La chaveta permite la transmisión de potencia entre los elementos unidos. Ello implica dos posibles fallas de dicho elemento: falla por cizallamiento, y falla por aplastamiento.

Diseño de chaveta de sección cuadradaDiseño de chaveta de sección cuadrada

Falla por cizallamiento

La tensión en la sec. de corte es:

Utilizando el criterio de Tresca, aplicado a materiales dúctiles , la longitud necesaria para que no produzca falla considerando coeficiente de seguridad ns será

Utilizando el criterio de Tresca, aplicado a materiales dúctiles , la longitud necesaria para que no produzca falla considerando coeficiente de seguridad ns será

Falla por aplastamientoFalla por aplastamientoLa tensión de compresión sobre las caras laterales de la chaveta será:

Donde la tensión admisible de aplastamiento se considera 2 veces la tensión máxima admisible

Pero

Luego:

La longitud se calcula:

Se escogerá la longitud más desfavorable obtenido por los dos casos. El factor de seguridad se puede considerar hasta 3

Ejemplo de Aplicación:

El acoplamiento entre el eje de salida del motor mostrado y una polea que va acoplada sobre él, se realizará con una chaveta cuadrada.

El acoplamiento entre el eje de salida del motor mostrado y una polea que va acoplada sobre él, se realizará con una chaveta cuadrada.

La potencia a transmitir es 100 KW con 1200 rpm. El material del eje y la chaveta es acero ASSAB 7210 M. Calcular: El diámetro del eje y la chaveta con factor de seguridad 2

La potencia a transmitir es 100 KW con 1200 rpm. El material del eje y la chaveta es acero ASSAB 7210 M. Calcular: El diámetro del eje y la chaveta con factor de seguridad 2

a) Cálculo del eje:a) Cálculo del eje:

d1=31,718 mas 30% por chaveta d= 41 mm

b) Determinando dimensiones de la chavetab) Determinando dimensiones de la chaveta

Determinando la longitud de la chaveta por falla de cortadura:Determinando la longitud de la chaveta por falla de cortadura:

Determinando la longitud de la chaveta por falla de aplastamientoDeterminando la longitud de la chaveta por falla de aplastamiento

Pasos a realizar para calcular chaveta cuadrada Pasos a realizar para calcular chaveta cuadrada

1. Click en Key

2. Seleccionar el sistema ANSI

3. Seleccionar el material de la chaveta , y del eje

5. Colocar Design Key length

4. Colocar P, rpm. diámetro de eje y factor de seguridad

Seleccionar el sistema ANSI para chaveta de secc. cuadradaSeleccionar el sistema ANSI para chaveta de secc. cuadrada

Colocar la Potencia, rpm, diámetro del eje, material a emplear, y factor de seguridad

DISEÑO DE CHAVETAS WOODRUFDISEÑO DE CHAVETAS WOODRUF

Donde hay ensamble y desarmado relativamente sencillos así como una carga ligera debe considerarse una cuña Woodruff

Una cuña es un elemento de máquina que se coloca en la interfase del eje y la masa de una pieza que transmite potencia con el fin de transmitir torque. 

CHAVETAS WOODRUF

Ejemplo de AplicaciónEjemplo de AplicaciónUna cuña Woodruff de 5x21,63 se usa para acuñar un engranaje a un eje de acero SAE 1035 de diámetro 22 mm. La cuña se extiende 1,8 en el cubo del engranaje. Determinar la capacidad del momento de torsión de la cuña con factor de seguridad 1,5 basado en la resistencia de fluencia del material.

Datos:Datos:

Ф=22 mm. L=21,63 mm. b=5 mm f=1,8 f.s =1,5 . Acero SAE 1035 Su=569,4 MPa Sy =333,2 MPa

Ф=22 mm. L=21,63 mm. b=5 mm f=1,8 f.s =1,5 . Acero SAE 1035 Su=569,4 MPa Sy =333,2 MPa

Solución:Solución:

1. El esfuerzo cortante permisible según el código ASME es el más pequeño de 0,18*Su ó 0,30*Sy

1. El esfuerzo cortante permisible según el código ASME es el más pequeño de 0,18*Su ó 0,30*Sy

T=156,742 N-m

2. La capacidad del momento de torsión del eje con una reducción del 25% por el cuñero será:

3. La capacidad del momento de la cuña en corte , usando un área As es:

A=108,15 mm2

As=0,95*AAs=0,95*A As=102,742 mm2As=102,742 mm2

T1=150,629 N-mT1=150,629 N-m

Capacidad del momento de la cuña en corte , usando un área As

4. La capacidad de momento de torsión de la cuña en compresión será: (La cuña se extiende dentro del cubo t/2)

Considerando esfuerzo a la compresión igual a Sy:

T2=132,13 N-mLuego la capacidad del momento de torsión depende de la capacidad de la cuña en compresión

Eje EstriadoEje Estriado

Se denominan ejes estriados a los ejes que se les mecaniza unas ranuras en la zona que tiene para acoplarse con un engranaje u otros componentes para dar mayor rigidez al acoplamiento que la que produce un simple chavetero.

Dimensiones principales de los ejes nervadosDimensiones principales de los ejes nervados

Perfiles de ejes nervados y cubos ranurados para máquinas herramientasPerfiles de ejes nervados y cubos ranurados para máquinas herramientas

Perfiles de ejes nervados y cubos ranurados para máquinas herramientasPerfiles de ejes nervados y cubos ranurados para máquinas herramientas

Fórmulas principales:Fórmulas principales:

T Torsión N-m

Longitud mínima de las nervadurasLongitud mínima de las nervaduras

N número de nervaduras

Presión mínima admitidaPresión mínima admitida

Ejemplo de Aplicación 1

Ejemplo de Aplicación 1Un volante está acoplado a un eje de seis estrías

rectangulares tal como se muestra en la figura. Un volante está acoplado a un eje de seis estrías rectangulares tal como se muestra en la figura.

Determinar las dimensiones que tendrá el eje estriado de seis nervaduras que se empleará para transmitir un Par máximo de 500 N-m. si el sistema rotará a 1200 rpm El material considerado para el eje es acero Bohler V155

Determinar las dimensiones que tendrá el eje estriado de seis nervaduras que se empleará para transmitir un Par máximo de 500 N-m. si el sistema rotará a 1200 rpm El material considerado para el eje es acero Bohler V155

Solución:

T=500 N-m Par máximo

Ka=1 Factor de aplicación

Sv=5 Factor de seguridad

Kf= 1 Factor de vida útil

Donde:

Luego de tabla eje nervado es 36* 42* 8

Reemplazando valores en la fórmula se tiene:

Perfiles de ejes nervados y cubos ranurados para máquinas herramientasPerfiles de ejes nervados y cubos ranurados para máquinas herramientas

2. Determinando la longitud mínima de las nervaduras

Luego:

Presión mínima admitida

S= 0,5 de tabla

Longitud mínima

Colocar: Par máximo, rpm, factor de seguridad Colocar: Par máximo, rpm, factor de seguridad

Click en calculate, luego para verificar resultado poner el valor de nervadura determinada y click en calculate

Tensiones que se originan en las uniones forzadas en caliente

En los casos de uniones forzadas en caliente, debe calcularse el incremento de temperatura necesario para que el eje entre en el cubo sin dificultad.Luego el cubo debe calentarse hasta la temperatura ∆t grados centígrados para obtener la dilatación δ.

d Diámetro nominal del eje en mm.α Coeficiente de dilatación linealδ Apriete

d Diámetro nominal del eje en mm.α Coeficiente de dilatación linealδ Apriete

Cálculo de un asiento forzado:Cálculo de un asiento forzado:La figura mostrada es un ajuste montado a prensa entre un casquillo con calidad H7 y un eje con calidad u6. Ambos son de acero.Se sabe que las presiones de contacto que se originan en los casos máximo y mínimo apriete son de 245 N/mm2 y 84 N/mm2, siendo el coeficiente de rozamiento f=0,15.Calcular:a)La fuerza total de contactob)La fuerza de rozamiento originadac)Par necesario para hacer girar el casquillo

Solución:Solución:

1. Determinando la fuerza total de contacto

De ambos valores, el mas desfavorable es el mayorDe ambos valores, el mas desfavorable es el mayor

2. Determinando la fuerza de rozamiento originada

Ahora tomaremos el valor menor de F, considerando el caso del mayor agujero con el menor eje, a los efectos de seguridad contra el giro.

3. Par necesario para hacer girar3. Par necesario para hacer girar