MECANICA INDUSTRIAL I “Diseño de ejes”

PROF. ELIAS ALVARADO Apara su investigación individual

Introducción

• Durante su funcionamiento se producen en el eje distintos tipos de fuerzas.

• Geometría del eje -áreas críticas • Elabora un esquema:

Variación de la dimensión que puedan tener,

El cambio de diámetro para tener escalones, ranuras, cuñeros u orificios.

Elementos acoplados como los cojinetes, los acoplamientos, los engranes , las catarinas.

Eje escalonado

Las fuerzas que actúan sobre un Eje, Flecha o Árbol pueden ser:

Radial Radial

Axial

Radial: En el sentido del radio.Axial: En el sentido del eje geométrico de la barra. Combinada: Se compone de fuerzas radiales y axiales.

Diferencia entre Ejes, Árboles, Flechas y Cojinetes

Son términos que se aplican a barras cilíndricas de acero, con movimiento de rotación y soportadas, en dos o más puntos, por los cojinetes.

• Eje: Cargados transversalmente y sujetos a esfuerzos de flexión, para acople de piezas giratorias.

• Flecha: Sujeta a esfuerzos de torsión y flexión. Se usan para transmitir movimiento de rotación a distancias relativamente cortas.

• Árbol: Similares a las Flechas, pero de mayor diámetro.

1.- Fuerzas que ejercen elementos de maquinas sobre flechas o ejes

• El análisis de esfuerzos combinados: momentos flexionantes y esfuerzos torsionales.

• Teoría por falla por energía de distorsión.

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

1.1 Ruedas dentadas

1.1.1 Engranes rectos

1.1.2 Engranes helicoidales

1.1.1 Engranes rectos

Lo más cómodo es calcular la fuerza tangencial, Wt, en forma directa con el par torsional conocido que va a transmitir el engrane.

• Par torsional

T = 63000 (P)/ n

Engranes rectos

Fuerzas sobre los dientes de un engrane impulsado.

Fuerza tangencial

Wt =T/ (D/2)

Donde:

P = potencia que se transmite, HP

n = velocidad de giro, rpm

T = par torsional sobre el engrane, lb-pulg

D =diámetro de paso del engrane, pulg

El ángulo entre la fuerza total y la componente tangencial es igual al ángulo de presión, ф, del perfil del diente.

Fuerzas radiales

Wr = Wt tan ф

Y no es necesario calcular la fuerza normal. Para los engranes, le ángulo de presión típico es de 14.5º, 20º o 25º.

Direcciones de fuerza sobre engranes rectos engranados

• Acción: El impulsor empuja al engrane impulsado.

Wt: Actúa hacia la izquierda

Wr: Actúa hacia abajo

• Reacción: El engrane impulsado regresa el empuje al impulsor.

Wt: Actúa hacia la derecha

Wr: Actúa hacia arriba

1.1.2 Engranes helicoidales

Además de las fuerzas tangenciales y radiales que se producen en los engranes rectos, en los engranes helicoidales se produce una fuerza axial.

• Par tangencial

T = 63000 (P)/ n

Fig, Engrane helicoidal

• Fuerza tangencial

Wt =T/ (D/2)

• Fuerza radial

Wr = Wt tan Φn / cos ψ

• Fuerza axial

Wx = Wt tan ψ

Fig. 9 fuerzas sobre un engrane helicoidal