DEFINICIÓN DEL COMPONENTE DEL DISPOSITIVO

EJE DE TRANSMISIÓN

Un Eje es el elemento de maquina fijo o móvil, que sirven de soporte a otras piezas permitiendo que estas giren a su alrededor o solidarias a él y su principal característica es que no transmiten potencia. Los ejes, al servir de apoyos a otras piezas se ven sometidos a cargas transversales que influyen en el cómo lo muestra la Figura 1. Estas cargas que debe soportar, si no son tenidas en cuenta en el análisis previo a su diseño, lo deformaran hasta hacerlo fallar.

El efecto de las fuerzas aplicadas sobre él, da origen a esfuerzos de flexión, aunque en algunos casos pueden estar sometidos a cargas fluctuantes dando lugar al fenómeno de fatiga, como en el caso de los ejes de los vagones de las locomotoras, en donde cambios en la magnitud de la carga que transportan pueden dar inicio a la formación de fisuras en el material. En un Árbol, a diferencia de un eje si es posible transmitir potencia, gracias a que el elemento de maquina se fija por medio de chavetas, uniones forzadas o ranuras estriadas a otras piezas. Al estar sujetos solidariamente a poleas o ruedas dentadas como se puede apreciar en la Figura 2, es posible transmitir momentos de torsión, sometiéndoles no solo a momentos flectores, sino que adicionalmente están expuestos a esfuerzos tangenciales generados por los momentos torsores, es decir que están expuestos a (cargas combinadas).

CLASIFICACION DE LOS EJES

Los ejes y árboles son elementos de revolución que adoptan variadas formas que dependen de factores de diseño como son: la magnitud de las fuerzas a las cuales sean expuestos, Parámetros de espacio, el tipo de apoyo a utilizar, entre otros. El Atlas de Máquinas de Reshétov da una amplia clasificación de acuerdo a la aplicación o uso que se le vaya a dar:

Los ejes se dividen:

1) Según su misión: en ejes de máquinas de transporte y elevadoras transportadoras y ejes de transmisión (dentados, de correas y otros).

2) Según las condiciones de trabajo: giratorios y fijos.

Los árboles se dividen:

1) Según su misión: en arboles de transmisión, arboles de mecanismos auxiliares y arboles principales.

2) Según la forma de sus ejes: con eje recto, acodado y con ejes variables (telescópicos y flexibles).

3) Según su configuración: en lisos, escalonados y con estrías. Debido a que las necesidades de transmitir potencia son variadas, existe también una cantidad de árboles que se adecuan a estas necesidades.

MATERIA PRIMA

El material de mayor uso para la fabricación de ejes y arboles es el acero, que debido sus propiedades mecánicas es lo suficientemente fuerte como para soportar los abusos a los que pueda ser sometida la pieza. Decir que un eje esta hecho de acero no significa nada, porque si bien es cierto que un acero es una aleación de hierro y carbono, la presencia de este último elemento en la aleación define sus propiedades mecánicas. Para ampliar un poco más esta definición se enseñara los tipos de aceros que existen, quien los clasifica y cuáles de ellos son los utilizados en la fabricación de las piezas de interés.

EXTREMOS DE LOS EJES

Los extremos suelen ser también cilíndricos, pero de menor diámetro que el resto de la pieza. El extremo, o parte de menor diámetro, debe tener una longitud proporcional a su diámetro. Esta longitud se especifica detalladamente, en la norma DIN 748. En general, y de acuerdo con esa norma, la longitud de los extremos de los ejes y arboles corrientes (Figura 6. a) es de aproximadamente el doble del diámetro, y para ejes cortos (Figura 6,b) la longitud es de 1,5 veces el diámetro.

Los extremos de los árboles y ejes con cojinetes de fricción presentan formas variadas, algunos son cilíndricos lisos, cilíndricos con reborde y otros cónicos.

Estos extremos son útiles cuando el eje ha de introducirse dentro de un agujero completo: la conicidad facilita la entrada, permitiendo que la sujeción sea mejor.

PROCEDIMIENTO PARA DISEÑAR UN EJE

1. Determine la velocidad de giro del eje.

2. Determine la potencia o el par torsional que debe transmitir el eje.

3. Determine los componentes de transmisión de potencia, que se montarán sobre el eje, y especificar el lugar requerido para cada uno.

4. Especifique la ubicación de los cojinetes que soportaran al eje.

5. proponga la forma general de los detalles geométricos para el eje, considerando la forma de posición axial en que se mantendrá cada elemento, y la forma en que vaya a efectuarse la transmisión de potencia de cada elemento al eje.

6. Determine la magnitud del par torsional que se desarrolla en cada punto del eje. Se recomienda preparar un diagrama de par torsional, como se indicará después.

7. Determine las fuerzas que obran sobre el eje.

8. Genere los diagramas de fuerza cortante y momento flexionante completos, para determinar la distribución de momentos flexionantes en el eje.

9. Seleccione el material con el que se fabricará el eje y especifique su condición: estirado en frío y con tratamiento térmico, entre otras.

10. Determine un esfuerzo de diseño adecuado, contemplando la forma de aplicar la carga (uniforme, choque, repetida e invertida u otras más).

11. Analice cada punto crítico del eje, para determinar el diámetro mínimo aceptable del mismo, en ese punto, y para garantizar la seguridad frente a las cargas en ese punto.

12. Especifique las dimensiones finales para cada punto en el eje.