DISEÑO DE EJES

Procedimiento para diseño de ejes

El procedimiento general para el diseño de ejes y árboles consiste en los siguientes pasos:

Definición de las especificaciones de velocidad de giro y potencia de transmisión necesaria.

1. Selección de la configuración. Elección de los elementos que irán montados sobre el eje para la transmisión de potencia deseada a los distintos elementos a los que se deba realizar tal transmisión. Elección del sistema de fijación de cada uno de estos elementos al eje. Precisar la posición de los cojinetes/rodamientos de soporte del eje.

2. Propuesta de la forma general para la geometría del eje para el montaje de los elementos elegidos (cambios de sección oportunos).

3. Determinación de los esfuerzos sobre los distintos elementos que van montados sobre el eje.

4. Cálculo de las reacciones sobre los soportes.

6. Cálculo de las solicitaciones en cualquier sección.

5. Selección del material del eje, y de su acabado.

6. Selección del coeficiente de seguridad adecuado, en función de la manera en que se aplica la carga (suave, impacto,...). Suele estar entre 1.5 y 2.

7. Localización y análisis de los puntos críticos en función de la geometría (cambios de sección) y de las solicitaciones calculadas. Dimensionado para su resistencia.

8. Comprobación de las deformaciones.

9. Comprobación dinámica de velocidad crítica.

10. Determinación de las dimensiones definitivas que se ajusten a las dimensiones comerciales de los elementos montados sobre el eje.

Algunas recomendaciones que se deben tener en cuenta durante el diseño son:

• Los ejes han de ser tan cortos como sea posible para evitar solicitaciones de flexión elevadas. Con la misma finalidad, los cojinetes y rodamientos de soporte se dispondrán lo más cerca posible de las cargas más elevadas.

• Se evitarán en la medida de lo posible las concentraciones de tensiones, para lo cual se utilizarán radios de acuerdo generosos en los cambios de sección, especialmente donde los momentos flectores sean grandes, y teniendo en cuenta siempre los máximos radios de acuerdo permitidos por los elementos apoyados en dichos hombros.

• Los árboles huecos permiten mejorar el comportamiento frente a vibraciones (aumento de las frecuencias de resonancia por la disminución de masa), aunque son más caros de fabricar y de mayor diámetro. A modo de ejemplo, los árboles huecos con diámetro interior 0.5 veces el exterior, sólo pesan un 75% del peso de los macizos, pero su momento resistente es sólo ligeramente inferior al de los macizos (94%).

• Para evitar problemas de vibraciones, los árboles de giro rápido exigen un buen equilibrado dinámico, buena fijación de los soportes y una rígida configuración.

• Dado que la rigidez suele ser el factor más crítico en el diseño de los árboles, se utilizarán aceros principalmente, dado su elevado módulo elástico (E=207 GPa), y se utilizarán de bajo coste, ya que el módulo elástico no varía entre ellos.

Fuerzas que ejercen elementos de maquinas sobre ejes

1. El análisis de esfuerzos combinados: momentos flexionantes y esfuerzos

torsionales.

2. Teoría por falla por energía de distorsión.

3. Esfuerzos cortantes verticales y esfuerzos normales directos, por cargas axiales.

Bandas en V (correas trapezoidales)

A diferencia de

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