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CÁLCULO DE ÁRBOLES Y EJES SEGÚN CRITERIO DE RESISTENCIA A FATIGA DEL MATERIAL.

Compilación de apuntes del curso de Elementos de Máquinas II.

Profesor: Dr. Gonzalo González Rey Email: cidim@mecanica.cujae.edu.cu Profesor Principal de Elementos de Máquinas Facultad de Ingeniería Mecánica Instituto Superior Politécnico José A. Echeverría Ciudad de La Habana. Cuba

Septiembre 2006

Árbolesy Ejes

G. . González Rey

Tema 3. Árboles y Ejes.
Objetivos. Analizar y diseñar un eje de transmisión de potencia, para cualquier número de apoyos, tipos y número de cargas, tomando en cuenta la potencia a transmitir, velocidad del eje, material del mismo, naturaleza de las cargas y factor de seguridad deseado. Contenidos fundamentales del tema: Clasificación. Materiales. Criterios dediseño. Diseño de árboles y ejes. Comprobación de la resistencia a la fatiga. Cantidad de horas del tema: 7 Cantidad de horas de conferencia: 3 Cantidad de horas en solución de problemas: 3 Evaluación: Prueba parcial (1 hora) y una tarea. Bibliografía. Libros: • Mott, R. L. Machine Elements in Mechanical Design. Editorial Prentice. 1999. • Dobrovolski. Elementos de Máquinas. Editorial MIR. 1981. •Reshetov. Elementos de Máquinas. Editorial Pueblo y Educación. 1985. • Norton. Diseño de Máquinas. Editorial Prentice Hall. 1999. • Shigley, J. E. Diseño en Ingeniería Mecánica. Editorial McGraw Hill, 1990. • Grefkowicz, A., Problemas Escogidos del cálculo de resistencia en el Diseño de Máquinas, Tecnología Serie 7, Ingeniería Mecánica, abril 1970, Universidad de la Habana Normas: • ANSI/ASMEB106.1M-1985, Design of Transmission Shafting (second printing), ASME, EUA, 1985. • ANSI/AGMA 6001-D97, Design and Selection of Components for Enclosed Gear Drives, AGMA, EUA, 1997 1. -Introducción. Como es conocido, los árboles y ejes son elementos de máquinas sobre los cuales se montan las partes giratorias de las máquinas, resultando ser los verdaderos ejes geométricos de estas partes en rotación∗. Losárboles, a diferencia de los ejes, además de sostener los elementos giratorios trasmiten momentos torsores, por consiguiente, los árboles 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.
Algunos tipos de árboles no soportan partesgiratorias sobre ellos, como es el caso de los árboles de transmisión o de torsión y los árboles flexibles.
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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 en una máquina el movimiento alternativo en movimiento giratorio o viceversa. Como se comprenderá, los árbolescigüeñales 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.

En cambio la gran difusión de los árboles rectos en la ingeniería mecánica moderna, hace necesario que sean objetos deestudio, con énfasis en el análisis de los criterios de dimensionado previo y de comprobación de la capacidad de carga. Diferentes tipos de árboles rectos.

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Árboles y Ejes

G. . González Rey

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 odeslizamiento. Pueden ser cilíndricos o cónicos y generalmente son zonas endurecidas superficialmente entre los 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,...