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Árboles, ejes y elementos rodantes, Eliana Ramos. Exp: III-202-00011 …
Árboles, ejes y elementos rodantes
Ejes y árboles
¿Qúe son?
Eje
Es
la pieza que soporta a otros elementos que giran alrededor de él
Generalmente
de sección circular, con diámetro menor que su longitud
Transmiten
potencia y si están sometidos a esfuerzos de torsión
Árbol
Es
el órgano giratorio de una máquina o de un mecanismo cuya función es la de transmitir un par.
Diferencias
Árbol
Es un elemento giratorio, se fija por medio de chavetas
Gira solidario con los elementos montados sobre el
Transmite potencia mecánica mediante su giro
Sometido no solo a momentos flectores, sino, que están expuestos a esfuerzos tangenciales
Está sometido a esfuerzos de flexión y torsión
Eje
Es el elemento de maquina fijo o móvil
Sirve de soporte a otras piezas permitiendo que estas giren a su alrededor o solidarias a el
No transmite potencia
Se ven sometidos a cargas trasversales que influyen en el
No esta sometido a esfuerzos de torsión
Clasificación
Árboles
Forma según su eje
con eje acotado, con eje recto y con eje variables
Según su misión
en arboles de trasmisión, en arboles de mecanismos auxiliares y arboles principales
Según su configuración
en lisos, escalonado y con estrías
Ejes
Forma según su trabajo
Fijos
permite
el giro de los elementos mecánicos sobre ellos sin girar solidariamente con ellos
el razonamiento se produce entre los elementos mecánicos y el eje
Giratorios
pueden
girar solidariamente con algunos de los elementos situados sobre ellos
El razonamiento se produce en los extremos del eje, entre este y los soportes que lo mantienen
según su misión
en ejes de maquinas de transporte, elevadoras transportadoras y ejes de transmisión(dentados, de correas y otros)
Materiales
el materia de mayor uso para la fabricación de ejes y arboles es el acero
que
debido a 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 el acero es una aleación de hierro y carbono, la presencia de este ultimo elemento en la aleación define sus propiedades mecánicas
Partes
Árboles
asiento cónico
engranaje
asiento
polea
chavete cojinete
tuerca corriente
Ejes
Polea giratoria libre
apoyos fijos del eje
Generalidades
Resistencia
Son
funciones de la geometría local, como los concentradores de esfuerzos y de la distribución de las fuerzas, además de las fallas por fatiga
Inercia
En
el diseño de un árbol de transmisión se ha de tener en cuenta que este no tenga demasiada inercia, pues, de manera similar a la masa en un movimiento rectilíneo, la inercia supone una oposición a las variaciones de su velocidad angular, acumulando energía cinética y variando su momento angular
Rapidez
Son
funciones de la geometría del árbol y de las deformaciones sufridas debido al estado de esfuerzos
Representación
Para los sistemas de conexión de estas piezas con otras, además de los chaveteros y de los pasadores, se emplean los perfiles nervados, con la ventaja de presentar una simetría perfecta y una capacidad de carga elevada.
El perfil de los dientes puede ser recto o envolventes .
La norma UNE-EN ISO 6413:1995 Dibujos técnicos. Representación de acanalados y entallados, recoge la representación simplificada de estos sistemas
Extremos de Ejes
por lo general
los ejes y árboles son elementos de revolución en su totalidad o en sus extremos o apoyos, donde se produce el giro relativo
Estos extremos están normalizados.
Existen dos tipos de extremos, cilíndricos y cónicos, según uno u otro tipo se designan de manera diferente
Diámetro de Ejes y Árboles Normalizados
Dado que
deben montarse en ellos elementos mecánicos, como rodamientos, cojinetes antifricción, etc., la medida no puede ser arbitraria.
El diámetro resistente obtenido se aproximará al valor inmediato superior normalizado
La Norma UNE 18-018 que concuerda con la DIN 114, determina los siguientes diámetros en mm: 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 70, 80, 90,100,110, 125, 140, 160, 180, 200, 220... hasta 500 mm.
Dimensiones
para los extremos de ejes cónicos
tabla de dimensiones DIN 1448
Designación
La designación de los extremos de los ejes se coloca con una lineal de referencia sobre el plano de despiece del eje o árbol
Las formas normalizadas para los extremos de los ejes pueden ser cilíndricas o cónica
extremos deje cónico DxL DIN 1448
extremo de eje cilíndrico DxL DIN 748
Poleas y correas
Generalidades
Polea
es una
maquina simple que sirve para transmitir una fuerza
Correas
son elementos
de transmisión de potencia, de constitución flexible, que se acoplan sobre poleas que son solidarias a ejes con el objeto de transmitir pares de giro.
Obejetivos:
Polea
Correas
transferir energía de un eje a otro en las máquinas de transmisión, como cadenas y engranajes.
reducir la magnitud de la fuerza necesaria para mover un peso .
Poleas trapeciales:
dan
buen funcionamiento a sus correas y están diseñadas con precisión para lograr la presión ideal en el eje y permitir el movimiento de la mejor manera.
Correas trapeciales:
elementos clásicos
para la transmisión con arrastre de fuerza de pares de giro.
Materiales y partes:
Poleas:
Hierro fundido, madera y aluminio.
Partes de una polea:
Eje: La porción fija en torno a la cual se inserta o se suspende la polea y que permite su giro libre
Llanta: La zona externa de la polea, por donde pasa la cuerda.
Cuerpo: diseñado para girar ante la acción de la fuerza, provista de brazos o nervios para facilitar su movimiento.
Cubo: agujero cilíndrico al que se acopla el eje
Designación:
formando parte de un sistema de transmisión, la polea gira libremente sobre su eje, se denomina "loca"
si la obra
es independientemente se denomina "simple" y mientras se encuentra reunida con otras formando un sistema recibe la denominación de «combinada» o «compuesta».
Dimensiones:
Es muy importante que los flancos de las poleas sean perfectamente lisos y no presenten señas visibles de maquinado.
lp: ancho primitivo
k: Altura mínima de la garganta sobre la línea primitiva
j: Profundidad mínima de la garganta sobre la línea primitiva.
e: Paso entre ejes de gargantas
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Correas:
generalmente hechas de gomas.
Partes de una correa:
Núcleo: constituido de una mezcla de cauchos especiales que le proporcionan a la correa una alta resistencia mecánica y una gran capacidad de flexión para un rango de temperatura de trabajo amplio
Tensores: mejoran la resistencia a tracción de las correas y evitar que se alarguen o deformen se incluyen estos elementos tensores, generalmente hechos de fibras sintéticas (poliéster o fibra de vidrio) que ofrecen una gran resistencia a la fatiga.
Recubrimiento: envolvente textil que recubre y protege a los demás elementos de la correa.
Designación:
las correas
son designadas por sus dimensiones físicas. Se designa primero por una letra que representa la
sección de la correa y luego por un número que indica la longitud nomina
a: ancho base superior
h:altura o espesor
ap: ancho primitivo
Representación convencional:
UNE 18006-93:
establece
medidas y tolerancias de fabricación de la sección y longitud de las correas trapeciales.
UNE 18164: 1985
especifica
las principales características dimensionales de las gargantas de las poleas para correas trapeciales clásicas y estrechas.
UNE 18007:1994
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Elementos de Unión
Ellos son:
Pasadores,lenguetas,chavetas, tornillos, tuercas, arandelas, pernos, guías
Designación
La norma a la que hace referencia, el diámetro nominal, la clase de tolerancia, la longitud nominal y material. Ejemplo: Pasador cilíndrico de acero no templado de diámetro nominal d=6 mm, de clase de tolerancia m6 y de longitud nominal l=30 mm, se designa: Pasador cilíndrico ISO 2338 – 6 m6 x 30 - St
Pasadores
Presenta una forma maciza cilíndrica, con o sin cabeza, cuyos extremos pueden ser: planos, cónicos y abombados, para facilitar la inserción en un orificio común a varias piezas, permitiendo su unión en una posición fija, así como un posicionamiento preciso
Tuerca de Seguridad
Es un tipo de sujetador que se usa para asegurar uniones atornilladas y resistir el aflojamiento bajo vibración y torque.
Tornillo Prisionero
Es un cilindro metálico o varilla roscada que tiene gravada la rosca en toda su longitud. Es decir, carece de una cabeza como ocurre con otros tornillos.
Materiales
Se emplean distintos tipos de materiales en función de la aplicación a la que vayan dirigidos.
Los materiales más comunes son:
Acero de bajo o medio contenido en carbono. Acero de alto contenido en carbono tratado térmicamente. Acero inoxidable austenítico y martensítico. Latón.
Dimensiones y características generales
Están descritos en las normas ANSI Standard B18.8.2 y Militar Standard MS-16555 y MS-16556, así como demás normativas específicas de cada país.
Ruedas dentadas:
Clases de ruedas:
cilíndricas o de dientes rectos:
generan cargas de reacción radiales en el eje y transmiten la potencia a través de ejes paralelos, suele emplearse para velocidades pequeñas y medias
cilíndricas de dientes helicoidales:
su dentado es oblicuo en relación al eje de rotación y trasladan mayor movimiento y a más velocidad que los engranajes cilíndricos rectos.
doble helicoidales o de espina:
helicoidales cruzados:
realizan un movimiento de cuña o de tornillo, lo que da lugar a un alto grado de deslizamiento en los flancos del diente.
cónicas de dientes rectos:
transmiten el movimiento de ejes que se cortan en un mismo plano, los dientes convergen en la intersección de los ejes
cónicas de dientes helicoidales:
su superficie de contacto es más grande, pueden transmitir el movimiento de ejes que se corten y se usan para rebajar la velocidad en ejes de 90 grados.
cónicas hipoides
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combinan la hélice derecha a izquierda. Eliminan el empuje axial, lo que provoca que cojinetes y apoyos ya no tengan que absorberlo.
de ejes perpendiculares:
de ejes paralelos:
Materiales:
acero
sometido a un tratamiento de templado es uno de los materiales más comunes para los distintos tipos de engranajes
Otros materiales:
aleaciones a base de cobre
aleaciones de aluminio fundidas o forjadas
hierro fundido o fundición gris
Representación convencional:
UNE-EN ISO 2203:1998
establece para ruedas dentadas:
representación de la orientación de los dientes del engranaje
representación de los dientes de engranajes
representación de rueda dentada por sección
Designación:
diámetro primitivo (Dp)
diámetro exterior (De)
diámetro interior (Di)
paso circular (P)
numero de dientes (z):
módulo (m)
altura del diente (h):
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conocidas también como engranajes
son un
mecanismo utilizado para transmitir potencia de un componente a otro dentro de una máquina.
Partes:
flancos
pie
cabeza
circunferencia de pie
circunferencia de cabeza
circunferencia primitiva
Seguridad contra desplazamiento y guía
Consiste en impedir el desplazamiento axial de las piezas montadas sobre árboles o ejes y de estos respectos a sus soportes.
estos elementos son:
Anillos de retención
Son aros que se fijan por medio de un tornillo prisionero a ejes y árboles, sirven para situar en posición fija las piezas que se montan sobre ellos. Es recogido por la Norma DIN 705.
Arandelas de seguridad o arandelas de retención
Elemento elástico que se introduce en una ranura circular que se practica en el eje. Están reguladas por las Normas DIN 6799 y UNE 17078. Se designan como Arandela de retención (Diámetro) UNE 17078.
Placas de fijación
Se realiza por medio de tornillos que las unen al bastidor del mecanismo, después de ser introducidas en la ranura transversal que lleva el eje
Anillos elásticos de seguridad
Se emplean como elementos de retención axial, tanto para ejes (UNE 26-074 o DIN 471) como para agujeros (UNE 26-075 o DIN 472). No son adecuados para absorber fuertes cargas axiales por lo que en caso de ser necesario serán resaltes practicados en árboles o alojamientos los que absorben dichas cargas.
Rodamiento
Son una de las piezas de maquinaria más utilizadas, ya que su movimiento giratorio facilita todos los movimientos y además ayuda a reducir la fricción entre los distintos elementos móviles.
Designación
La designación básica contiene entre tres y cinco dígitos.. Las combinaciones de números y letras tienen el siguiente significado
El primer dígito, letra o combinación de letras identifica el tipo de rodamiento y alguna posible versión básica.
Los siguientes dos dígitos identifican la serie de dimensiones ISO. El primer dígito indica la serie de ancho o altura (dimensiones B, T o H). El segundo dígito identifica la serie de diámetro (dimensión D)
Los últimos dos dígitos de la designación básica identifican el código de tamaño del agujero del rodamiento. El código de tamaño multiplicado por 5 da como resultado el diámetro del agujero (d) en mm.
Representación convencional
1º. Se dibujará a la escala del dibujo el contorno aparente.
2º. Se inscribirá en este contorno los signos correspondientes según el rodamiento a representar.
3º. Se indicará mediante leyenda la característica del rodamiento
Funciones principales:
Transfieren el movimiento, es decir, apoyan y guían componentes que giran entre sí
Transmiten fuerzas
Tipos:
Rodamientos de aguja de empuje
Capaces de soportar cargas axiales muy pesadas.
Rodamientos de una hilera de bolas con contacto angular:
Capacidad de soportar cargas radiales y axiales de gran envergadura.
Rodamientos axiales de bolas de simple efecto:
Basado en una hilera de bolas situada entre dos aros donde uno está sujeto al eje. Su capacidad se limita a la de carga axial en una dirección
Rodamientos de rodillos cilíndricos
de agujas:
Basados en hileras de rodillos guiados por pestañas
Rodamientos de rodillos a rótula:
Consta de un par de hileras de rodillos con camino esférico común en el aro exterior siendo así de alineación automática.
Rodamientos de agujas:
Hechos con rodillos cilíndricos delgados y largos perfectamente funcionales para operar en espacios limitados.
Rodamientos de bolas a rótula:
Hecho con dos hileras de bolas apoyadas en un soporte esférico. Se someten a baja fricción y por lo tanto se calientan poco.
Rodamientos de rodillos cónicos:
Su diseño está basado para que resistan cargas radiales y axiales a la vez. Su posición es oblicua
Rodamientos rígidos de bolas:
Fáciles de diseñar e indivisibles , este tipo de rodamientos tiene una gran variedad de aplicaciones
Partes:
Una jaula:
Estructura que mantiene separados los elementos de rodadura y las guías. Elemento responsable de mantener los elementos de rodadura separados y guiados. Entre los materiales utilizados encontramos acero, latón y plástico
Elementos de rodadura en forma de rodillos o bolas:
Pueden ser bolas, rodillos, conos, esferas o agujas. En general, suelen fabricarse con una aleación de acero al cromo de gran pureza. También suelen utilizarse materiales especiales tales como cerámica y plásticos.
Dos anillos o discos con caminos de rodadura:
El anillo interior y el anillo exterior se fabrican generalmente a partir de una aleación especial de acero al cromo de gran pureza. Este material tiene la dureza y la pureza necesarias. Ambos factores son importantes para conseguir un elevado índice de carga y a prolongada vida útil.
Clasificación según función cinemática:
Rodamientos para cargas radiales:
Pueden soportar cargas dirigidas en la dirección perpendicular al eje de rotación
Rodamientos para cargas mixtas:
Pueden soportar esfuerzos axiales radiales o ambos combinados
Rodamientos para cargas axiales:
Pueden soportar cargas que actúen únicamente en la dirección del eje de rotación. Pueden ser rodamientos de simple efecto, que pueden recibir cargas axiales en un sentido, y rodamientos de doble efecto, que pueden recibir cargas axiales en ambos sentidos
Chavetas y lengüetas
¿Qué son?
Lengüetas
son
prismas de acero de sección rectangular pero con las caras paralelas. La diferencia con las anteriores es que mientras que una chaveta sirve para poder transmitir un giro a la vez que inmoviliza axialmente las piezas unidas, la lengüeta si que permite ese desplazamiento axial
Chavetas
son
son prismas de acero de sección rectangular ligeramente inclinadas que se alojan dentro de los chaveteros, vistos en el apartado de representación de elementos normalizados
Generalidades
son
órganos mecánicos destinados a la unión de piezas que deben girar solidarias con un árbol para transmitir un par motriz
(volantes, poleas, ruedas dentadas, etc.)
permitiendo, a su vez, un fácil montaje y desmontaje de las piezas.
Diferencias
Chaveta
actúa en forma de cuña, logrando una fuerte unión entre las piezas, tanto respecto a la rotación como a la traslación, por la presión que ejercen las caras superior e inferior de la chaveta; sin embargo, pueden presentar el problema de originar una ligera excentricidad entre las piezas; además, no se pueden utilizar en caso de árboles cónicos
es de sección rectangular ligeramente inclinado que se aloja dentro de los chaveteros
se produce un enchavetado forzado, tanto cuando se da la rotación o traslación
Lengüeta
es de caras paralelas y ajusta lateralmente, pero sin ejercer presión radial, permitiendo en determinados casos el desplazamiento axial entre las piezas
es de sección rectangular pero con las caras paralelas
al permitir el desplazamiento axial del eje se produce un enchavetado libre
La diferencia entre chaveta y lengüeta radica en su forma de ajustar
Formas
Chaveta
son prismas de acero de sección rectangular ligeramente inclinadas que se alojan dentro de los chaveteros
Lengüeta
prismas de acero de sección rectangular pero con las caras paralelas
Trabajo
Chaveta
se utiliza para hacer solidario un elemento del conjunto y un eje para que giren a la vez. se utiliza en vez de los pasadores cuando los pares motores a transmitir son de cierta consideración
ejemplo
de mecanismos que tienen insertada una chaveta, son los ejes de motores eléctricos y la polea que llevan acoplada; los engranajes que no son excéntricos también llevan insertada una chaveta que los fija al eje donde se acoplan
Lengüeta
se utiliza para hacer solidaria una pieza sobre un árbol motriz, pero en ese caso dependiendo del ajuste adoptado entre la lengüeta y el chavetero practicado en la pieza puede existir la posibilidad de desplazamiento axial de la pieza sobre el árbol
Materiales
por lo general
las lengüetas y chavetas están fabricados en acero
Representación
Chavetas
Se denomina chavetero al hueco que se mecaniza en piezas que se van a acoplar entre sí. En dicho hueco se inserta una chaveta para que una vez montadas las piezas evitar que se produzcan deslizamientos de una pieza sobre la otra.
La norma UNE-EN ISO 6413:1995
lengüetas
Están normalizadas según
Norma DIN 6885
Dimensiones
Chavetas
con cabeza
se reflejan en la norma DIN 6887
sin cabeza
se reflejan en la norma DIN 6886
Tangenciales
se reflejan en la norma DIN 268
DIN 6889
Lengüetas
Redondas
se reflejan en la norma DIN 6888
DIN 6885
están normalizadas y sus dimensiones dependen del diámetro del árbol correspondiente, tipo de chaveta o lengüeta, anchura, altura, longitud y norma que la define
Designación
en general
incluye los siguientes datos, indicados por este orden: tipo de chaveta o lengüeta, anchura (b), altura (h), longitud (L) y norma que la define
por ejemplo
designación de una chaveta de caras paralelas de anchura b=12 mm., altura h=8 mm. y longitud L=40 mm.
Chaveta de caras paralelas 12x8x40 DIN6885
Cheveretos en árbol y en cubo
Chaveteros en árbol
ranuras mecanizadas axialmente en superficies de arboles (ejes) o agujeros con el fin de asegurar una transmisión de giro
El tallado del chavetero en el eje, reduce su resistencia y rigidez en una magnitud que depende de la forma y tamaño del chavetero
Chaveteros en cubo
la chaveta mas simple geométricamente, es la sección cuadrada, que se coloca una mitad en el eje y la otra mitad en el cubo
Chavetero
definición
El hueco que se mecaniza en las piezas acopladas para insertar las chavetas se llama chavetero
Eliana Ramos.
Exp: III-202-00011
Jesús Álvarez.
Exp: III-201-00079
María F. García.
Exp: III-192-00045