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• Natanael Cano

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EJES Y FLECHAS ERIK MUÑOZ QUINTERO MATERIA: DISEÑO DE ELEMENTOS DE MAQUINAS PROFESOR: ING. RICARDO QUINTERO CABALLERO

INTRODUCCION. El término eje se utiliza para designar a cualquier barra giratoria que transmite potencia entre sus extremos. En nuestro país es el común denominador de los elementos que transmiten potencia girando, aunque dicho término no se utiliza tanto en otros países de habla hispana. Casi toda maquinaria rotatoria está dotada de flechas de transmisión o simplemente flechas, con el fin de transferir movimiento y par de torsión rotatorios de un sitio a otro. Por lo tanto, el diseñador de máquinas tiene la tarea de diseñar flechas. Este ensayo explorara algunos de los problemas comunes que se presentan en esta tarea. Por lo general, una flecha transmite a la maquina por lo menos un par de torsión proveniente de un dispositivo impulsor. Algunas veces, las flechas servirán de soporte para engranes, poleas o ruedas dentadas, mismas que transmiten un movimiento rotatorio de una a otra flecha, vía engranes, bandas o cadenas. La flecha podría ser parte integral del impulsor, como la flecha de un motor eléctrico o el cigüeñal de un motor de combustión interna. En el caso de los ejes son un elemento constructivo destinado a guiar el movimiento de rotación a una pieza o de un conjunto de piezas, como una rueda o un engranaje. El eje puede bien ser solidario a la rueda o al vehículo. En el primer caso -por ejemplo en el ferrocarril- el eje se monta sobre cojinetes o rodamientos de modo que pueda girar sobre los puntos sobre los que soporta al vehículo. En el segundo caso las ruedas tiene un agujero central que acoge un dispositivo conocido buje o cubo en el que el eje tiene un determinado tipo de ajuste, generalmente mediante la introducción de un vástago o muñón -spindle- en un rodamiento en el interior del cubo.

DESARROLLO. Un eje es un elemento no giratorio que no transmite par de torsión y que se utiliza para soportar ruedas rotatorias, poleas, entre otros. Al ser un eje no giratorio puede diseñarse con facilidad, ya que puede analizarse como un cuerpo sometido a carga estática. Para minimizar las deflexiones, el acero es la elección lógica como material para ejes, debido a su alto módulo de elasticidad. El hierro colado o nodular también se utiliza algunas veces, sobre todo cuando los engranes u otros accesorios se fundieron integralmente con el eje. Otras veces se emplea bronce o acero inoxidable en ambientes marinos o corrosivos. En casos en que el eje sirve como soporte, la dureza suele ser importante. En estos casos, el acero totalmente endurecido o con recubrimiento endurecido puede ser el material elegido para el eje. Algunas veces es posible diseñar flechas de transmisión, cuya sección no cambia de diámetro a lo largo de su longitud, aunque es más común que los ejes tengan varios escalones u hombros donde el diámetro cambia para alojar elementos sujetos como cojinetes, ruedas dentadas, engranes, etcétera. Los escalones u hombros son necesarios para dar una ubicación axial precisa y consistente de los elementos agregados, así como para crear el diámetro adecuado para ajustar piezas estándar como cojinetes. Se utilizan cuñas, chavetas circulares o pasadores transversales para sujetar con seguridad los elementos al eje y así transmitir el torque requerido o fijar la parte axialmente. Cada uno de estos cambios en el contorno contribuye en algo a la concentración de esfuerzos, lo cual se debe tomar en cuenta en los cálculos de esfuerzo por fatiga para el eje. La carga sobre flecha de transmisión giratorios es de dos tipos principales: torsión debida al torque transmitido o flexión por una carga transversal sobre los engranes y las ruedas dentadas. Las cargas de flexión y torsión se presentan de manera combinada En la década de 1930, Davies, y Gough y Pollard, en Inglaterra, realizaron extensos estudios originales de fallas por fatiga a la flexión y a la torsión combinadas, tanto en aceros dúctiles como en hierros colados frágiles. Se descubrió que, en los materiales dúctiles, la combinación de la torsión y la flexión por fatiga generalmente sigue la relación elíptica como la definen las ecuaciones de la figura. Se descubrió que los materiales frágiles colados (no mostrados) fallan con base en el esfuerzo principal máximo.

Dentro de los ejes principalmente usados está el eje fijo, este es de los de tipo mas favorable, La hipótesis del eje fijo excluye la posibilidad de que un eje cambie su orientación, y no puede describir fenómenos como la nutación o la precesión. Los ejes rotativos se usan con preferencia para vehículos sobre carriles, o sea que se pueden montar y desmontar fácilmente El eje libre es aquel que no forma parte del sistema de transmisión y gira libe, el eje trasero de un automóvil con tracción delantera se puede considerar un eje libre. La flecha es un elemento rotatorio, de sección transversal circular (cilindro) que se emplea para transmitir potencia o movimiento; una flecha transmite a la maquina por lo menos un par de torsión proveniente de un dispositivo impulsor. Algunas veces, las flechas servirán de soporte para engranes, poleas o ruedas dentadas, mismas que transmiten un movimiento rotatorio de una a otra flecha, vía engranes, bandas o cadenas. La flecha podría ser parte integral del impulsor, como la flecha de un motor eléctrico o el cigüeñal de un motor de combustión interna. Constituye el eje de rotación de elementos como engranajes, poleas volantes de inercia, manivelas, ruedas dentadas. Quizá la aplicación más importante de las flechas es transmitir potencia desde un sistema que la produce como puede ser un motor eléctrico, una turbina o un motor de combustión interna a un sistema que la consume como puede ser un generador eléctrico, un compresor, las ruedas de un automóvil, etcétera. La metodología para diseño de flechas (ejes) se debe basar en la determinación de la posición de los apoyos y cojinetes y elementos como poleas y engranes como segundo paso esta la estimación de la geometría de la flecha y selección de un material adecuado basado en consideraciones de resistencia así como el análisis de las condiciones de rigidez y las modificaciones de la flecha si fuera necesario también debe tomarse en cuenta el estudio de las características dinámicas y modificaciones del diseño de ser requerido para la correcta aplicación de la ingeniería de valor como también tener en cuenta como paso final un plano de fabricación y procedimiento de uso.

CONCLUSION En el desarrollo de este ensayo pude observar los diferentes factores para los diseños de los ejes que se van a construir, cada uno de ellos es muy importante ya que de estos dependerá directamente el trabajo a realizar y por lo tanto si será útil o no dicho dispositivo. Cabe mencionar la utilidad de encontrar la seguridad de un eje que soporte una determinada carga flexionante es importante para la aplicación predeterminada. Sabiendo que este es el valor calculado de la capacidad máxima del material, sistema o elemento y el valor del requerimiento que se espera al ser sometido realmente. Debo comentar que el diseño de ejes es esencial dentro del diseño de maquinas, ya que cualquier maquina que genere o transmita un movimiento mecánico necesita tener un dispositivo el cual puedan fijarse dichos elementos que produzcan dicho movimiento o la transitan. Teniendo este conocimiento podríamos no solo diseñar un elemento de maquinaria mecánica, sino que también mejorar alguno ya existente o conocer las fallas por los diferentes tipos de esfuerzo y/o carga en cualquier dispositivo del eje diseñado lo cual seria un conocimiento muy practico dentro de cualquier ámbito, no solo escolar sino también en un ámbito laboral.