Diseno de ejes y arboles

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Capítulo
Diseño de Ejes y Árboles

Aspectos de estudio
1.- Deflexión y rigidez:
a) Deflexión por flexión b) Deflexión por torsión c) Pendiente en los cojinetes d) Deflexión por cortante.

2.- Esfuerzo y resistencia:
a) Resistencia estática b) Resistencia a la fatiga c) Confiabilidad

Acoples
Cuñas Ejes estriados Tornillos de presión Pasadores Ajustes a presión o por contracciónAjustes ahusados o cónicos.

Dispositivos de posicionamiento
Chavetas y arandelas Tuerca y arandela Hombro de eje Anillo y ranura Tornillo de presión Maza dividida Collarín y tornillo Pasadores

Pasos y diseño de ejes
Dimensionar engranajes y poleas: Seleccionar cojinetes: Deflexión del eje: Esfuerzo y resistencia: Diámetros tentativos: Disponibilidad en el mercado: Maquinabilidad: Deflexión en el Eje
Inclinación de ejes: Cojinetes de Rodillos Cojinetes ahusados Cojinetes canal profundo Cojinetes esf. de bolas Engranajes sin coronar θ < θ < θ < θ < θ< 0.001 rad. 0.0005 rad. 0.004 rad. 0.0087 rad. 0.0005 rad.

Restricciones Geométricas
Carga concentrada y ai
Fi bi x x L

y

Momento concentrado ai

bi x

x

L

Restricciones Geométricas
Inclinación Cojinete Izquierdo32 n 3π*E*L*Σθ
+

d=

{[Σ

Fi*bi*(bi2-L2) + Mi*(3*ai2-6*ai*L + 2*L2)

Σ

]

2

+
H
1/4



Fi*bi*(bi2-L2) + Mi*(3*ai2-6*ai*L + 2*L2)

Σ

]}
V

2

1/2

Restricciones Geométricas
Inclinación Cojinete Derecho
32 n 3π*E*L*Σθ
+

d=

{[Σ

Fi*ai*(Li2 - ai2) + Mi*(3*ai2 - L2)

Σ

]

2

+
H



Fi*ai*(L2 - ai2) +

Σ

Mi*(3*ai2 - L2)

]}
V2 1/2

1/4

Posición de elementos

Montajes

Posicionamiento

Formas y Diseño

Diseño de Ejes

Dispositivos

Acoples

Secciones y Geometría

Secciones y Geometría

Esquema de Dispositivos

Materiales para Ejes
Ejes de uso común: ANSI 1020, 1050 11xx maquinado libre Tratados térmicamente: 1340, 1350, 3140, 4140, 4340, 5140, 8650. Dureza superficial: 1020, 4340,4820, 8620. Laminados en frío: hasta 3 ½ pulg. Laminados en caliente: hasta 6 pulg.

Materiales para Ejes y Árboles
Servicio suave: Aceros laminados en caliente. 1010, 1020, 1030. El acero estirado en frío, mejora las propiedades físicas; eleva los valores de Sy y Sut. Servicio severo: Ejes forjados usados en motores de combustión interna, carros de ferrocarril: Acero 1045 al carbono no aleado(entre 0.45% y 0.50% de C). Servicio muy severo: Aceros aleados, se vuelven más tenaces cuando se tratan térmicamente por alta resistencia y dureza, también son más dúctiles y mejores adaptados a las cargas de impacto.

Aceros de propósito general: Aceros 4140, 4340 y A8640. Transmisión de potencia. Aceros resistentes al desgaste: Aceros 4320, 4820, A8620, para carbo-cementar. Endurecimientosuperficial y en pequeñas áreas.

Factor de Diseño: n
Materiales Dúctiles: n = de 1.25 a 2, Diseño de estructuras bajo carga estática. Alto grado de confianza en los todos los datos aportados para el diseño. n = de 2 a 2.5, Diseño de elementos de máquinas bajo cargas dinámicas, con una confianza promedio en todos los datos aportados para el diseño. n = de 2.5 a 4, valores de diseño bajo cargasdinámicas cuando hay incertidumbre en los datos aportados para el diseño. n = 4 o más. Incertidumbre en general o deseo de seguridad adicional, (Justificar). Materiales Frágiles: n = de 3 a 4, Diseño de estructuras bajo cargas estáticas, hay alto grado de confianza en todos los datos de diseño. n = de 4 a 8, Diseño de estructuras metálicas o elementos de máquinas bajo cargas dinámicas, conincertidumbre acerca de cargas, propiedades de materiales, análisis de esfuerzos o el ambiente.

Predicciones de Falla
Materiales Frágiles:
Cargas Estáticas: Aplicar siempre con factor de concentración de esfuerzos. Utilizar la teoría de falla por el esfuerzo normal máximo. Tensión o Compresión

Cargas Variables: En estos casos se prefiere no usar este tipos de materiales. Cuando sea necesario...
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