UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA FACULTAD DE INGENIERÍA AGRÍCOLA
CHAVETAS, PASADORES, ELEMENTOS ESTRIADOS Y ACOPLAMIENTOS
CURSO:
Análisis de elementos de mecanismos y máquinas
PROFESOR: Ing. Manuel Obando
ALUMNO:
Montañez Ortega, José Carlos
La molina, 26 de Junio del 2014
I.
INTRODUCCIÓN
La operatividad de una máquina, se basa en los elementos mecánicos que van montados como accesorios importantes en ejes, siendo algunos de ellos los engranajes, poleas, volantes, ruedas dentadas, etc. que transmiten potencia; esto depende en gran parte de las uniones del eje y el elemento deseado. Entre las cuales tenemos a las chavetas, pasadores y elementos estriados. Las chavetas son desmontables facilitando así el ensamble y desarmado del sistema del eje. Se instala dentro de una ranura axial que se instala en el eje o en una ranura transversal a los componentes. Los pasadores son varillas metálicas de secciones variadas, normalmente circulares, que realizan la unión ente dos piezas interponiéndose entre ellas, "pasando a través de ellas". Normalmente están diseñados para fallar ante esfuerzos grandes. Por último, las uniones por estrías se utilizan cuando la potencia que se transmite es importante y no basta con una chaveta. Además, cuando se desea obtener un desplazamiento axial fácil y preciso de un órgano de transmisión sobre su árbol. Las uniones mencionadas son elementos importantes para el montaje de mecanismos dentro de una máquina, específicamente en el eje transmisor de potencia. Por ende, es importante conocerlas y analizarlas, pues su uso es amplio en el ámbito de maquinaria agrícola.
II.
OBJETIVOS Reconocer los elementos desmontables de sujeción dispuestos en las distintas máquinas que hay en el pool y en el taller. Reconocer la función que desempeñan los elementos desmontables en las máquinas, algunos son de sujeción, otros de transmisión, Reconocer, dibujar y describir tipo s de pasadores, chavetas y elementos estriados.
III.
MARCO TEORICO
PASADORES
Son vástagos de acero de forma cilíndrica o cónica, cuyos extremos están abombados o mecanizados en forma de chaflán para facilitar su introducción en un orificio común a dos o más piezas, provocando su inmovilización (pasador de sujeción), o asegurando la posición relativa entre las piezas (pasador de posición). También se puede utilizar como elemento de guía o articulación. Existen diferentes tipos de pasadores, cada uno de ellos con unas aplicaciones determinadas: pasadores estriados, pasadores con cabeza, pasadores abiertos o de aletas; a su vez, pueden disponer una espiga roscada en el extremo del vástago, para, con la ayuda de una tuerca, facilitar o evitar su extracción, según los casos. Los pasadores pueden absorber esfuerzos cortantes, sin embargo, no pueden trabajar a tracción.
TIPOS DE PASADORES: Los pasadores deben ser más duros que las piezas que van a unir. Si por razones de funcionamiento no se pueden desgastar los pasadores, deberán ser empleados entonces pasadores templados.
1. PASADOR CILÍNDRICO: Se emplea como elemento de fijación y de posicionamiento entre dos o más piezas. La fijación de estos pasadores se realiza mediante un ajuste con apriete sobre una de las piezas y con juego sobre la otra.
DESIGNACIÓN: Pasador cilíndrico ∅ 10m6 x 60 DIN7.
2. PASADOR CÓNICO: Se emplea para asegurar la posición relativa de elementos mecánicos que se montan y desmontan con relativa frecuencia, puesto que la forma cónica del vástago facilita el centrado de las piezas. Tiene una conicidad de 1:50. El alojamiento cónico del pasador se debe mecanizar una vez ensambladas las piezas.
DESIGNACIÓN: Pasador cónico ∅ 10 x 60 DIN1
3. PASADOR CÓNICO CON ESPIGA ROSCADA: Se utiliza allí donde la extracción de un pasador cónico normal resultaría complicada. Tiene una conicidad de 1:50. Al apretar la tuerca auxiliar, el pasador se extrae con facilidad.
DESIGNACION: Pasador cónico con espiga roscada ∅ 10 x 80 DIN7977
4. PASADOR AJUSTADO CON CABEZA: Es un elemento de unión empleado en articulaciones que tienen habitualmente juego en el cojinete. Se asegura por medio de arandelas y pasadores de aletas o bien va provisto de extremo roscado.
DESIGNACION: Pasador ajustado con cabeza ∅ 20h11 x 40 DIN1438
5. PASADORES ESTRIADOS: Estos tienen 3 entalladuras longitudinales, las cuales se desplazan 120° al rededor de la periferia. De acuerdo a la diferente configuración de las entalladuras se emplean diferentes tipos de acabado. Los pasadores estriados se golpean en perforaciones sencillas, sin frotación, el asentamiento fijo resulta a través de la deformación elástica de los refuerzos de las entalladuras. Estos pueden ser empleados hasta 20 veces. Pasadores estriados: 1- pasador estriado cilíndrico 2- pasador estriado cónico 3 -pasador estriado elástico 4 -pasador cilíndrico estriado central 5 -pasador estriado con espiga cilíndrica
6. REMACHES ESTRIADOS: Se diferencian en la forma de la cabeza.
Ejemplo de denominación: Remache redondo estriado Ø 4 × 20. - diámetro nominal 4 mm - longitud sin cabeza 20 mm Remaches hendidos 1 -remache redondo estriado 2 -remache estriado avellanado
7. PASADOR DE ALETAS: Está formado por un alambre de sección semicircular plegado sobre sí mismo y permitiendo un ojal que actúa de tope y facilita su extracción. Una vez introducido en su alojamiento se doblan en sentido opuesto sus extremos produciendo su fijación. Su norma es DIN 94 y UNE 17059.
8. PASADORES ELÁSTICOS: Descripción de los pasadores elásticos DIN 1481. El pasador elástico es un cilindro hueco, longitudinalmente tiene una ranura de un extremo a otro, para facilitar su introducción se ha previsto en uno o en los dos extremos (según el diámetro nominal) un chaflán, ya que el pasador libre tiene un diámetro exterior mayor con relación al diámetro nominal del taladro de su alojamiento, cuando el pasador queda introducido en el taladro, queda comprimido y retenido, debido a la fuerza elástica ejercida contra las paredes de dicho taladro, la ranura se reduce en anchura pero sigue permaneciendo abierta.
CHAVETAS Piezas prismáticas de acero de sección cuadrada o rectangular y caras paralelas; aunque puede presentar diferentes variantes, atendiendo a su forma y al modo de sujeción al chavetero del árbol: con extremos redondos, con extremos rectos, con uno o varios taladros para alojar tornillos de retención, con chaflán para facilitar su extracción , capaces de transmitir esfuerzos entre las piezas que unen. Las chavetas se introducen en un entalle o ranura practicada a la pieza y denominado chavetero. Las uniones de chaveta son uniones soltables, en las cuales las piezas que deben realizar un movimiento rotativo, se unen entre sí, a través de elementos de unión de arrastre de forma; estos son las chavetas. Es decir impiden el movimiento relativo entre el cubo y el eje intercalándose entre ellos.
Fig 1
Figura 1 - Unión de chaveta (1 chaveta, 2 eje, 3 cubo)
Las uniones de chaveta son realizadas, con el fin de :
Unir piezas de máquinas, que deben realizar un movimiento rotativo, con un giro de circulación exacto
Asegurar piezas de máquinas en su posición, con uniones por apretamiento y cónicas, de tal forma que pueden realizar un movimiento rotativo con giro de circunvalación exacto
Unir piezas de máquinas con ejes, de tal forma que pueden realizar un movimiento axial de desplazamiento, garantizando también un movimiento rotativo.
Tipos de Chavetas:
1) Chavetas Longitudinales Colocadas en sentido longitudinal al eje del árbol, alojadas en huecos tallados llamado chaveteros, y se emplean para fijar órganos giratorios o con movimiento alternativo a los ejes. Su acción consiste en la creación de una compensación radial entre el eje y el cubo, de manera que estos quedan unidos fuertemente pero con posibilidad de desmontaje. • Enchavetados forzados: Por acuñamiento – Chavetas sin cabeza – Chavetas con cabeza
Chavetas sin cabeza DIN 6886 Designación Chaveta “TIPO” b x h x l DIN 68 86
Unión por acuñamiento de las caras de la chaveta contra los asientos del eje y del cubo.
Ejerce presión sobre el eje y el cubo (inclinación 1:100)
Chavetas con cabeza DIN 6887 Designación Chaveta con cabeza b x h x l DIN 6887
Unión por acuñamiento de las caras de la chaveta contra los asientos del eje y del cubo. Montaje ejerciendo presión sobre la cabeza.
2) Chavetas Tangenciales Se disponen tangencialmente a la superficie de contacto. • La norma DIN 268 recoge sus dimensiones • Consiguen hacer solidaria la traslación y rotación entre las dos piezas. • Se montan siempre como dos pares en sentido contrapuesto (unas transmiten el giro en un
sentido y otras en el otro) Se disponen en un ángulo de 120
0
Designación: Chaveta Tangencial bxt1xl DIN 268
EJES NERVADOS Son elementos cilíndricos, en cuya superficie periférica se mecanizan unos dientes equidistantes entre sí, los cuales se alojaran en unos espacios análogos practicados en la superficie interior de la pieza a unir. Se utilizan cuando la potencia que se transmite es importante y no basta con una chaveta. La Norma Internacional recoge la siguiente definición: " Conexión coaxial de elementos que
transmiten un par a través del acoplamiento simultáneo de los dientes equidistantes entre sí, situados alrededor de la periferia de una pieza cilíndrica exterior con acoplamiento en los espacios análogos situados alrededor de la superficie interna correspondiente de la pieza con agujero cilíndrico" (ISO4156:1981).
Se trata de una unión de dos elementos que les permita un giro de forma solidaria mediante ejes acanalados.
Los ejes nervados los podemos encontrar:
Las cajas de cambio
Embragues mecánicos
Cajas automáticas
Tipos De Ejes Nervados
Existen dos tipos de ejes nervados, aquellos cuyo perfil es de caras planas y aquel cuyo perfil corresponde con una evolvente.
1) Ranurado con perfil de caras planas: Transmiten grandes pares, pero no son aptos para grandes velocidades. Existen tres series, la serie ligera, media y pesada. Se designan con su correspondiente símbolo gráfico, la norma ISO, número de nervios, diámetro menor y diámetro mayor.
DESIGNACIÓN Perfil de cubo nervado A nº nervios x d1 x d2 DIN 5462-5464 Perfil de eje nervado B nº nervios x d1 x d2 DIN 5462-546 4 DENTADO RECTO
2) Ranurado con perfil de evolvente Permiten grandes velocidades de rotación y muy buen centraje. Se proyectan y fabrican con las mismas técnicas que el dentado de engranajes. Se designan con los mismos criterios que los anteriores.
DESIGNACIÓN Perfil de cubo nervado A d1 x d2 DIN 5482 Perfil de eje nervado B d1 x d2 DIN 5482 DENTADO ENVOLVENTE
3) Ranurado con dientes entallados El perfil de las caras de los dientes o espacios presenta generalmente un ángulo de presión de 60º. Se obtiene con ellos un peor centraje que los dos anteriores pero permite ajustar un elemento según distintas.
DESIGNACIÓN Perfil de cubo nervado A d1 x d3 DIN 5481 Perfil de eje nervado B d1 x d3 DIN 54 DENTADO ENTALLADO
I.
PROBLEMAS
Problema I:
a. ¿Qué momento torsional haría fallar en corte, a una chaveta cuadrada de 3 ½ “ de longitud por 1” de ancho, el diámetro del eje giratorio es 4” Φ? El esfuerzo de corte final para el acero de la chaveta es 48 000 PSI. b. ¿Qué potencia podría transmitirse a 72 RPM por la chaveta si se recomienda usar un factor de seguridad de 4? c. ¿Cuál será el esfuerzo de compresión σ c sobre el canal chavetero en condiciones de operación? d. Dibujar el montaje con todos sus elementos. Solución: Datos:
Diámetro de la flecha de giro: D = 4” Φ = 2R Velocidad del eje: n = 75 rpm Longitud de la chaveta: L = 3 ½” Ancho de la chaveta: B = 1” Factor de seguridad: F.R = 4 Esfuerzo cortante final: ζf = 48 000 Lb/pulg .2
a. Fuerza torsional que actúa en la superficie tangencial de la flecha (F) y área de la chaveta perpendicular a la Fuerza torsional (As) As = B x L = 1” x 3 ½” = 3 ½ pulg. 2 F = As x ζf = 3 ½ pulg. 2 x 48 000 Lb. /pulg. 2 →
F = 168 000 Lb.
Momento torsional o par de giro que produce falla en la chaveta: T = F x R = 168 000 Lb. x 2 pulg. → T = 336 000 Lb. – pulg. b. Esfuerzo cortante para que la chaveta no falle (ζ) ζ =
=
→ ζ = 12 000 Lb/pulg.2
As = B x L = 1” x 3 ½” = 3 ½ pulg. 2 Fs = As x ζ = 3 ½ pulg.2 x 12 000 Lb. /pulg. 2 →
Fs = 42 000 Lb.
Par torsional de giro o de diseño (Td): Td = Fs x R = 42 000 Lb. x 2 pulg. → Td = 84 000 Lb- pulg.
Potencia a transmitir en el sistema (P): P (Hp) =
() → P = 96 Hp
P (Hp) =
c. Esfuerzo de compresión (σc) σc =
= x 1
→ σc = 24 000 Lb/pulg .2 d. Montaje con todos sus elementos.
Problema III: Una polea está fijada a una flecha de 75 mm Φ, que gira a 200 rpm por medio de una chaveta plana de 19.05 mm. de ancho y 130 mm. de longitud. Los esfuerzos permisibles en la chaveta 2 2 son 6.5 Kg/mm al esfuerzo cortante y 9.86 Kg/mm al esfuerzo de compresión (aplastamiento). Determinar:
a. La potencia que puede transmitir. b. La altura necesaria de la chaveta. c. El esquema gráfico del montaje de la unión por chaveta.
Solución: Datos:
Diámetro del eje: D = 75 mm. Velocidad del eje: n = 200 rpm Longitud de la chaveta: L = 130 mm. Ancho de la chaveta: B = 19.05 mm. Ss = 6.50 Kg. / mm 2 Sc = 9.86 Kg. / mm 2 a. Calcular el esfuerzo de corte, el torque que puede transmitir, por ser independiente de la altura de la chaveta.
Ss = T=
→
T=
= 605 646.88 Kg-mm.
Relacionando con la potencia (P) P (Hp) =
P (Hp) =
→ P = 168.62 Hp
b. Altura de la chaveta. Por aplastamiento: H=
Sc =
= = 25.12 mm.
H = 26 mm.
