Ejes de Transmisin

Un eje (o rbol) es un componente de dispositivos mecnicos que transmite movimientos rotatorios y potencia. Es parte de cualquier sistema mecnico donde la potencia se transmite desde un primotor, que puede ser un motor elctrico o uno de combustin, a otras partes giratorias del sistema. Puedes identificar algunos tipos de sistemas mecnicos que contengan elementos giratorios que transmitan potencia?Aqu estn algunos ejemplos: transmisiones de velocidad con engranes, bandas o cadenas, transportadoras, bombas, ventiladores, agiladores y muchos tipos de equipo de automatizacinLos procedimientos para el diseo de un eje con lleva: 1. Determinar la velocidad de giro del eje2. Determinar la potencia o el par torsional que debe transmitir el eje.3. Determinar el diseo de los componentes transmisores de potencia, u otras piezas que se montaran sobre el eje, y especificar el lugar requerido para cada uno.4. Especifique la ubicacin de los cojinetes a soportar en el eje. Por lo comn, se supone que se usan solo dos cojinetes para sostener el eje. Se supone que la relacin en los ejes que soportan cargas radiales acta en el punto medio de los cojinetes. Por ejemplo, si se usa un rodamiento de bola, si en el eje existen cargas de empuje (axiales), se debe especificar el cojinete que reaccionara contra el empuje. Entonces, el que no resiste el empuje debe poder moverse un poco en direccin axial para asegurar que en l se ejerza una fuerza de empuje inesperada y no deseada.Si es posible, los cojinetes deben colocarse a cada lado de los elementos transmisores de potencia, para obtener un soporte estable del eje y para producir cargas razonablemente bien balanceadas en los cojinetes. Estos se deben colocar cerca de los elementos de transmisin de potencia para minimizar los momentos flexionantes. Tambin, se debes mantener lo bastante pequea la longitud general del eje, para mantener los deflexiones dentro de los valores razonables.5. Proponga la forma general de los detalles geomtricos para el eje, considerando la forma de posicin axial en que se mantendr cada elemento sobre el eje, y la forma en que vaya a efectuarse la transmisin de potencia de cada elemento al eje. Por ejemplo. Considere el eje de la figura 12-1, el cual va a cargar dos engranes rectos, de doble reduccin. El engrane A recibe la potencia del engrane P a travs del eje de entrada. La potencia se transmite del engrane A al eje, a travs de la cua en la interface entre el cubo del engrane y el eje.

Despus, la potencia sigue por el eje hasta el punto C, donde pasa por otra cua al engrane C. entonces, este ltimo transmite la potencia al engrane Q, y en consecuencia, al eje de la salida, los lugares de los engranes y los cojinetes quedan determinados por la configuracin general del reductor.Ahora se dedicara colocar los cojinetes en los puntos B y D del eje que se va a disear. Pero Cmo se localizaran los cojinetes y engranes, para asegurar que mantengan su posicin durante el funcionamiento, manejo y transporte, entre otras cosas tareas? Naturalmente, hay muchas maneras de hacerlo. Una es la que se propone en la figura 12-2. Se deben maquinar escalones en el eje, para que tenga superficie contra la cuales asentar los cojinetes y los engranes, por uno de sus lados en cada caso. Los engranes se sujetan del otro lado mediante anillo de retencin introducidos a presin en ranuras fabricadas sobre el eje. Los cojinetes se sujetaran en la posicin por la accin de la caja, donde recargan las pistas exteriores de los rodamientos. Se maquinaran cueros en el eje, en el lugar en cada engrane. Esta geometra propuesta suministra una localizacin positiva para cada elemento.6. determinar la magnitud del par torsional que se desarrolla en cada punto del eje. Se recomienda preparar un diagrama de par torsional, como se indicara despus.7. determinar las fuerzas que obran sobre el eje, en direcciones radial y axial.8. descomponga las fuerzas radiales en direcciones perpendiculares, las cuales sern, en general, vertical y horizontal.9. calcular las reacciones en cada plano sobre todo los cojinetes de soporte.10. genere los diagramas de fuerza cortante y momento flexionante completos, para determinar la distribucin de momentos flexionantes en el eje.11. seleccione el material con el que se fabricara el eje y especifique su condicin: estirado en frio y con tratamiento trmico, entre otras. Vea las sugerencias sobre aceros para ejes de la siguiente tabla:Lo ms comn son los aceros al carbn simples o aleados, con contenido medio de carbn, como los AISI 1040, 4140, 4340, 4640, 5150, 6150 y 8650. Se recomiendan que la ductilidad sea buena, y que el porcentaje de elongacin sea mayor que el 12%, aproximadamente. Determine la resistencia ltima, la resistencia de fluencia y el porcentaje de elongacin del material seleccionado.12. determinar un esfuerzo de diseo adecuado, contemplando la forma de aplicarla carga (uniforme, choque, repetida e invertida u otras ms).13. analice cada punto crtico del eje, para determinar el dimetro mnimo aceptable del mismo, en ese punto, y garantizar la seguridad frente a las cargas en ese punto. En general, hay varios puntos crticos, e incluyen aquellos donde se da un cambio de dimetro, donde se presentan los valores mayores de par torsional y de momento flexionante, y donde haya concentracin de esfuerzos.14. Especifique las dimensiones finales para cada punto en el eje. Por lo comn, los resultados del paso 13 sirven como gua, y entonces se escogen valores adecuados. Tambin se deben especificar los detalles del diseo, como las tolerancias, los radios del chafln, la altura de escalones y las dimensiones del cuero. A veces, el tamao y las tolerancias del dimetro de un eje quedan determinados por el elemento que se va a montar en l. Por ejemplo, en los catlogos de los fabricantes de rodamiento de bolas se especifican los lmites de los dimetros en ejes, para que su rodamiento asienten.Este proceso se demuestra despus de presentar los conceptos de anlisis de fuerzas y esfuerzos.Diseo Bajo Carga EstticaLos procesos de diseo descritos hasta ahora se han concentrado en el anlisis de los esfuerzos, para garantizar que el eje sea seguro de los esfuerzos cortantes de torsin y flexionante que le causan los elementos que transmiten potencia. Tambin, la rigidez del eje es un asunto principal, por varias razones:1. Una deflexin radial excesiva del eje puede provocar que queden desalineados de elementos activos, con el consecuente bajo rendimiento o desgaste acelerado. Por ejemplo, la distancia entre centros de los ejes que tengan engranes de presin no debe varia ms de 0.005 pulgadas (0.13mm). aproximadamente, respecto de la dimensin terica. Habra engranado inadecuado de los dientes de los engranes, y los esfuerzos flexionantes y contactos reales podran ser bastantes mayores que los calculados en diseo.2. Como se mencion en captulos anteriores se indican para los lmites recomendados de deflexin por flexin y por torsin en un eje, de acuerdo con la presin que se prende de l3. Tambin la deflexin de un eje contribuyente de manera importante a su tendencia a vibrar, mientras gira. Un eje oscila en los modos de flexin y de torsin, lo cual causa movimientos mayores que las deflexiones estticas debidas solo a la gravedad y a las cargas y los pares torsionales aplicados. Un eje largo y esbelto tiende a azotar y a girar con deformaciones relativamente grandes respecto a su eje recto terico.4. El eje mismo y los elementos que se monten en el deben estar balanceados. Cualquier desbalanceo causa fuerzas centrifugas, las cuales giran con el eje. Los grandes desbalanceos y las altas velocidades de rotacin pueden crear fuerzas de magnitud inaceptable, y agitacin del sistema giratorio. Un ejemplo con el que podra est familiarizado es el de la rueda de un automvil desbalanceada. Al conducir, en realidad se puede sentir la vibracin a travs del volante. Si se mandan a balancear el neumtico y la rueda, se reduce la vibracin a magnitudes aceptables.5. El comportamiento dinmico de eje puede volverse peligrosamente destructivo si funciona cerca de su velocidad crtica, el sistema entra en resonancia, continua aumentando de la deflexin del eje, virtualmente sin lmites, y al final se autodestruir.