Chavetas
CHAZ, Ivan 2014
CHAVETAS Las poleas, engranajes y elementos similares para transmitir potencia a un árbol o desde un árbol deben estar rígidamente fijados por contracción, tornillos de fijación, chavetas longitudinales o transversales.Los ajustes forzados por contracción son convenientes para montajes permanentes, los tornillos para esfuerzos moderados y las chavetas transversales para cargas axiales. Cuando deben desarmarse las piezas o cuando deben trasmitirse esfuerzos de torsión, se utilizan chavetas longitudinales.La chaveta es una pieza de metal que encaja en las ranuras apareadas en el árbol o elemento acoplado, transmitiendo la potencia por corte. El tallado del chavetero en el eje reduce su resistencia y rigidez, que depende de la forma y tamaño del chavetero. TIPOS DE CHAVETAS LONGITUDINALES 1. 2. 3. 4.
Chaveta cuadrada Rectangular Plana Cóncava (apoyada pero su forma acompaña a la circunferencia)
5. Redonda 6. Rectangular doble tangencial 7. Semicircular o Woodroff 8. De talon acuñado (acuñamiento 1:100) W ancho; D Diámetro; h Altura El tipo mas común es la cuadrada encajada mitad en el eje y mitad en el cubo; es el tipo mas usado. Las rectangulares en aquellos casos donde no conviene debilitar el eje. La chaveta tangencial rectangular, cuadrada dobles y la chaveta Barth se usan en grandes ejes para servicios pesados. Las chavetas redondas tienen la ventaja que el chavetero puede ser perforado y escariado después de montado las piezas apareadas (monto y luego perforo). Las pequeñas chavetas redondas se usan para fijar manivelas, volantes de manos, y otras piezas con pequeños esfuer zos.Algunos fabricantes usan chaveta redonda en ejes, para servicios servicios pesados mayores de 150 mm de diámetro, debido a que la ausencia de las esquinas reduce la alta concentración de tensiones que existen en los chaveteros rectangulares. Las chavetas chavetas longitudinales longitudinales pueden ser rectas o acuñadas, acuñadas, inclinación (en caso de la cuña) vale 1:100, y el diámetro es:
la
Chavetas
Diámetro del eje menor a 150mm ¼diam. Eje
Diametro del eje mayor a 150mm 1/5 diam. Eje
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Las chavetas cóncavas se usan para esfuerzo moderado y en caso que se necesite un cambio de posición en los elementos apareados (no están ligados los elementos, solo apoyados) y/o no pueda hacerse un chavetero en alguna de las piezas. Las lengüetas son chavetas planas que se utilizan cuando debe haber movimiento relativo axial entre el eje y el cubo; (ejemplo de esto es el caso de la perforadora de banco, donde esta fija la polea que le da el movimiento giratorio, pero el mandril debe
deslizarse).
multiples
Las
chavetas
son
chavetas
permanentes construidas íntegramente con el eje y que ajustan en chaveteros (estrias) brochadas (hechas con maq brochadora) en el cubo.
TENSIONES EN LAS CHAVETAS LONGITUDINALES
F
Cuando el chavetero se talla mitad en el eje, las fuerzas se transmiten por compresión sobre las caras AB y DE. Estas Zfuerzas de compresión actúan como una cupla, que tiende a
F F
A
E
B D
hacer girar la chaveta; y si la misma ajusta en las cuatro caras, induce una cupla resistente que actua sobre las caras CD y AF, representadas por las fuerzas F’ .La fuerza de aplastamiento se halla aproximadamente tomando que la fuerza F actua sobre la circunferencia del eje.Tomando: MtMomento
torsor transmitido [Kg cm] DDiámetro [cm] LLargo Chaveta [cm] W Ancho [cm] H Altura [cm]
=
2
La tensión de aplastamiento sobre las caras AB y DE
=1 2
F
.
’
C
F
’
F
Chavetas
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Reemplazamos:
=
.
. .
Para que nuestro chavetero no se rompa vamos a determinar una tensión de corte: reemplazando:
c
=
F
.
=
. .
La chaveta deberá ser igualmente resistente al aplastamiento como al corte y esta condición se satisface si despejamos el momento torsor:
4
.
=
2
Quedando finalmente una relación para el chavetero:
=
.
Cuando la chaveta ajusta en las cuatro caras, la tensión de aplastamiento permisible para los materiales comunes de chavetas, vale por lo me nos dos veces la tensión permisible al corte.Suponiendo que [ 2
σ c
=
a ];
la ecuación indica que la chaveta cuadrada es la mas indicada. En este
caso solo es necesario verificar la chaveta por resistencia al corte (su falla solo será por corte).Cuando la chaveta no ajusta en las cuatro caras, la tensión de aplastamiento permisible vale 1,7 veces la tensión de corte permisible.-
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Cuando la chaveta se hace del mismo material que el eje, la resistencia necesaria para trasmitir la potencia se determina igualando su resistencia al corte con la resistencia a la torsión del eje. De aquí:
τ
CM
=
2 Mt DLW
=
1 0,75
∗
Mt . C Ip
=
1 0,75
∗π
16 Mt D3
Si W = D/4 entonces ---- L = 1,18 D --> Adoptamos L = 1,2 D C = Distancia de la fibra más alejada del centro. Adoptamos un valor 0.75 en la ecuación teniendo en cuenta el debilitamiento del chavetero sobre la resistencia del eje.-
CHAVETA TRANSVERSAL En la chaveta transversal, la potencia se transmite por corte sobre un área perpendicular a su longitud en lugar de un área paralela a su longitud. La chaveta es generalmente una planchuela acuñada para asegurar un ajuste forzado.La figura muerta un tipo de unión a chaveta
transversal
o
cuña.
El
siguiente ejemplo ilustrara la manera de
determinar
las
tensiones
y
dimensiones de una unión a chaveta transversal típica.-
PASADORES CONICOS Los pasadores cónicos comunes pueden usarse como elementos de unión para trabajos livianos, colocándolos tangencialmente al eje o sobre un diámetro como muestra la figura.-
Los ejes huecos comúnmente son conectados por medio de un buje y pasadores cónicos como se observa en la figura.-
Chavetas
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Los agujeros para los pasadores deben perforarse y escariarse con un escariador cónico después que la pieza ha sido montada. El diámetro del extremo más grande del pasador debe ser ¼ del diámetro del eje y la conicidad 1:50.-
UNIONES ARTICULADAS O DE PASADOR Se usan para conectar dos barras o varillas cuando es necesario una pequeña flexibilidad o mov angular. Los usos comunes son: en válvulas, eslabones de tracción en estructuras de puentes, conexiones de barras de palanca de muchas c lases.Considerando el Corte sobre el pasador y tracción en la barra principal:
∗τ → ∗σ ∗ στ =
2 (
1
2
=
c
4
1
Si { = 0,65
2
)
=
4
t
t
c
} d 1= 0,877d
Si el pasador entra holgado en el agujero de los brazos de la horquilla o placas de costado, se debe considerar la carga como uniformemente distribuida a lo largo de la parte media.
CONSIDERACIONES PRÁCTICAS
Los diámetros de los ejes se determinan generalmente a base de flecha límite y suelen ser más fuertes de lo necesario por lo que las chavetas proyectadas para transmitir la potencia total del eje suelen ser de tamaño excesivo.-
Consideraciones practicas exigen la longitud del tubo por lo menos 1,5 veces el diámetro del eje para obtener un buen apriete y para impedir el movimiento oxidantes sobre el eje y esa es la longitud mínima que debe usarse.-
Para facilitar la extracción, las chavetas deben hacerse con cabezas de talón y acuñadas en algunos casos se provee un agujero r oscado para un tornillo de extracción.-
Las chavetas de talón deben proveerse de una cubierta o guarda protectora para evitar accidentes durante su funcionamiento.-
Las chavetas transversales se colocan hasta conseguir una unión sin juego y las tensiones iniciales a veces son indeterminadas.-
Las formulas empíricas basadas en una amplia experiencia en un determinado servicio suele resultar más efectivo que un análisis teórico.-
