acoplamientos

UNIVERSIDAD NACINAL DE CORDOBA FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS, FISICAS Y NATURALES DEPARTAMENTO MAQUINAS MECANISMOS Y ELEMENTOS DE MAQUINAS

ACOPLAMIENTOS

ACOPLAMIENTOS MECANICOS

Podemos clasificarlos según la naturaleza de los elementos a unir:

A) Unión entre árboles y cubos (Movimiento de Rotación)B) Unión entre vástagos (Movimientos de traslación)C) Unión entre árboles

Básicamente en este apunte se hace hincapié en el punto A) “Unión entre árboles y cubos”.

Unión entre árboles y cubosLos hay de tren tipos diferentes:

1- Por rozamiento2- Por cierre de forma3- Por cierre de forma con tensión inicial

Por Rozamiento

La fuerza de adherencia F A (resistencia al deslizamiento angular o longitudinal del cubo respecto al árbol), que es igual a la suma de las fuerzas de rozamiento ∑ P . μ ha de ser mayor a la fuerza tangencial U que se ha de trasmitir por el árbol.

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F A=∑ P . μ≥U=2.M t

d

En el caso de una presión superficial P uniformemente distribuida sobre la periferia resulta:

F A=∑ P . μ=π .d .L . p . μ

Recordando que τ t=M t

W t

, siendo W t¿π .d 3

16 para ejes macizos, se tendrá entonces la

condición necesaria Ld≥18dμ

τ tp

Esta forma de unión se puede lograr mediante:

Calentamiento del Cubo (ajuste por contracción)Generalmente se realiza desde 100°C hasta 700°C en los aceros. El peligro de la

“deformación” del cubo aumenta con la temperatura.

Enfriamiento del árbol (ajuste por dilatación)Las temperaturas utilizadas para contraer el eje van desde los -70°C con hielo seco

a -197°C con aire líquido. (Con peligros de explosión y daños por congelamiento).

Otros tipos de uniones por rozamiento se ver en las figuras siguientes:

a) Unión aprisionada con cubo hendido, b) Con cubo partido, c) Con chaveta cóncava, d) Ajuste apretado, e) Asiento cónico con casquillo cónico, f) Asiento cónico

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Por Cierre de Forma (por arrastre)

Existen diversos tipos de uniones por cierre de forma; aquí se ejemplifican los más utilizados en la industria mecánica:

a) Pasador inclinado, b) chaveta lenticular, c) chaveta de ajuste embutida, d) chaveta deslizante, e) perfil de ranuras múltiples, f) perfil dentado, g) perfil K

Pasadores longitudinales y transversalesSon baratos y adecuados para trasmitir pequeños momentos de torsión

ChavetasEs la unión que se emplea con más frecuencia cuando se trata de cubos sometidos a momentos de torsión en un solo sentido. Además se utiliza como chaveta deslizante en cubos móviles en sentido longitudinal y también como seguro de posición en algunas uniones aprisionadas y asientos cónicos. La chaveta es apenas más económica de montaje y fabricación que la cuña, pero no somete al cubo a tracción en el sentido radial, y su montaje exige menos esfuerzos. Las chavetas lenticulares o Woodruff son las más económicas y se emplean especialmente en máquinas herramientas y automóviles, para pequeños momentos de torsión.

Perfil dentadoMediante el dentado con finas entallas, se debilitan los árboles y los cubos todavía menos que con el perfil de ranuras múltiples. Además la presión se reduce bastante.

Perfil K

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Se utilizan para trasmitir grandes momentos torsores, y tienen la particularidad de que son relativamente más fáciles de fabricar que un perfil de ranuras múltiples, además de tener un perfil sin concentraciones de tensión.

Por Cierre de Forma con tensión inicial

a) Chaveta cónica o clavija, b) chaveta lenticular o woodruff, c) chaveta embutida, d) chaveta de cuña con cabeza o sin cabeza, e) chavetas tangenciales

Estas uniones reúnen las ventajas del cierre de forma con la unión por rozamiento (tensión inicial). Pertenecen a ellas, en primer lugar, todas las uniones por cierre de forma del tipo chaveta; luego, las uniones por presión con cierre adicional de forma, por ejemplo, asiento cónico con chaveta adicional de ajuste y, por último, las uniones por cierre de forma con tensión previa adicional

Uniones con cierre de forma con chavetaAl encajar la chaveta, se comprimen entre sí la chaveta, el cubo y el árbol, de modo que puede trasmitirse por rozamiento un momento de torsión. Se trasmite adicionalmente un momento torsor por medio de la unión por cierre de forma entre chaveta y chavetero. La chaveta tiene forma generalmente de cuña de 1:100. El ajuste entre el cubo y el árbol debe ser lo más justo posible, para que el cubo no se tuerza al introducir la chaveta. Otro tipo de chaveta es la llamada lenticular o Woodruff.En el caso de las chavetas tangenciales, éstas hacen posible la única unión por chaveta en la cual el cubo y el árbol están tensados también tangencialmente, de modo que se trasmiten los momentos de torsión con sacudidas en ambos sentidos de giro, cuando se tensan previamente.

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lh

b

h/2h/2


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Práctico de chavetas cuña, DIN 6886

Como vemos en el dibujo, la chaveta está sometida a esfuerzos de corte y de compresión

El esfuerzo de corte es resistido por la superficie b . l,

y el esfuerzo de aplastamiento es resistido por la superficie h2. l

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FtFt

Ft

Ft

Ft

Ft


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Resolución de problemas

Dados el diámetro del árbol, la velocidad angular, la fuerza a ser trasmitida y los materiales de la chaveta, cubo y árbol, se recurre a la tabla de la norma DIN 6886 y se obtiene el ancho “b” y el alto “h” de la chaveta, calculándose el largo por corte y el largo por aplastamiento, y tomando el largo mayor obtenido.

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Diámetro del Eje

Tabla DIN 6886

b h

Ft Material Cubo, Eje, Chaveta

Cálculo por aplastamiento (del más blando)

Ft Material Chaveta

Cálculo por corte (de la chaveta)

l

lap lc


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Ejemplo de aplicación

Datos: Calcular: Dimensiones de la chaveta para trasmitir dicha potencia

N=6000 [W]n=2200 [rpm]fs=5r=16 [mm]σ aplcubo=108 [Pa ]σ aplarbol=2 x108 [Pa]σ aplchav=3x 108[Pa]τ ccubo=0,5 x 108 [Pa]τ carbol=1,5 x 108 [Pa]τ cchav=6,5 x107 [Pa ]

1) Con “2r” ingreso a la tabla DIN 6886 y obtengo h=8[mm] y b=10[mm]

2) Calculo Ft; F t=30.Nπ .n . r

; Ft = 1627,7 [N]

3) Calculo l por aplastamiento; lapl=2. F th .σapl

; lapl = 4,1 [mm] (Se toma el menor valor de

σ apl ya que no se debe aplastar ningún material)

4) Calculo l por corte; lcorte=F t

b . τ corte ; lcorte = 2,5 [mm] (Se toma el valor de τ corte el de la

chaveta, ya que no se debe cortar.)5) Elijo la mayor longitud obtenida (l=4,1 [mm]); adopto l=5[mm]

6) Las dimensiones son : b=10[mm]; h=8[mm]; l=5[mm]

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TABLA DIN 6886

Diámetro árbol (d) b hDesde Hasta10 12 4 412 17 5 517 22 6 622 30 8 730 38 10 838 44 12 844 50 14 950 58 16 1058 65 18 1165 75 20 1275 85 22 1485 95 25 1495 110 28 16110 130 32 18130 150 36 20150 170 40 22170 200 45 25

Dimensiones en [mm]

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