Ejesson componentes críticos en los sistemas mecánicos, que sirven como la columna vertebral que soporta todos los elementos de transmisión mientras transmiten torque y soportan momentos de flexión. El diseño de un pozo no sólo debe centrarse en sus características individuales sino también considerar su integración con la estructura general del sistema de pozo. Dependiendo del tipo de carga experimentada 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 sólo soporta momentos flectores 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 de flexión durante el movimiento. Se encuentran comúnmente en los ejes de las ruedas de los trenes.
Eje de transmisión
Los ejes de transmisión están diseñados para transmitir torsión y suelen ser más largos debido a las altas velocidades de rotación. Para evitar fuertes vibraciones causadas por fuerzas centrífugas, la masa del eje de transmisión se distribuye uniformemente a lo largo de su circunferencia. Los ejes de transmisión modernos suelen utilizar diseños huecos, que proporcionan velocidades críticas más altas en comparación con los ejes sólidos, lo que los hace más seguros y eficientes en el uso de materiales. Por ejemplo, los ejes de transmisión de los automóviles suelen estar hechos de 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 equipos mecánicos.
Eje recto
Los ejes rectos tienen un eje lineal y se pueden clasificar en ejes ópticos y escalonados. Los shats rectos suelen ser sólidos, pero se pueden diseñar para ahuecarlos para reducir el peso y al mismo tiempo mantener la rigidez y la estabilidad torsional.
1.Eje óptico
De forma simple 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 posicionamiento de los componentes, lo que lleva a una distribución de carga más eficiente. Si bien su forma se asemeja a la de una viga con resistencia uniforme, tiene 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 normalmente funciona a la mitad de la velocidad del cigüeñal, pero aún mantiene una velocidad de rotación alta y debe soportar un par significativo. Como resultado, el diseño del árbol de levas impone requisitos estrictos en cuanto a su resistencia y capacidad de soporte.
Los árboles de levas suelen estar hechos de hierro fundido especializado, aunque algunos están fabricados con materiales forjados para una mayor durabilidad. El diseño del árbol de levas juega un papel vital en la arquitectura general del motor.
4. Eje estriado
Los ejes estriados reciben su nombre por su apariencia distintiva, con un chavetero longitudinal en su superficie. Estos chaveteros permiten que los componentes giratorios instalados 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 confiables para aplicaciones en sistemas de frenado y dirección.
Otra variante es el eje telescópico, que consta de tubos interiores y exteriores. El tubo exterior tiene dientes internos, mientras que el tubo interior tiene dientes externos, lo que les permite encajar sin problemas. Este diseño no solo transmite par de rotación sino que también proporciona la capacidad de extenderse y contraerse en longitud, lo que lo hace ideal para su uso en mecanismos de cambio de marchas de transmisión.
5.Eje del engranaje
Cuando la distancia desde el círculo de dedendum de un engranaje hasta la parte inferior del chavetero es mínima, el engranaje y el eje se integran en una sola unidad, conocida como eje de engranaje. Este componente mecánico soporta piezas giratorias y trabaja en conjunto con ellas para transmitir movimiento, torque o momentos de flexión.
6.Eje helicoidal
Un eje helicoidal normalmente se construye como una sola unidad que integra tanto el tornillo sin fin 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 el mayor esfuerzo cortante, lo que permite un uso más eficiente de los materiales. En condiciones en las que el momento flector de los ejes huecos y macizos es igual, los ejes huecos reducen significativamente el peso sin comprometer el rendimiento.
Cigüeñal
Un cigüeñal es un componente crítico en un motor, generalmente hecho de acero estructural al carbono o hierro dúctil. Cuenta con 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 la biela se conecta al extremo grande de la biela. El extremo pequeño de la biela está unido al pistón del cilindro, formando un mecanismo clásico de manivela y corredera.
Eje excéntrico
Un eje excéntrico se define como un eje cuyo eje no está alineado con su centro. A diferencia de los ejes ordinarios, que facilitan principalmente la rotación de los componentes, los ejes excéntricos son capaces de transmitir tanto la velocidad como la revolución. Para ajustar la distancia central entre ejes, los ejes excéntricos se utilizan comúnmente en los mecanismos de articulación planos, como los sistemas de transmisión por correa trapezoidal.
Eje flexible
Los ejes flexibles están diseñados principalmente para transmitir par y movimiento. Debido a su rigidez a la flexión significativamente menor en comparación con su rigidez torsional, los ejes flexibles pueden sortear fácilmente diversos obstáculos, lo que permite la transmisión a larga distancia entre la potencia principal y la máquina de trabajo.
Estos ejes facilitan la transferencia de movimiento entre dos ejes que tienen 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 herramienta, odómetros y dispositivos de control remoto.
1.Eje flexible tipo potencia
Los ejes flexibles de potencia cuentan con una conexión fija en el extremo de la junta del eje blando, equipado 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 anti-retroceso para asegurar la transmisión unidireccional. La capa exterior está construida con un alambre de acero de mayor diámetro y algunos diseños no incluyen una varilla central, lo que mejora tanto la resistencia al desgaste como la flexibilidad.
2. Eje flexible tipo control
Los ejes flexibles de tipo control están diseñados principalmente para la transmisión de movimiento. El par que transmiten se utiliza principalmente para superar el par de fricción generado entre el eje flexible del alambre y la manguera. Estos ejes, además de tener una baja rigidez a la flexión, también deben tener una 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 suelen constar de varios componentes: eje flexible de alambre, junta de eje flexible, manguera y junta de manguera.
1. Eje flexible de alambre
Un eje flexible de alambre, también conocido como eje flexible, se construye a partir de 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 un resorte de varios hilos. La capa más interna de alambre se enrolla alrededor de una varilla central, con las capas adyacentes enrolladas en direcciones opuestas. Este diseño se utiliza comúnmente en maquinaria agrícola.
2.Junta de eje flexible
La junta del eje flexible está diseñada para conectar el eje de salida de potencia a los componentes de trabajo. Existen dos tipos de conexión: fija y corredera. El tipo fijo se utiliza normalmente para ejes flexibles más cortos o en aplicaciones donde el radio de curvatura permanece relativamente constante. Por el contrario, el tipo deslizante se emplea cuando el radio de curvatura varía significativamente durante la operación, lo que permite un mayor movimiento dentro de la manguera para adaptarse a los cambios de longitud a medida que la manguera se dobla.
3.Manguera y junta de manguera
La manguera, también denominada funda protectora, sirve para proteger el eje flexible del cable del contacto con componentes externos, garantizando la seguridad del operador. Además, puede almacenar lubricantes y evitar la entrada de suciedad. Durante el funcionamiento, la manguera proporciona soporte, lo que hace que el eje flexible sea más fácil de manejar. En particular, 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 ejes es crucial para que los ingenieros y diseñadores garanticen un rendimiento y una confiabilidad óptimos en los sistemas mecánicos. Al seleccionar el tipo de eje apropiado para aplicaciones específicas, se puede mejorar la eficiencia y la longevidad de la maquinaria. Para obtener más información sobre los componentes mecánicos y sus aplicaciones, ¡esté atento a nuestras últimas actualizaciones!
Hora de publicación: 15 de octubre de 2024
