VALORES PRELIMINARES DE DISEÑO Kt

1.3.1. VALORES PRELIMINARES DE DISEÑO Kt

Aquí se consideran los tipos de discontinuidades geométricas que se

encuentran con más regularidad en ejes que transmiten potencia: cuñeros,

chaflanes de hombros y ranuras para anillos de sujeción. En cada caso, de un

valor de diseño que se sugiere relativamente alto se obtiene un resultado

conservador para la primera aproximación hacia el diseño. De nuevo, se hace

énfasis que en el diseño final debe verificarse la seguridad. Esto es, si el valor final

es más bajo que el valor original de diseño, el diseño aún es seguro. Por el

contrario, si el valor final es más alto, habrá que analizar otra vez las tensiones

para el diseño.

1.3.2. CUÑEROS

Un cuñero consiste en una ranura longitudinal que se corta en un eje o una

flecha para montar una cuña, ello permite transferir torque a partir del eje hacia un

elemento que transmite potencia o viceversa. “ANÁLISIS Y DISEÑO DE EJES PARA LA TRANSMISIÓN DE POTENCIA”

MONOGRAFÍA 12

Dos son los tipos de cuñeros que se utilizan con mayor frecuencia: el de

perfil y el de corredera o rastra (figura 1-4). El cuñero de perfil se fresa en el eje o

flecha utilizando una punta en la fresa con diámetro igual al ancho de la cuña. La

ranura resultante tiene el fondo plano y en su extremo presenta una esquina

aguda a escuadra. El cuñero de corredera o rastra se fabrica con una cortadora

circular para fresar con espesor igual al ancho de la cuña. A medida que la

cortadora inicia o termina el cuñero, se obtiene un radio continuo. Por este motivo,

el factor de concentración de tensión para el cuñero de corredera o rastra es más

bajo que el del cuñero de perfil. Los valores de diseño que por lo regular se utilizan

son:

Kt = 2.0 (perfil)

Kt = 1.6 (de corredera o rastra)

Cada uno de estos valores debe aplicarse al cálculo de esfuerzo o tensión

por flexión de la flecha o eje. Los factores consideran tanto la reducción en

sección transversal, como el efecto de la discontinuidad. Si la tensión por esfuerzo

de corte por torsión es variable en lugar de constante, el factor de concentración

de tensión también se aplica a ello.

Figura 1-4 Cuñeros

1.3.3. CHAFLANES DE HOMBROS

Cuando en un eje se presentan cambios de diámetro para producir un

hombro contra el cual se coloca un elemento mecánico, se genera una

concentración de tensión que depende de la relación entre los diámetros y el “ANÁLISIS Y DISEÑO DE EJES PARA LA TRANSMISIÓN DE POTENCIA”

MONOGRAFÍA 13

diámetro del chaflán (figura 1-5). Se sugiere que el diámetro del chaflán sea lo

más grande posible para minimizar la concentración de tensión; sin embargo, a

veces el diseño del engrane, el cojinete u otro elemento afecta el radio que puede

utilizarse para fines de diseño. Los chaflanes se clasificarán de acuerdo con dos

categorías: con bordes cortantes y con bordes redondeados.

Figura 1-5 chaflanes en ejes

En este caso el término con bordes cortantes en realidad no significa eso,

es decir, sin ningún radio de chaflán en absoluto. Tal configuración de hombro

tendría un factor de concentración de tensión en extremo alto y esto debe evitarse.

Por el contrario, con bordes cortantes describe un hombro con un radio de chaflán

relativamente pequeño. Una situación en la que es probable que se presente el “ANÁLISIS Y DISEÑO DE EJES PARA LA TRANSMISIÓN DE POTENCIA”

MONOGRAFÍA 14

caso anterior es donde se va a colocar un cojinete de bola. El canal interno del

cojinete tiene un radio que se produce en la fábrica; no obstante, es pequeño. El

radio del chaflán en el eje debe ser aún más pequeño para que el cojinete asiente

debidamente contra el hombro. Cuando se coloca un elemento con un chaflán

más grande en su diámetro interior que asienta contra el hombro.

Cuando se coloca un elemento con un chaflán más grande en su diámetro

interior que asienta contra el hombro o cuando no asienta nada que se apoye en el

hombro, el radio del chaflán puede ser mucho más grande, bien redondeado, y el

factor de concentración de esfuerzo es más pequeño. Para el diseño de flexión

utilizaremos los valores siguientes

Kt = 2.5 (chaflán con bordes cortantes)

Kt = 1.5 (chaflán bien redondeado)

En la gráfica para factores de concentración de tensión podrá observar que

estos valores corresponden a relaciones de r/d de aproximadamente 0.03 para el

caso del chaflán con bordes cortantes y de 0.17 para el chaflán con los bordes

bien redondeados para un relación D/d de 1.50.

1.3.4. RANURAS PARA ANILLOS DE SUJECIÓN

Los anillos de sujeción se utilizan en muchos tipos de aplicaciones en los

ejes. Los anillos se colocan en ranuras que se hacen en las flechas o ejes,

después que se ubica en su lugar el elemento que se va a sujetar. La geometría

de la ranura la establece el fabricante del anillo. Su configuración común es una

ranura hueca con los bordes de las paredes rectas al igual que su fondo y un

chaflán pequeño en la base de la ranura. Se puede obtener una idea aproximada

del comportamiento de la flecha en el área que circunda la ranura si se considera

dos hombros con chaflán de bordea cortantes colocados casi juntos. En

consecuencia, el factor

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