Ejes flechas y_componentes

NIVELACION Verano 2015Diseño de Elementos de
Maquinas I – VII Ciclo
EJES, FLECHAS Y SUS
COMPONENTES
Dr. Jorge Olortegui-Yume, Ph.D.
2/26/2015 1
Escuela de Ingeniería Mecánica
Universidad Nacional de Trujillo

Diseño de Elementos de Maquinas I
Dr. Jorge Olortegui-Yume, Ph.D
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INTRODUCCION
EJES 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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INTRODUCCION
NOTA 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 EJES
DEFLEXION 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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DEFLEXION 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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COSTOS
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 EJE
GENERALIDADES
• 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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GENERALIDADES
• 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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SUGERENCIAS
• Revisar de modelos existentes,
• Hacer un número limitado de cambios.

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EJEMPLOS

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DIRECTRICES PARA CONFIGURACION
Configuración 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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Configuración 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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Soporte 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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Soporte 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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Transmisión 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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Ensamble 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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Ensamble y Desensamble

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DISEÑO DE EJES PARA SOPORTAR ESFUERZO
Ubicaciones criticas
Evaluar 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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Esfuerzos 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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Esfuerzos en ejes
Para eje solido de sección transversal circular
Combinando de acuerdo a Teoría de Falla por Energía de Distorsión (ED)

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Esfuerzos en ejes
Para la curva de falla en el Diagrama de Goodman modificada
correspondiente a la línea de Goodman

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Esfuerzos en ejes
Para la curva de falla en el Diagrama de Goodman modificada
correspondiente a la línea de Goodman

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Esfuerzos en ejes

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Esfuerzos en ejes

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Esfuerzos en ejes

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Esfuerzos en ejes

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EJEMPLO

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EJEMPLO

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