importantes en algunos tramos. Se diferencia del resto de los ejes debido a su forma ya que no sigue una lnea recta sino de forma cigeal.

Materiales Empleados En La Construccin De EjesEl acero es el material que frecuentemente se usa en la fabricacin de ejes. Variando adecuadamente la composicin, el tratamiento trmico y el tratamiento mecnico pueden obtenerse propiedades mecnicas que se encuentren entre mrgenes muy amplios.

Generalmente, los ejes estn hechos de barras circulares de acero al carbono estirado en fri. Cuando se requiera tenacidad, resistencia al impacto y alta resistencia, se utilizan barras de acero aleado, tratado trmicamente. El acero con un cierto grado de carburacin se empleara cuando el desgaste en la superficie del eje sea importante. Sin embargo, para no aumentar el costo, el diseador deber tratar de usar acero con bajo contenido en carbono, siempre que esto fuera posible.

RodamientosSon puntos de apoyo de ejes para sostener su peso, guiarlos en su rotacin y evitar deslizamientos.Los cojinetes van algunas veces colocados directamente en el bastidor de la pieza o mquina, pero con frecuencia van montados en soportes convenientemente dispuestos para facilitar su montaje.

Cualidades Que Deben Poseer Los CojinetesCoeficiente de rozamiento reducido.

Buen transmisor de calor para evitar la acumulacin excesiva de calor que puedan daar los ajustes

Poseer buena dureza que ayude a soportar cargas, que no deformen el cojinete.

Clasificacin de CojinetesLos cojinetes radiales impiden el desplazamiento en la direccin del radio.

Los cojinetes axiales impiden el deslizamiento en la direccin del eje

Los cojinetes mixtos hacen al mismo tiempo el efecto de los cojinetes radiales y axiales.

Cules son los objetivos en el diseo de ejes?Determinar la distribucin de torques en los ejes

Proponer geometras razonables para que los ejes soporten elementos que transmiten potencia

Calcular las fuerzas que ejercen sobre los ejes los engranes, poleas, ruedas dentadas, etc.

Especificar tensiones de diseo apropiadas para los ejes

Considerar los factores de concentracin de tensiones que por lo general se encuentran en los ejes

Elaborar grficos de esfuerzos corte y momento para los ejes en dos planos

Procedimiento Para El Diseo De EjesDeterminar la velocidad de giro del eje.Calcular la potencia o torque que va a trasmitir el eje.Determinar el diseo de los componentes transmisores de potencia.Precise la ubicacin de los cojinetes en los que se apoyara el eje.Proponga la forma general de la geometra para el eje.

Calcular las fuerzas que ejercen accin sobre el eje, axiales y radiales.Calcular reacciones en los cojinetes.Elaborar graficas de corte y momento de flexin sobre el eje.

Elija el material con que se va a fabricar el eje y especifique su condicin: extruido en frio, tratamiento trmico, etc.

Calcule una tensin de diseo adecuada, considerando la manera en que se aplica la carga, suave, de choque, sucesiva, etc.

Analice los puntos crticos del eje, para determinar el dimetro mnimo aceptable del eje y verificar la seguridad

Especifique las dimensiones finales para cada punto en el eje, tolerancias, dimensiones de los cueros, chaflanes, etc.

Elementos De Maquinaria Sobre Ejes y Fuerzas Que Estos EjercenLos engranes poleas acanaladas para bandas y otros elementos que casi siempre son soportados por ejes, ejercen fuerzas sobre estos para dar lugar a momentos de flexin.

El siguiente es un anlisis de los mtodos que se utilizan para calcular estas fuerzas.Ruedas DentadasEn este tipo de dispositivo la fuerza que se ejerce sobre los dientes de un engrane mientras se transmite la potencia actan de manera normal al perfil envolvente de los dientes

En el anlisis de ejes es conveniente considerar las fuerzas en sentido radial y tangencial, para los engranes rectos usamos:

Torque: T=63000 * (p/n)Fuerza Tangencial: Wt=T/(D/2)

Donde:P es potencia en HPn velocidad en RPMD dimetro en pulgadas27Engranes HelicoidalesEstos adems de las fuerzas tangenciales y radiales que presentan las ruedas dentadas generan una fuerza axial.

La fuerza axial es:Wa = Wt * tan

La fuerza Radial es:Wr = Wt * tan /cos

Donde: es el ngulo helicoidal del engrane es el ngulo de presin normal

Gusano Y Tornillo Sin FinLa carga dinmica para este tipo de elementos se calcula de la siguiente forma:Wd = Wt/KDonde K: 1200/(1200+Velocidad lineal de paso)

Ruedas Y Poleas De CadenaEste elemento consta de un par de ruedas y una cadena que transmiten potencia. La parte superior de la cadena se somete a tensin que genera torque mientras la parte inferior se le conoce como lado flojo porque no ejerce fuerza alguna.

Por lo tanto la fuerza total de flexin que soporta el eje, es igual a la tensin en el lado tenso de la cadena

F = T/(D/2)

Concentracin De Tensiones En EjesPara poder montar en forma correcta los distintos tipos de elementos mecnicos en los ejes, por lo regular, el diseo final incluye varios dimetros, cueros, ranuras para anillos, etc.

Estas concentraciones de tensin son muy importantes y deben ser tomadas en cuenta en el anlisis de diseo

En Donde Se Encuentran Las Concentraciones De Tensin?Generalmente en las discontinuidades geomtricas como:CuerosChaflanes de hombrosRanuras para anillos de sujecin

Cada uno de estos elementos debe verificarse y al final del diseo tomar en cuenta la seguridad.CuerosUn cuero consiste en una ranura longitudinal que se corta en un eje para montar la cua, ello permite transferir torque a partir del eje hacia un elemento que transmite potencia.

Dos son los tipos de cueros que con mas frecuencia se utilizan:El de perfilK=2.0El de correderaK=1.6

Siendo K el factor de concentracin de tensin.

Chaflanes De HombrosCuando en un eje se presentan cambios de dimetro, se generan concentraciones de tensin que depende de la relacin de los dos dimetros y del dimetro del chaflan.

Se sugiere que el dimetro del chafln sea lo mas grande posible para reducir la concentracin de tensin.

Existen dos tipos de chaflanesChafln con bordes cortantesK=2.5Chafln bien redondeadoK=1.5

Ranuras Para Anillos De SujecinLos anillos de sujecin se utilizan en muchos tipos de aplicaciones en los ejes. Los anillos se colocan en ranuras que se hacen en los ejes, despus que se ubica en su lugar el elemento que se va a sujetar.Cuando existe flexin, utilizaremos:K=3.0

Cuando tenemos esfuerzos combinados es aconsejable agregar un 6% sobre el valor estimado para el diseo.

Se recomienda al diseador tomar un valor de diseo relativamente alto para obtener un resultado conservador en la primera aproximacin del diseo final.De nuevo se hace nfasis que en el diseo final debe verificarse la seguridad. Esto es, si el valor final es mas bajo que el valor original de diseo, el diseo es aun seguro. Por el contrario si el valor final es mas alto, habr que analizar otra vez las tensiones para el diseo