¿Qué es un eje?
Un eje es básicamente una parte giratoria de cualquier máquina, que tiene una sección transversal circular, que se utiliza para transmitir potencia de una parte a otra o de una máquina generadora de energía a una máquina absorbente de energía. Para transmitir potencia, un extremo del eje está conectado a la fuente de energía y el otro extremo está conectado a la máquina. Los ejes pueden ser macizos o huecos según se desee, y los ejes huecos ayudan a reducir el peso y ofrecen ventajas.
Descripción general del eje.
El eje es uno de los elementos más importantes utilizados en las máquinas. Se utilizan para soportar piezas giratorias como poleas y engranajes. Están sostenidos por cojinetes ubicados en la carcasa rígida de la máquina. Los engranajes y poleas ubicados en los ejes ayudan a transmitir el movimiento.
Muchos otros elementos giratorios están acoplados al eje. Los ejes están sometidos a momentos flectores y torsiones debido a las fuerzas de reacción de los miembros que soportan y al par generado por la transmisión de potencia.
El eje siempre tiene una sección transversal circular y puede ser hueco o macizo. Los ejes se pueden clasificar en cigüeñales, ejes lineales, ejes articulados o ejes flexibles, pero los ejes lineales se suelen utilizar para transmitir potencia.
Los ejes suelen diseñarse como varillas cilíndricas empinadas, de modo que tienen diferentes diámetros en toda su longitud, aunque es fácil producir ejes con un diámetro constante.
La magnitud del esfuerzo en un eje escalonado varía con su longitud. Los ejes con un diámetro uniforme no son adecuados para el desmontaje, montaje y mantenimiento, y estos ejes crean complicaciones a la hora de sujetar las piezas montadas en ellos, especialmente los rodamientos.
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Tipo de eje
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eje de transmisión
Estos ejes son ejes escalonados que se utilizan para transmitir potencia entre una fuente a otra máquina que absorbe la potencia. Montado en la parte escalonada de un engranaje de eje, cubo o polea para transmitir movimiento.
Ejemplos: ejes superiores, carretes, contraejes y todos los ejes de fábrica.
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Eje mecánico
Estos ejes están ubicados en el interior del conjunto y son parte integral de la máquina.
Ejemplo: el cigüeñal del motor de un automóvil es el eje de una máquina.
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semieje
Estos ejes soportan elementos giratorios, como ruedas, que pueden montarse en carcasas con cojinetes, pero los ejes son elementos no giratorios. Se utilizan principalmente en vehículos.
Ejemplo: ejes en automóviles.
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Huso
Son las partes giratorias de la máquina que albergan las herramientas o espacio de trabajo. Son ejes cortos utilizados en las máquinas.
Ejemplo: husillo en un torno.
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Material del eje
Normalmente, el acero dulce es el material utilizado para los ejes. Si se requiere alta resistencia, se utilizan aceros aleados como el acero al níquel-cromo, al níquel y al cromo-vanadio. Se forman mediante laminación en caliente y estirado y rectificado en frío. Los materiales utilizados habitualmente para los ejes convencionales son acero al carbono de grado 50C12, 50C4, 45C8, 40C8.
El material utilizado para el eje debe tener las siguientes propiedades:
Los materiales deben tener alta resistencia;
Los materiales deben tener una alta resistencia al desgaste;
Los materiales deben tener propiedades de tratamiento térmico;
Los materiales deberían tener buenas propiedades mecánicas;
El material debe tener una baja sensibilidad a las muescas.
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Tamaño estándar del eje
Eje mecánico
Hasta 25 mm en pasos de 0.5 mm.
eje de transmisión
Tamaño estándar del eje - longitud del paso;
longitud de paso de 25 mm a 60 mm-5mm;
longitud de paso de 60 mm a 100 mm-10mm;
longitud de paso de 110 mm a 140 mm-15mm;
Pasos de 140 mm a 500 mm - 20 mm.
Los ejes de máquina están disponibles en tamaños estándar de hasta 25 mm en pasos de 5 mm. Para los ejes, las longitudes estándar son 5 m, 6 my 7 m, pero generalmente son de 1 ma 2 m.
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tensión en el eje
La tensión inducida en el eje es:
Esfuerzo cortante debido a la transmisión de par (par debido a carga de torsión);
Esfuerzos de flexión, que son de naturaleza compresiva o de tracción, debidos a fuerzas que actúan sobre elementos mecánicos como poleas y engranajes y al peso propio del eje;
Esfuerzos combinados causados por cargas de flexión y torsión.
El esfuerzo cortante máximo permitido de la tensión de diseño es:
1. El eje es de 56000 kN/m2 y hay espacio para el chavetero.
2. El eje es de 42000 kN/m2 sin margen de chavetero.
El esfuerzo de flexión máximo permitido es:
1. El eje tiene 112000 kN/m2 y hay espacio para el chavetero.
2. El eje tiene 84000 kN/m2 sin margen de chavetero.
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Fabricación de ejes
El eje se fabrica mediante un proceso de laminación en caliente. La resistencia del eje es mayor cuando se lamina en frío en comparación con la laminación en caliente, pero el laminado en frío provoca altas tensiones residuales que hacen que el eje se deforme durante el procesamiento. El proceso de forjado se utiliza para crear ejes de mayor diámetro.
Una vez completado el laminado, se procesa el extremo del eje, se monta un extremo del eje en la máquina de inspección y el otro extremo del eje se sostiene en la torreta del torno. Para terminar el eje, la herramienta se mantiene en su lugar mediante el portaherramientas y, cuando se enciende la alimentación, el mandril comienza a girar el eje.
Los indicadores de cuadrante se utilizan para verificar la concentricidad del eje antes del mecanizado y realizar diversas operaciones como torneado, refrentado, ranurado y torneado cónico, según el propósito. Las aplicaciones de alto volumen, CNC y otras son las más adecuadas para los procesos de mecanizado finales. También se puede mecanizar con una máquina CNC de doble extremo con el eje sujeto entre la rotación de la herramienta y el dispositivo.
Para lograr concentricidad y redondez, las herramientas giratorias deben estar enfrentadas entre sí en líneas centrales. Los ejes de transmisión y los motores suelen fabricarse mediante este proceso.
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Transmisión por eje
Sabemos que el eje se utiliza para la transmisión de potencia, por lo que la fórmula utilizada para calcular la transmisión de potencia es: P=2πnT/60. Entre ellos, P es la potencia transmitida (W); n son las revoluciones por minuto (rpm); T es el par en N·m.
Velocidad de ejes para diversas aplicaciones:
1. Maquinaria: 100~200;
2. Maquinaria para trabajar la madera: 250~700;
3. Industria textil: 300~800;
4. Taller de maquinaria ligera: 150~300;
5. Eje auxiliar: 200~600.
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Diseño de eje
Los ejes se pueden diseñar mediante dos procesos diferentes basados en diferentes consideraciones de carga:
1. Diseño de eje basado en la resistencia Los ejes de transmisión suelen ser susceptibles a momentos de flexión, pares de torsión, tirones axiales y combinaciones de los mismos. Normalmente, los rodamientos se cargan con una combinación de tensiones de torsión y flexión.
Esfuerzo de tracción del rodamiento:
Esfuerzo de tracción=P/A
Entre ellos, A=(π/4)xD2, D es el diámetro del eje en mm.
Momento flector del rodamiento:
Esfuerzo de flexión=(MbxY)/I
Entre ellos, Mb=momento flector; Y=D/2, donde D es el diámetro; I=momento de inercia=(πxD4)/64
Par de rodamiento:
Esfuerzo de torsión=MtxR/J
Entre ellos, Mt=momento de torsión; R=D/2, donde D es el diámetro; J=momento polar de inercia=(πxD4)/32
2. Diseño del eje basado en la rigidez.
Se dice que un eje de transmisión es rígido en función de su rigidez torsional si el eje no gira demasiado.
{Mt/J}={(Gxθ)/L}
Entre ellos, Mt=torque mm en N; J=momento polar de inercia=(πxD4)/32; D=diámetro del eje (mm); θ=ángulo de torsión; G=módulo de rigidez N/mm2.
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Ventajas y desventajas de los ejes.
Ventajas del eje
Es menos probable que se queden atascados;
Requieren menos mantenimiento que los sistemas de cadena;
Tienen una alta resistencia a la torsión;
Tienen valores de momento polar de inercia elevados;
Son muy fuertes y es poco probable que fracasen;
La forma interna de los ejes huecos es hueca, por lo que requieren menos material;
Para el mismo valor de transmisión de par, un eje hueco es más liviano que un eje macizo;
Tienen un radio de giro muy alto.
Desventajas del eje
Tienen pérdida de potencia por acople flojo;
Vibran mientras giran;
Producen un ruido constante;
Mayores costos de fabricación y mantenimiento;
Difícil de fabricar;
Cambiar la velocidad de un eje no es fácil;
Largo tiempo de inactividad debido a problemas mecánicos;
Gotas de aceite en ejes elevados;
El uso de acoplamientos elastoméricos (como acoplamientos de ballestas) puede provocar pérdidas de velocidad entre los ejes;
Si un eje falla, su reparación llevará mucho tiempo.
