EjesSon componentes críticos en los sistemas mecánicos, sirviendo como la columna vertebral que soporta todos los elementos de transmisión, transmitiendo el par y los momentos flectores de los rodamientos. El diseño de un eje no solo debe centrarse en sus características individuales, sino también en su integración con la estructura general del sistema. Según el tipo de carga que experimentan durante el movimiento y la transmisión de potencia, los ejes se pueden clasificar en husillos, ejes de transmisión y ejes giratorios. También se pueden clasificar, según la forma de su eje, en ejes rectos, ejes excéntricos, cigüeñales y ejes flexibles.
Husillos
1. Husillo fijo
Este tipo de husillo solo soporta momentos de flexión mientras permanece estacionario. Su estructura simple y buena rigidez lo hacen ideal para aplicaciones como ejes de bicicletas.
2. Husillo giratorio
A diferencia de los husillos fijos, los husillos giratorios también soportan momentos flectores durante su movimiento. Son comunes en los ejes de las ruedas de trenes.
Eje de transmisión
Los ejes de transmisión están diseñados para transmitir par y suelen ser más largos debido a las altas velocidades de rotación. Para evitar vibraciones fuertes causadas por las fuerzas centrífugas, la masa del eje se distribuye uniformemente a lo largo de su circunferencia. Los ejes de transmisión modernos suelen utilizar diseños huecos, que proporcionan velocidades críticas más altas que los ejes sólidos, lo que los hace más seguros y eficientes en el uso de materiales. Por ejemplo, los ejes de transmisión de automóviles suelen fabricarse con placas de acero de espesor uniforme, mientras que los vehículos pesados suelen utilizar tubos de acero sin costura.
Eje giratorio
Los ejes giratorios son únicos porque soportan momentos de flexión y torsión, lo que los convierte en uno de los componentes más comunes en los equipos mecánicos.
Eje recto
Los ejes rectos tienen un eje lineal y se clasifican en ejes ópticos y escalonados. Los ejes rectos suelen ser sólidos, pero pueden diseñarse con un diseño hueco para reducir el peso, manteniendo la rigidez y la estabilidad torsional.
1. Eje óptico
De formas sencillas y fáciles de fabricar, estos ejes se utilizan principalmente para transmisión.
2. Eje escalonado
Un eje con una sección transversal longitudinal escalonada se denomina eje escalonado. Este diseño facilita la instalación y el posicionamiento de los componentes, lo que resulta en una distribución de carga más eficiente. Si bien su forma se asemeja a la de una viga con resistencia uniforme, presenta múltiples puntos de concentración de tensiones. Debido a estas características, los ejes escalonados se utilizan ampliamente en diversas aplicaciones de transmisión.
3. Árbol de levas
El árbol de levas es un componente crítico en los motores de pistón. En los motores de cuatro tiempos, el árbol de levas suele funcionar a la mitad de la velocidad del cigüeñal, pero aun así mantiene una alta velocidad de rotación y debe soportar un par motor significativo. Por lo tanto, su diseño exige requisitos rigurosos en cuanto a su resistencia y capacidad de soporte.
Los árboles de levas suelen fabricarse con hierro fundido especializado, aunque algunos se fabrican con materiales forjados para una mayor durabilidad. El diseño del árbol de levas desempeña un papel fundamental en la arquitectura general del motor.
4. Eje estriado
Los ejes estriados reciben su nombre por su apariencia distintiva, con chaveteros longitudinales en su superficie. Estos chaveteros permiten que los componentes giratorios montados en el eje mantengan una rotación sincronizada. Además de esta capacidad de rotación, los ejes estriados también permiten el movimiento axial, y algunos diseños incorporan mecanismos de bloqueo fiables para aplicaciones en sistemas de freno y dirección.
Otra variante es el eje telescópico, que consta de tubos interior y exterior. El tubo exterior tiene dientes internos, mientras que el interior tiene dientes externos, lo que permite que encajen perfectamente. Este diseño no solo transmite el par de rotación, sino que también permite extenderse y contraerse, lo que lo hace ideal para mecanismos de cambio de marchas.
5. Eje de engranaje
Cuando la distancia desde el círculo de dedendum de un engranaje hasta el fondo de la chaveta es mínima, el engranaje y el eje se integran en una sola unidad, conocida como eje del engranaje. Este componente mecánico soporta las piezas giratorias y trabaja en conjunto con ellas para transmitir movimiento, par o momentos flectores.
6. Eje sinfín
Un eje sinfín generalmente se construye como una unidad única que integra tanto el sinfín como el eje.
7. Eje hueco
Un eje diseñado con un centro hueco se conoce como eje hueco. Al transmitir par, la capa exterior de un eje hueco experimenta la mayor tensión cortante, lo que permite un uso más eficiente de los materiales. En condiciones donde el momento de flexión de los ejes huecos y macizos es igual, los ejes huecos reducen significativamente el peso sin comprometer el rendimiento.
Cigüeñal
El cigüeñal es un componente esencial de un motor, generalmente fabricado con acero estructural al carbono o hierro dúctil. Consta de dos secciones clave: el muñón principal y el muñón de biela. El muñón principal está montado en el bloque del motor, mientras que el muñón de biela se conecta al extremo grande de esta. El extremo pequeño de la biela está conectado al pistón en el cilindro, formando un mecanismo clásico de corredera de cigüeñal.
Eje excéntrico
Un eje excéntrico se define como un eje no alineado con su centro. A diferencia de los ejes convencionales, que facilitan principalmente la rotación de componentes, los ejes excéntricos pueden transmitir tanto la rotación como la revoluciones. Para ajustar la distancia entre ejes, los ejes excéntricos se utilizan comúnmente en mecanismos de articulación plana, como los sistemas de transmisión por correa trapezoidal.
Eje flexible
Los ejes flexibles están diseñados principalmente para transmitir par y movimiento. Gracias a su rigidez a la flexión, significativamente menor que su rigidez a la torsión, los ejes flexibles pueden sortear fácilmente diversos obstáculos, lo que permite la transmisión a larga distancia entre la potencia principal y la máquina en funcionamiento.
Estos ejes facilitan la transferencia de movimiento entre dos ejes con movimiento relativo sin necesidad de dispositivos de transmisión intermedios adicionales, lo que los hace ideales para aplicaciones de larga distancia. Su diseño simple y bajo costo contribuyen a su popularidad en diversos sistemas mecánicos. Además, los ejes flexibles ayudan a absorber impactos y vibraciones, mejorando el rendimiento general.
Las aplicaciones comunes incluyen herramientas eléctricas portátiles, ciertos sistemas de transmisión en máquinas herramientas, odómetros y dispositivos de control remoto.
1. Eje flexible de tipo potencia
Los ejes flexibles de potencia presentan una conexión fija en el extremo de la junta del eje blando, equipada con un manguito deslizante dentro de la junta de la manguera. Estos ejes están diseñados principalmente para la transmisión de par. Un requisito fundamental para los ejes flexibles de potencia es una rigidez torsional suficiente. Normalmente, estos ejes incluyen mecanismos antirretroceso para garantizar la transmisión unidireccional. La capa exterior está construida con un alambre de acero de mayor diámetro, y algunos diseños no incluyen varilla central, lo que mejora la resistencia al desgaste y la flexibilidad.
2. Eje flexible tipo control
Los ejes flexibles de control están diseñados principalmente para la transmisión de movimiento. El par que transmiten se utiliza principalmente para compensar el par de fricción generado entre el eje flexible de alambre y la manguera. Además de tener baja rigidez a la flexión, estos ejes también deben poseer suficiente rigidez a la torsión. En comparación con los ejes flexibles de potencia, los ejes flexibles de control se caracterizan por sus características estructurales, que incluyen la presencia de una varilla central, un mayor número de capas de bobinado y diámetros de alambre más pequeños.
Estructura del eje flexible
Los ejes flexibles generalmente constan de varios componentes: eje flexible de alambre, unión de eje flexible, manguera y unión de manguera.
1. Eje flexible de alambre
Un eje flexible de alambre, también conocido como eje flexible, se construye con múltiples capas de alambre de acero enrolladas entre sí, formando una sección transversal circular. Cada capa consta de varios hilos de alambre enrollados simultáneamente, lo que le confiere una estructura similar a la de un resorte multifilamento. La capa más interna de alambre se enrolla alrededor de una varilla central, mientras que las capas adyacentes se enrollan en direcciones opuestas. Este diseño se utiliza comúnmente en maquinaria agrícola.
2. Articulación de eje flexible
La unión de eje flexible está diseñada para conectar el eje de salida de potencia a los componentes de trabajo. Existen dos tipos de conexión: fija y deslizante. La fija se utiliza generalmente para ejes flexibles más cortos o en aplicaciones donde el radio de curvatura se mantiene relativamente constante. Por el contrario, la deslizante se emplea cuando el radio de curvatura varía significativamente durante el funcionamiento, lo que permite un mayor movimiento dentro de la manguera para adaptarse a los cambios de longitud a medida que esta se dobla.
3. Manguera y unión de manguera
La manguera, también conocida como funda protectora, protege el eje flexible de alambre del contacto con componentes externos, garantizando así la seguridad del operador. Además, almacena lubricantes y evita la entrada de suciedad. Durante el funcionamiento, la manguera proporciona soporte, facilitando el manejo del eje flexible. Cabe destacar que la manguera no gira con el eje flexible durante la transmisión, lo que permite un funcionamiento suave y eficiente.
Comprender los distintos tipos y funciones de los ejes es crucial para que ingenieros y diseñadores garanticen un rendimiento y una fiabilidad óptimos en los sistemas mecánicos. Al seleccionar el tipo de eje adecuado para cada aplicación, se puede mejorar la eficiencia y la longevidad de la maquinaria. Para obtener más información sobre los componentes mecánicos y sus aplicaciones, ¡manténgase al tanto de nuestras últimas actualizaciones!
Hora de publicación: 15 de octubre de 2024
