Árboles y ejes. cálculos.

Tema: Árboles y ejes. Cálculos.

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. Los árboles, a diferencia de los ejes, además de sostener los elementos giratorios trasmiten momentos torsores, por consiguiente, los árbolesresultan 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.

En cambio lagran 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.

Diferentes tipos de árboles rectos.

1. Ranura para permitir la salida de la muela de rectificado, o un tallado que requiera diferencia de diámetros entre las seccionescontiguas.

2. Muñones de apoyo para los cojinetes de rodamiento o deslizamiento. 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. Escalónde 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. Otro objetivo, 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 seccionescontiguas 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 de sección y disminuyen los concentradores de tensión. Suelen ser circulares o elípticas. Es recomendable que sean empleadas superficies con radios mayores al 10 % del diámetro menor de las secciones vinculadas.

6.Biseles. Se emplean para centrar las piezas durante el montaje y también para evitar cortaduras de los operarios durante la manipulación de los árboles.

7. Chaveteros.

8. Zona de centraje. Esta es una zona del árbol contigua a una zona de montaje, con dimensiones ligeramente menores que la de montaje, para facilitar esta operación y el centrado de los elementos.

Los materiales empleados parala construcción de los árboles deben distinguirse por las características de: resistencia suficientemente alta, pequeña sensibilidad a la concentración de tensiones, capacidad de poder ser tratados térmica y químico - térmicamente y poseer buena maquinabilidad.

Tomando lo anterior en consideración es indiscutible que el material más empleado por su excelencia es el acero. Por ello durante estecurso serán tratados con exclusividad los árboles rectos de acero, para los cuales se brindan algunas especificidades de los materiales empleados.

El acero como material de árboles y ejes.

La selección de los materiales es una de las partes que integran el diseño de cualquier pieza de las máquinas; en determinados casos no se presta a este asunto toda la atención que merece, y hemos de...