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• Alan Deveze

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Ejes y flechas

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ÍNDICE Pág. INTRODUCCIÓN…………………………………………………………………………… 2 1. EJES……………………………………………………………………………… 3 1.1 DEFINICIÓN 1.2 PROCEDIMIENTO DE DISEÑO DE UN EJE 1.3 CLASIFICACIÓN DE LOS EJES 2. FLECHAS……………………………………………………………………….. 4 2.1 DEFINICIÓN 2.2 DISEÑO DE FLECHAS 2.3 DIFERENCIA ENTRE EJES Y FLECHAS…………………………. 5 CONCLUSIÓN……………………………………………………………………………… 6

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INTRODUCCIÓN Hoy en día el avance de la tecnología ha pasado tan rápido que podemos observar desde pequeñas poleas mover un mecanismo muy sencillo así como un ensamble de muchas piezas como un motor de automóvil o el de un avión. Que a través del tiempo se han ido perfeccionando para tener la calidad de vida que llevamos hoy en día, como por ejemplo desplazarse de un lugar a otro en un lapso pequeño de tiempo. Las flechas y los ejes. Hablan mucho sobre ello pues comúnmente se encuentran en casi todas las unidades de transporte y se han vuelto muy importantes para el movimiento de mecanismos muy complejos que hacen de este mucho más sencillo de lo que se podría hacer con otras herramientas o en el peor de los casos ni se pudieran hacer. Es por esto que se han vuelto tan populares a la hora de darle rotación y sentido a un mecanismo. Por ello nosotros como ingenieros en mecatrónica debemos saber muy bien sobre las flechas y ejes si es que queremos hacer nuestros propios mecanismos ya sea desde el más sencillo hasta inventar uno.

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1. EJES 1.1 DEFINICIÓN Un eje es un elemento de máquina generalmente rotatorio y a veces estacionario, que tiene sección normalmente circular de dimensiones menores a la longitud del mismo. Tiene montados sobre sí, elementos que transmiten energía o movimiento, tales como poleas (con correas o cadenas), engranajes, levas, volantes, etc. 1.2 PROCEDIMIENTO DE DISEÑO DE UN EJE Un procedimiento general para el cálculo y diseño de ejes se puede condensar en las siguientes etapas: 1. Desarrollar un diagrama de cuerpo libre, reemplazando los diversos dispositivos por sus correspondientes acciones o solicitaciones, de manera de obtener un sistema estático equivalente. 2. Evaluar los momentos flectores, torsores, esfuerzos de corte y esfuerzos axiales en el tramo completo del eje. 3. Seleccionar las secciones más conflictivas y de ellas los puntos más conflictivos. Esta tarea está asociada a la determinación de factores de concentración de tensiones debidos a entallas geométricas y otros factores debidos. 4. Evaluar los estados tensionales en los puntos conflictivos. 5. Seleccionar el criterio o teoría de falla estática o dinámica en función del tipo de material (frágil o dúctil) y tipo de rotura estimada (fatiga, etc.) 6. Evaluar la seguridad de los puntos conflictivos. 7. Efectuar un replanteo en términos de diámetro y configuraciones geométricas o material en tanto que los resultados obtenidos no satisfagan las condiciones de diseño. 1.3 CLASIFICACIÓN DE LOS EJES Atendiendo a su forma de trabajo, los ejes se clasifican en fijos y giratorios: Los ejes fijos permiten el giro de los elementos mecánicos sobre ellos pero no giran solidarios con ellos. Los ejes giratorios pueden girar solidarios con algún o algunos elementos (incluso según el sentido de giro). Según la magnitud de los esfuerzos que soporta el eje, este puede fabricarse macizo o hueco, como en el resto de los elementos estructurales, los ejes huecos para la misma cantidad de material soportan mejor los esfuerzos de flexión.

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2. FLECHAS 2.1 DEFINICIÓN Casi toda la 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. 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. Básicamente la función de una flecha es transmitir potencia a una velocidad angular o velocidad rotacional específica, la flecha está sujeta o empotrada en otro elemento que provoca dicha velocidad tales como engranes y poleas principalmente. Al tener una flecha empotrada mientras que en la base del empotramiento comienza a ocurrir una rotación por lo tanto se crea un momento de torsión o torque. Por consiguiente, en el eje se genera tensión por esfuerzo de corte por torsión. Una flecha soporta componentes transmisores de potencia como engranes, poleas para bandas o ruedas dentadas de cadena, que ejercen fuerzas sobre la flecha en su área de sección transversal es decir, perpendicular a su centro y línea de acción. Estas fuerzas transversales provocan que se generen momentos flectores en el eje por lo tanto se requiere un análisis de estas fuerzas debido a la flexión. 2.2 DISEÑO DE FLECHAS Dentro del diseño de flechas se deben considerar los esfuerzos provocados por torsión y flexión. La geometría de la flecha es tal que el diámetro generalmente es la variable que se use para satisfacer el diseño así como el tipo de material a utilizar. Los principales puntos que se consideran para el diseño de una flecha son la resistencia de la flecha, su límite de fatiga, la deflexión y los efectos dinámicos que ocurren con las velocidades críticas. Otro factor importante dentro del diseño de flechas son los concentradores de esfuerzos debido a que a veces es razonable remover materia de la flecha haciéndola escalonada o dejando espacio para las uniones y los pernos con los que se conectan, el factor del peso también influye debido a que se remueve material y los concentradores de esfuerzo hacen la flecha propensa a fallar. 4

Las aplicaciones de las flechas se han usado desde la edad media como un elemento para transmitir potencia y en la actualidad son parte esencial de los generadores eléctricos, los medios de transporte y numerosas aplicaciones en diversas áreas por ello es importante su correcto diseño. La función del diseñador es seleccionar el material y las dimensiones de la selección transversales del eje, para que el esfuerzo cortante máximo permisible del material no sea excedido cuando el eje transmite la potencia requerida a la velocidad especificada. La mayor parte de las flechas de máquinas se fabrican a partir de un acero al bajo o medio carbono, ya sea rolado en frío o en caliente, aunque también cuando se requiera de su superior resistencia, se aplican aceros de aleación. El caso más general de carga sobre las flechas es la combinación de un par de torsión fluctuante y de un momento fluctuante. También pueden estar presentes cargas axiales si el eje de la flecha es vertical o si incluye engranes helicoidales o tornillos sinfín, con un componente de fuerza axial. La combinación sobre una flecha en rotación de un momento a flexión y un par de torsión genera esfuerzos multiaxiales. Si las cargas son asincrónicas, aleatorias o fuera de fase, entonces se tratará de un caso de esfuerzo multiaxial complejo

2.3 DIFERENCIA ENTRE EJES Y FLECHAS Son términos que se aplican a barras cilíndricas de acero, con movimiento de rotación y soportadas, en dos o más puntos, por los cojinetes. Eje: Cargados transversalmente y sujetos a esfuerzos de flexión, para acople de piezas giratorias. Flecha: Sujeta a esfuerzos de torsión y flexión. Se usan para transmitir movimiento de rotación a distancias relativamente cortas. Árbol: Similares a las Flechas, pero de mayor diámetro. En un contexto amplio, en equipos rotativos los dos sustantivos se utilizan cual sinónimos, por ejemplo, citemos estas dos expresiones utilizadas en motores, turbinas y otros "drivers": 1- "potencia en el eje" 2- "potencia en la flecha" éstas dos expresiones significan lo mismo, es la potencia útil que entrega un equipo rotativo. 5

CONCLUSIÓN Hoy en día los ejes y flechas son una parte fundamental de la industria y la sociedad, su diseño es de suma importancia, ya que un mal cálculo puede no solo costar pérdidas económicas y materiales, sino también pérdidas humanas, nosotros como ingenieros debemos tener las herramientas o conocimientos necesarios sobre todos los mecanismos para poder algún día diseñarlos. En este trabajo se menciona específicamente que son los ejes y las flechas y cuál es su funcionamiento, ventajas y desventajas de cada uno, como también al momento de diseñar estos mecanismos que es lo que se debe de tomar en cuenta, como los esfuerzos de torsión y flexión.

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BIBLIOGRAFÍA http://es.scribd.com/doc/21902379/Diseno-de-ejes SHIGLEY, J. y Mischke, C. (1985). Diseño en ingeniería mecánica. Edo. de México: Mc Graw Hilli interamericana editores. MOTT R. (1992). Diseño de elementos de máquinas. Edo. México: Prentice Hall. NORTON R., (1999). Diseño de máquinas. Edo. De México: Pearson.

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