Chavetas o cuñasLas cuñas se usan en el ensamble de partes de maquinas para asegurarlascontra su movimiento relativo, por lo general rotatorio, como es el caso entre flechas,cigüeñales, volantes, etc.  Aun cuando los engranajes, las poleas, etc., estánmontados con un ajuste de interferencia, es aconsejable usar una cuña diseñadapara transmitir el momento torsionante  total.Cuando las fuerzas relativas no son grandes, se emplea una cuña redonda,una cuña de silleta o una cuña plana. Para trabajo pesado son más adecuadas lascuñas rectangulares.CuñasUna cuña es un elemento de maquina que se coloca en la interfase del eje y lamasa de una pieza que transmite potencia con el fin d transmitir torque.  La cuña esdesmontable para facilitar el ensamble y desarmado del sistema de eje. Se instaladentro de una ranura axial que se maquina en el eje, la cual se denomina cuñero. Auna ranura similar en la maza de la pieza que transmite potencia se le da el nombrede asiento de cuña, si bien. Propiamente es también un cuñero.La cuña también puede definirse como una máquina simple de madera ometal terminada en ángulo diedro muy agudo.  Sirve para hender o dividir cuerpossólidos, para ajustar o apretar uno con otro, para calzarlos  o para llenar alguna rajao hueco.  Actúa como un plano inclinado móvil.  El filo de un hacha es, en realidad,una cuña afilada.  Tal como lo haría una rampa, permite desplazar un peso conmayo facilidad.Tipos de Chavetas o cuñas.Cuñas paralelas cuadradas y rectangulares.El tipo mas común de las cuñas para ejes de hasta 6 ½” de diámetro es la cuñacuadrada.  La cuña rectangular se sugiere para ejes largos y se utiliza en ejes cortosdonde puede tolerarse una menor altura.   Tanto la cuña cuadrada como larectangular se denominan cuñas paralelas porque la parte superior, la inferior y loslados de la cuña son todos paralelos.Los cuñeros y la maza en el eje se diseñan de tal manera que exactamente lamitad de la altura de la cuña se apoye en el lado del cuñero del eje,  y la otra mitaden el lado del cuñero de la maza.

El ancho de la cuña cuadrada es o plana es generalmente una cuarta parte deldiámetro del eje.  Estas cuñas pueden ser rectas o ahusadas aproximadamente 1/8”por pie.  Cuando es necesario tener movimiento axial relativo entre el eje y la parteacoplada se usan cuñas y ranuras.  Existen normas ASME y ASA  para losdimensionamientos  de la cuña y de la ranura.Cuñas de WoodruffUna cuña Woodruff es un segmento de disco plano con un fondo que puede serplano o redondeado. Se le especifica siempre mediante un numero, cuyo dos últimosdígitos indican el diámetro nominal en octavos de pulgadas, mientras que los dígitosque preceden a los últimos dan el ancho nominal en treintaidosavos de pulgada.Figura 1. Corte transversal de eje con cuña WoodruffFigura 2. Ensamble de un eje con pasador y una chaveta WoodruffCuñas ahusadas y cuñas de cabezaLas cuñas ahusadas están diseñadas para insertarse desde el extremo del ejedespués que la maza está en su sitio en lugar de instalar la cuña primero y despuésdeslizar la maza sobre la cuña, como sucede en las cuñas paralelas.  El ahusado seextiende, cuando menos, a lo largo de la longitud de la maza y la altura medida

desde el extremo de la maza es la misma que para la cuña paralelo. Por lo generalel ahuesado es de 1/8” por pie.La cuña o chaveta de cabeza tiene una geometría ahusada dentro de la mazaque es la misma que la cuña ahusada simple.  Pero la cabeza alargada permiteextraer la cuña desde el mismo extremo en que se instaló.  Esto es muy deseable siel extremo expuesto no está accesible para extraer la cuña.Donde se desean ensamble y desarmado relativamente sencillos así como unacarga ligera debe considerarse una cuña Woodruff.  La ranura circular en el ejemantiene la cuña en su sitio en tanto la pieza que embona se desliza sobre la cuña.La cuña cuadrada y la cuña Pratt & Whitney son las mas utilizadas en diseñode maquinas.  La cuña de cabeza acodada se diseña dé modo que la cabezapermanezca fuera del mamelón para permitir que una clavija pueda impulsarla pararemover la cuña.Selección e instalación de cuñas y cuñerosLa cuña y el cuñero para una aplicación específica casi siempre se diseñandespués que se ha especificado el diámetro del eje.  Por lo general la longitud de lacuña se especifica como una parte sustancial de la longitud de la maza de la piezaque se instala para dar margen a una alineación satisfactoria y una operaciónestable.  Pero si el cuñero en el eje debe estar cerca de otros cambios geométricoscomo chaflanes de los hombros y ranuras para anillos de sujeción, es importanteprever cierto espaciamiento axial entre ellos de manera que las concentraciones detensión no se multipliquen.  La cuña puede cortarse a escuadras en los extremos, obien, se le asigna un radio en cada extremo cuando se instala en un cuñero de perfilpara mejorar su ubicación.  Las cuñas que se cortan a escuadra se utilizan, por logeneral, con el tipo de cuñero de corredera deslizable.En ocasiones la cuña se mantiene en su sitio mediante un tornillo de ajuste enla maza sobre la cuña.  Sin embargo, la confiabilidad de este método es cuestionabledebido a la posibilidad de que el tornillo de ajuste presente retroceso con laconsecuente vibración del ensamble.  Es necesario prever la ubicación axial delensamble por medios más positivos como hombros, anillos de sujeción o separadores.Las chavetas Kennedy se fabrican generalmente en forma de cuña y seaprietan en posición de montaje.  Son adecuadas para trabajo muy pesado.  Laschavetas woodruff se emplean mucho en las industrias de vehículos automóviles y delas máquinas herramientas.Para construcción de alta calidad y en casos en que es necesario elmovimiento axial entre eje y cubo de acoplamiento, se evita la rotación relativamediante estrías mecanizadas en el eje y el cubo.  Un tipo de estrías utiliza como directriz la curva involuta.  El estriado del eje puede realizarse mediante un procesode fresado similar al utilizado en el tallado de engranajes.Materiales de fabricación de cuñasLas cuñas se fabrican en su mayoría, de acero extruído en frío a bajo carbono.Si el acero a bajo carbón no es lo suficientemente resistente, puede emplearse acerocon un contenido mas alto de carbón, también del tipo extruído en frío.  Los aceros alos que se les da tratamiento térmico pueden utilizarse para obtener una resistenciaaun mayor.  No obstante, el material debe conservar una buena ductilidad como loindica un valor de elongación porcentual mayor del 10% aproximadamente, enparticular cuando es probable que se presenten cargas de choque o de impacto.

POLEAS

Las poleas son ruedas que tienen el perímetro exterior diseñado especialmente para facilitar el contacto con cuerdas o correas.

En toda polea se distinguen tres partes: cuerpo, cubo y garganta.

El cuerpo es el elemento que une el cubo con la garganta. En algunos tipos de poleas está formado por radios o aspas para reducir peso y facilitar la ventilación de las máquinas en las que se instalan.

El cubo es la parte central que comprende el agujero, permite aumentar el grosor de la polea para aumentar su estabilidad sobre el eje. Suele incluir un chavetero que facilita la unión de la polea con el eje o árbol (para que ambos giren solidarios).

La garganta (o canal ) es la parte que entra en contacto con la cuerda o la correa y está especialmente diseñada para conseguir el mayor agarre posible. La parte más profunda recibe el nombre de llanta. Puede adoptar distintas formas (plana, semicircular, triangular...) pero la más empleada hoy día es la trapezoidal.Las poleas empleadas para tracción y elevación de cargas tienen el perímetro acanalado en forma de semicírculo (para alojar cuerdas), mientras que las empleadas para la transmisión de movimientos entre ejes suelen tenerlo trapezoidal o plano (en automoción también se emplean correas estriadas y dentadas)

Básicamente la polea se utiliza para dos fines: cambiar la dirección de una fuerza mediante cuerdas o transmitir un movimiento giratorio de un eje a otro mediantecorreas.

En el primer caso tenemos una polea de cable  que puede emplearse bajo la forma de polea fija, polea móvil o polipasto. Su utilidad se centra en la elevación de cargas (pastecas, grúas, ascensores...), cierre de cortinas, movimiento de puertas automáticas, etc.

En el segundo caso tenemos una polea de correa que es de mucha utilidad para acoplar motores eléctricos a otras máquinas (compresores, taladros, ventiladores, generadores eléctricos, sierras...) pues permite trasladar un movimiento giratorio de un eje a otro. Con este tipo de poleas se construyen mecanismos

como elmultiplicador de velocidad, la caja de velocidad y el tren de poleas.

La polea de cable es un tipo de polea cuya garganta (canal) ha sido diseñada expresamente para facilitar su contacto con cuerdas, por tanto suele tener forma semicircular. La misión de la cuerda (cable) es transmitir una potencia (un movimiento o una fuerza) entre sus extremos.

El mecanismo resultante de la unión de una polea de cable con una cuerda se denomina aparejo de poleas.

Esta polea podemos encontrarla bajo dos formas básicas: como polea simple y como polea de gancho.

Polea simple 

Una polea simple es, básicamente, una polea que está unida a otro operador a través del propio eje. Siempre va acompañada, al menos, de un soporte y un eje.

El soporte es el que aguanta todo el conjunto y lo mantiene en una posición fija en el espacio. Forma parte del otro operador al que se quiere mantener unida la polea (pared, puerta del automóvil, carcasa del video...).

El eje cumple una doble función: eje de giro de la polea y sistema de fijación de la polea al soporte (suele ser un tirafondo, un tornillo o un remache).

Además, para mejorar el funcionamiento del conjunto, se le puede añadir un casquillo de longitud ligeramente superior al grueso de la polea (para facilitar el giro de la polea) y varias arandelas (para mejorar la fijación y el giro). También es normal que la polea vaya dotada de un cojinete para reducir el rozamiento.

En el aula-taller podemos construir estas poleas en madera siguiendo el plano de conjunto siguiente:

Polea de gancho 

La polea de gancho es una variación de la polea simple consistente en sustituir el soporte por una armadura a la que se le añade un gancho; el resto de los elementos básicos (eje, polea y demás accesorios) son similares a la anterior.

El gancho es un elemento que facilita la conexión de la "polea de gancho" con otros operadores mediante una unión rápida y segura. En algunos casos se sustituye el gancho por un tornillo o un tirafondo.

Utilidad

El aparejo de poleas (combinación de poleas de cable y cuerda) se emplea bajo la forma de polea fija, polea movil o polipasto:

La polea fija de cable se caracteríza porque su eje se mantiene en una posición fija en el espacio evitando su desplazamiento. Debido a que no tiene ganancia mecánica su única utilidad práctica se centra en:o Reducir el rozamiento del

cable en los cambios de dirección (aumentando así su vida util y reduciendo las pérdidas de energía por rozamiento)o Cambiar la dirección de

aplicación de una fuerza.

Se encuentra en mecanismos para el accionamiento de puertas automáticas, sistemas de elevación de cristales de automóviles, ascensores, tendales, poleas de elevación de cargas... y combinadas con poleas móviles formando polipastos.

La polea movil de cable es aquella que va unida a la carga y se desplaza con ella. Debido a que es un mecanismo que tiene ganancia mecánica (para vencer una resistencia "R" es necesario aplicar solamente una potencia "P" ligeramente superior a la mitad de su valor "P>R/2") se emplea en el movimiento de cargas, aunque no de forma aislada, sino formando parte de polipastos.

El polipasto es una combinación de poleas fijas y moviles. Debido a que tiene ganancia mecánica su principal utilidad se centra en la elevación o

movimiento de cargas. La podemos encontrar en grúas, ascensores, montacargas, tensores...

La polea de correa trabaja necesariamente como polea fija y, al menos, se une a otra por medio de una correa, que no es otra cosa que un anillo flexible cerrado que abraza ambas poleas.

Este tipo de poleas tiene que evitar el deslizamiento de la correa sobre ellas, pues la transmisión de potencia que proporcionan depende directamente de ello. Esto obliga a que la forma de la garganta se adapte necesariamente a la de la sección de la correa empleada.

Básicamente se emplean dos tipos de correas: planas y trapezoidales.

Las correas planas exigen poleas con el perímetro ligeramente bombeado o acanalado, siendo las primeras las más empleadas.

En algunas aplicaciones especiales también se emplean correas estriadas y de sincronización que exigen la utilización de sus

correspondientes poleas.

Las correas trapezoidales son las más empleadas existiendo una gran variedad de tamaños y formas. Su funcionamiento se basa en el efecto cuña que aparece entre la correa y la polea (a mayor presión mayor será la penetración de la correa en la polea y, por tanto, mayor la fuerza de agarre entre ambas). Esto obliga a que la correa no apoye directamente sobre la llanta de la garganta, sino solamente sobre las paredes laterales en forma de "V".

Utilidad

Su utilidad se centra en la transmisión de movimiento giratorio entre dos ejes distantes; permitiendo aumentar, disminuir o mantener la velocidad de giro, mientras mantiene o invierte el sentido.

La podemos encontrar en lavadoras, ventiladores, lavaplatos, pulidoras, videos, multicultores, cortadores de carne, taladros, generadores de electricidad, cortadoras de cesped, transmisiones de motores, compresores, tornos... en forma de multiplicador de velocidad, caja de velocidades o tren de poleas.