Mecanica

Apuntes elaborados por: Dr. Gonzalo González Rey Email: cidim@mecanica.cujae.edu.cu Profesor Principal de Elementos de Máquinas Facultad de Ingeniería Mecánica Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría (ISPJAE) Experto de ISO TC60 y Miembro Académico de AGMA Vicepresidente del Comité de Normalización Cubano de Elementos de Máquinas.

Ciudad Habana – Diciembre 2007 CUJAE – FACULTADDE INGENIERÍA MECÁNICA

1. - INTRODUCCIÓN. Los árboles de transmisión y ejes son elementos de máquinas sobre los cuales generalmente se montan las partes giratorias de las máquinas, resultando ser los verdaderos ejes geométricos de estas partes en rotación∗. Los árboles, a diferencia de los ejes, además de sostener los elementos giratorios trasmiten momentos torsores, por consiguiente, losárboles resultan cargados, no solo por esfuerzos normales debido a los momentos flectores, sino también, por esfuerzos tangenciales generados por momentos torsores, en toda la longitud o en sectores aislados del árbol. Por la forma del eje geométrico del árbol se distinguen los árboles rectos y los árboles acodados (cigüeñales). Los árboles cigüeñales se emplean siempre que se requiera transformar enuna máquina el movimiento alternativo en movimiento giratorio o viceversa. Como se comprenderá, los árboles cigüeñales son característicos de construcciones especiales, lo que hace que los criterios para el dimensionado previo y su cálculo no sean tratados en este curso. También los árboles flexibles con ejes curvilíneos constituyen un grupo especial no tratados en este material.

Esquema deárbol

Esquema de árbol acodado Fig. 1- Esquemas principales de los árboles y ejes. En cambio la gran difusión de los árboles rectos en la ingeniería mecánica moderna, hace necesario que sean objetos de estudio, con énfasis en el análisis de los criterios de dimensionado previo y de comprobación de la capacidad de carga.

Algunos tipos de árboles no soportan partes giratorias sobre ellos, como esel caso de los árboles de transmisión o de torsión y los árboles flexibles.

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Diferentes tipos de árboles rectos.

Árbol de sección constante. Son usados básicamente en árboles que trasmiten solo momentos torsores sin soportar momentos flectores. Casos típicos de empleo son los árboles de transmisión en grúas y automóviles.

Árbol escalonado. Son los más ampliamente usados. Elescalonamiento es determinado por la distribución de los momentos flectores y torsores, así como por las condiciones de montaje y tecnológicas.

Árbol con talladuras especiales. Son árboles en los cuales se realizan elaboraciones especiales, como piñones, tornillos y sectores roscados entre otras, con el fin de ahorrar material, disminuir el tiempo de maquinado y evitar procesos de ensamblaje.

2ZONAS TÍPICAS DE LOS ÁRBOLES.

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1 – Ranura para permitir la salida de la muela de rectificado, o un tallado que requiera diferencia de diámetros entre las secciones contiguas. 2 – Muñones de apoyo para los cojinetes de rodamiento o deslizamiento. Pueden ser cilíndricos o cónicos y generalmente son zonas endurecidas superficialmente entrelos 48 y 52 HRC. En el caso de muñones para cojinetes de rodamientos debe tenerse en cuenta que su diámetro debe coincidir con la serie de los diámetros de montaje de los rodamientos, usualmente múltiplos de 5. 3 – Escalón de apoyo. Sirve para absorber las cargas axiales en los árboles, producto de los elementos que se vinculan a el, y trasmitirlas a los apoyos y anclaje de las máquinas. Otroobjetivo, es el garantizar la correcta disposición axial de los elementos en el montaje. 4 – Zona de ajuste para el montaje. En caso de no estar en un extremo del árbol, se realiza con un diámetro mayor que las secciones contiguas para permitir el montaje de los elementos. Se recomienda un endurecimiento de la zona entre 48 y 52 HRC. 5 – Zona de transición. Son superficies que suavizan los cambios...