Calculo de uniones por chavetas

Universidad de Guadalajara

Ingeniería Mecánica Eléctrica

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CÁLCULO DE UNIONES POR CHAVETAS

Diseño de Elementos Mecánicos.

Perez Gobea Emmanuel

Maestro: Joel Aguilar Rosales 

ÍNDICE

ÍNDICE DE FIGURAS

figura 1. ilustración de chaveta y cubo de chaveta

figura 2. instalación de chaveta sobre un eje visita

figura 3. cuña o chaveta embutida

figura 4. cuña o chaveta cónica

figura 5. cuña o chaveta cónica

figura 6. cuña o chaveta de disco

figura 7. cuña cóncava

figura 8. cuña tangencial

figura 9. cuña transversal.

figura 10. cuña de ajuste

figura 11. cuña cuadrada

figura 12. cuña plana

figura13. cuña redonda

figura 14. cuña de media luna

figura 15. cuña Kennedy

figura 16. fuerza actuante en una chaveta

figura 17. ajuste impreciso generando un juego dentro de cubo

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1. Características químicas del acero SAE 1020

Tabla 2. Características mecánicas del acero SAE 1020

Tabla 3. Chavetas bajo la norma alemán DIN 6885 y DIN 6888

Tabla 4. Dimensiones para aplicaciones para cuñas estándar en pugadas

Tabla 5. Dimensiones para aplicacion de cuñas estandar milimetricas

Tabla 6. Dimensiones para aplicación de cuñas woodruff en milmetricas

Tabla 7. Dimensiones para aplicaciones de cuñas woodruff en pulgadas.

ÍNDICE DE ECUACIONES

Ecuación1.0 Fuerza cortante

Ecuación1.1 Esfuerzo cortante

Ecuación1.2 Falla por esfuerzo cortante máximo

Ecuación 1.3 Obtención de la longitud en una cuña

Ecuación 2.0 Esfuerzo de diseño

Ecuación2.1 Esfuerzo de compresión

Ecuación 2.2 Obtención de la longitud en una cuña

Ecuación 2.3 Longitud con factor de seguridad  

SIMBOLOGÍA

SIMBOLOGIA

RESUMEN

RESUMEN

OBJETIVOS

OBJETIVO

JUSTIFICACIÓN

JUSTIFICACION

ANTECEDENTES

ANTECEDENTES

TRABAJO DE INVESTIGACIÓN

Descripción de chaveta 1.0

Clasificación de chavetas 2.0

Clasificación de chavetas por sus características 2.1

Tipos de chavetas 3.0

Distribución y concentración de fuerzas en una chaveta 4.0

Materiales para producción de chavetas 5.0

Tipo y diseños de chavetas bajo la norma DIN. 6.0

Tablas de dimensiones para tipo de cuña 7.0

Cálculo de chavetas 8.0

Selección e instalación de cuñas 8.1

Uso y aplicación de diseño de cálculo de chavetas 9.0

REFERENCIAS

Bibliografía

V GLOSARIO

Ahusada: Tiene forma de hueso.

Axial: Perteneciente o relativo al eje.

Compresión. Presión a que está sometido un cuerpo por la acción de fuerzas que tiene a disminuir su volumen.

Fresado: Consiste principalmente en el corte del material que se mecaniza con una herramienta rotativa de varios filos.

Potencia: Desarrollada por la fuerza que realiza el trabajo.

Magnitudes: Propiedad física que puede ser medida.

SAE: Sociedad de Ingenieros Automotores.

Transversal:Que se cruza en dirección perpendicular con aquello de que se trata.

Tangencial: Recta que toca a una curva o a una superficie sin cortarlas.

Longitudinal: Hecho o colocado en el sentido de la longitud.

SIMBOLOGIA

σ= Esfuerzo.

σd= Esfuerzo de diseño.

τ= Torque.

τd= Torque de diseño.

As= Área de la superficie.

Ac= Área de compresión.

D= Diámetro.

F= Fuerza.

H= Altura.

L= Longitud.

Sy= Esfuerzo de flexión.

T= Presión.

W= Ancho o sección transversal.

RESUMEN

En este trabajo abarca el cálculo de uniones por chavetas, desde los principios básicos y descripciones, considerando la clasificación, tipos, funciones, cálculos y comportamiento, tomando en cuenta el material del que están hechos y esfuerzos sometidos, puesto que la naturaleza de este elemento es bastante excéntrica a pesar de que de sus posibles fallas son pocas analizando cada una ellas y por la omisión de detalles, se podría inducir un accidente.

Debido a que las chavetas son un elemento fundamental dentro del diseño mecánico, poniendo como ejemplo la trasmisión de un automóvil, el cigüeñal de un motor de combustión interna o simplemente un volante. Este elemento juega un papel transcendental en el día a día de las máquinas que se utilizan cotidianamente.

OBJETIVO

Analizar los dos tipos de fatiga mediante el cálculo de uniones de chaveta, identificando las posibles fallas considerando, altura, ancho y longitud. Evitando un desgaste o falla mecánica, dando como resultado una transmisión efectiva de potencia.

JUSTIFICACION

La presente investigación se enfocará en estudiar los distintos fallos al elemento mecánico (chaveta) ya sea por corte o aplastamiento debido a exceso de carga mecánica o erróneo cálculo de este, analizando sus factores importantes, esto bajo normas y tablas estandarizadas, así demostrando de manera calculada el desgaste o fatiga del mecanismo.

Mejorando ciertas características que desglosan a las chavetas ya sea por tamaño, forma o modo, brindando elementos mecánicos mejor estructurados y analizados para evitar un accidente o falla mayor al mecanismo empleado.

ANTECEDENTES

Una cuña igualmente tiene el cargo de un sistema de seguridad. La generalidad de las máquinas tiene una velocidad de maniobra y un par de torsión que concretan el tamaño requerido de la cuña. Sin embargo, en el caso de un aumento drástico en los escenarios de carga, la cuña fallará por cortante antes de que falle el eje o el elemento de máquina. Como las cuñas son baratas, además de que se pueden reemplazar rápidamente, los diseñadores las usan para proteger los componentes de la maquinaria más caros.

CALCULO DE UNIONES POR CHAVETA

Descripción de chaveta 1.0

Comenzaremos por describir que es una unión por chaveta y su funcionamiento. Estos son conjuntos mecánicos empleados para la transmisión de potencia, efectuando el trabajo como una unión entre dos piezas, girando en sincronía y permitiendo un practico montaje y desmontaje de las piezas del conjunto mecánico, su principal función, es evitar el deslizamiento de una pieza sobre la otra. Tiene diversas formas entre las más comunes, wooddruff, plana e inclinada. Por lo general están hechas de acero en forma rectangular.

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Imagen 1 Ilustración de chaveta y cubo de chaveta. Copyright 2019

Esta se instala sobre una ranura de manera axial al elemento mecánico, en el eje denominado cuñero o chavetero, haciendo una ranura semejante en el cubo del elemento mecánico para la transmisión de la potencia, llamado asiento de cuña. Una de las partes importantes y frecuentes en la industria, es elegir que el tamaño de la chaveta sea la cuarta parte de diámetro del eje, esto para ajustar la longitud de la pieza.

Según sea longitud del cubo de la pieza montada sobre el eje y la resistencia que este va a requerir para un óptimo funcionamiento, en algunas ocasiones se va requerir más de una chaveta para obtener la resistencia en el elemento, esto considerando las magnitudes de la fuerza que se someterá el elemento mecánico.

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