ejes flechas y_componentes

NIVELACION Verano 2015Diseño de Elementos de

Maquinas I – VII Ciclo

EJES, FLECHAS Y SUS

COMPONENTESDr. Jorge Olortegui-Yume, Ph.D.

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Escuela de Ingeniería Mecánica

Universidad Nacional de Trujillo

Diseño de Elementos de Maquinas IDr. Jorge Olortegui-Yume, Ph.D

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INTRODUCCIONEJES Y FLECHAS EJES

EJE NO GIRATORIO EJE GIRATORIO = FLECHA

• No transmite par de torsión

• Sostiene:

• Ruedas rotatorias

• poleas, etc.

• Facil de diseñar (viga estatica)

• Transmite potencia (par torsor) o

movimiento

• Sección circular normalmente

• Eje de rotación para:

• Engranes

• Poleas

• Volantes

• Manivelas

• Catarinas

Flecha controla estos movimientos

• Diseño de cuidado (viga en fatiga)


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INTRODUCCIONNOTA DEL PROCESO DE DISEÑO DE EJES Y FLECHAS

ANALISIS DE

ESFUERZOS

ANALISIS DE

DEFLEXIONES

Depende de

Geometría local del

eje en áreas criticas

CONSIDERACIONES

GENERALES

Modelado

simplificado

Geometría detallada de

todas la partes del eje


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MATERIALES PARA FABRICAR EJESDEFLEXION O RESISTENCIA

MATERIAL PARA EJES

Resistencia a la DEFLEXION Resistencia al ESFUERZO

• “E” es importante

• “E = 200 GPa” es constante

para todos los aceros

• Deflexion INCONTROLABLE

con material

• Deflexion CONTROLADO por

geometria

• “Sut o Sy” necesaria p’ soportar

sus esfuerzos

• “Sut o Sy” se usa para escoger

materiales y tratamientos

• En general ejes hechos de acero:

• De bajo carbono

• Estirado en frio

• Laminado en caliente

ANSI 1020-1050


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MATERIALES PARA FABRICAR EJESDEFLEXION O RESISTENCIA

MATERIAL PARA EJES SOMETIDOS A FATIGA

INCREMENTAR LA

RESISTENCIA

SEGUIR ALGORITMO

ITERATIVO

• Solo funciona hasta cierto

punto

• Consideración de Sut y

sensibilidad a la muesca

Usar acero de bajo/medio C barato para cálculos

de diseño: RESISTENCIA Y DEFLEXION

Si RESISTENCIA > DEFLEXION

Usar material con MAYOR RESISTENCIA

PROBAR disminuyendo geometría hasta que

DEFLEXIONES SEAN INACEPTABLES


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MATERIALES PARA FABRICAR EJESCOSTOS

COSTOS DE MATERIAL Y PROCESAMIENTO

DIAMETROS > 3” DIAMETROS < 3”

ACEROS PARA TRATAMIENTO TERMICO

ACERO ESTIRADO EN FRIOOTROS ACEROS

CRITERIO: Menor diámetro con material barato

ACEROS PARA ENDURECIMIENTO SUPERFICIAL

ANSI 1020, 4340, 4820 y 8620.


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CONFIGURACION DEL EJEGENERALIDADES

• La configuración general de un eje

para debe especificarse primero para

poder realizar un análisis de fuerzas

de cuerpo libre y para obtener

diagramas de momento cortante.

• Geometría de eje: cilindro

escalonado.

• Hombros o resaltos localizan

axialmente los elementos del eje y

para ejecutar cualquier carga de

empuje necesaria.


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CONFIGURACION DEL EJEGENERALIDADES

• La configuración general de un eje

para debe especificarse primero para

poder realizar un análisis de fuerzas

de cuerpo libre y para obtener

diagramas de momento cortante.

• Geometría de eje: cilindro

escalonado.

• Hombros o resaltos localizan

axialmente los elementos del eje y

para ejecutar cualquier carga de

empuje necesaria.


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CONFIGURACION DEL EJESUGERENCIAS

• Revisar de modelos existentes,

• Hacer un número limitado de cambios.


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CONFIGURACION DEL EJEEJEMPLOS


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CONFIGURACION DEL EJEDIRECTRICES PARA CONFIGURACIONConfiguración Axial de Componentes• Mejor apoyar los componentes que soportan carga entre cojinetes (figura 7-

2a) en lugar de colocar los cojinetes en voladizo (figura 7-2c)

• Poleas y coronas dentadas montarse por fuera facilitar la instalación de

banda o cadena. Voladizo corto

• Usar en lo posible solo 2

cojinetes

• En ejes largos > 3

cuidado con

alineamiento

• Mantener longitud corta

de ejes

• Dejar luz axial entre

componentes :

lubricación y

desensamble


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CONFIGURACION DEL EJEDIRECTRICES PARA CONFIGURACIONConfiguración Axial de Componentes

• Precaución de sostener los componentes en posición: Alineamiento.

• Posicionarlos componentes contra un hombro del eje. hombro proporciona

soporte sólido para minimizar deflexión y vibración.

• Magnitudes de fuerzas

bajas, hombros = anillos

de retención en ranuras,

manguitos entre

componentes o collarines

de sujeción.

• Cargas axiales

pequeñas, NO hombros

confiar en ajustes de

presión, pasadores o

collarines con tornillos de

sujeción


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CONFIGURACION DEL EJEDIRECTRICES PARA CONFIGURACIONSoporte de cargas axiales

• Para engranes helicoidales o cónicos, o cojinetes ahusados de rodillo

• Mejor 1 solo cojinete axial,

lo que permite mas

tolerancias longitud del

eje, y evita esfuerzos

térmicos.


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CONFIGURACION DEL EJEDIRECTRICES PARA CONFIGURACIONSoporte de cargas axiales

• Para engranes helicoidales o cónicos, o cojinetes ahusados de rodillo

• Mejor 1 solo cojinete axial,

lo que permite mas

tolerancias longitud del

eje, y evita esfuerzos

térmicos.


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CONFIGURACION DEL EJEDIRECTRICES PARA CONFIGURACIONTransmisión de par de torsión

Los elementos comunes para transmitir el par de torsión son:

• Cuñas

• Ejes estriados

• Tornillos de fijación

• Pasadores

• Ajustes a presión o por contracción

• Ajustes ahusados

Diseñados para fallar si el par

de torsión excede ciertos

límites de operación

aceptables, con lo que se

protege a los componentes

más caros.

CUÑA Y CUÑERO

Eficaz y económico para transmitir pares de

torsión. cuña que se ajusta en una ranura en

el eje y el engrane. Ensamble y el

desensamble son sencillos. La cuña

proporciona una orientación angular positiva

del componente, útil para sincronización del

ángulo de fase.


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CONFIGURACION DEL EJEDIRECTRICES PARA CONFIGURACIONEnsamble y Desensamble• Diámetro más grande en centro

de eje, y diámetros

progresivamente más

pequeños hacia los extremos,

para permitir que los

componentes se deslicen hacia

las puntas.

• Si hombro se requiere en

ambos lados de un

componente, crearse mediante

anillo de retención o mediante

un manguito entre los dos

componentes.


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CONFIGURACION DEL EJEDIRECTRICES PARA CONFIGURACION

Ensamble y Desensamble


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CONFIGURACION DEL EJEDISEÑO DE EJES PARA SOPORTAR ESFUERZO

Ubicaciones criticasEvaluar los esfuerzos en

ubicaciones potencialmente

críticas:

• superficie exterior, en

ubicaciones axiales donde el

momento flexionante es grande

• donde el par de torsión está

presente

• donde existen concentraciones

de esfuerzo.

• También puede resultar útil una

evaluación de situaciones de

esfuerzo típicas.


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CONFIGURACION DEL EJEDISEÑO DE EJES PARA SOPORTAR ESFUERZOEsfuerzos en ejes

• Esfuerzos de flexión, torsión o axiales

presentes como componentes medios

(m) alternantes (a).

• Combinar esfuerzos en esfuerzos de

von Mises alternantes y medios

• Conveniente adaptar ecuaciones

específicamente para aplicaciones de

ejes.

• Cargas axiales son pequeñas en

ubicaciones críticas donde

• dominan la flexión y la torsión

despreciar.

Esfuerzos fluctuantes por flexión y torsión


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CONFIGURACION DEL EJEDISEÑO DE EJES PARA SOPORTAR ESFUERZOEsfuerzos en ejesPara eje solido de sección transversal circular

Combinando de acuerdo a Teoría de Falla por Energía de Distorsión (ED)


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CONFIGURACION DEL EJEDISEÑO DE EJES PARA SOPORTAR ESFUERZOEsfuerzos en ejesPara la curva de falla en el Diagrama de Goodman modificada

correspondiente a la línea de Goodman


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CONFIGURACION DEL EJEDISEÑO DE EJES PARA SOPORTAR ESFUERZOEsfuerzos en ejesPara la curva de falla en el Diagrama de Goodman modificada

correspondiente a la línea de Goodman


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EJEMPLO


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EJEMPLO

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Design