Asignatura: Diseño de Máquinas [ ] 4º Tema.- Chavetas y uniones enchavetadas.

Transcripción

1 Universidad de Huelva ESCUELA POLITECNICA SUPERIOR Departamento de Ingeniería Minera, Mecánica y Energética Asignatura: Diseño de Máquinas [ ] 3º curso de Ingeniería Técnica Industrial (Mecánicos) 4º Tema.- Chavetas y uniones enchavetadas. Huelva, Agosto 2009 Profesor: Rafael Sánchez Sánchez

2 0.- Contenido del tema Temario 1. Introducción. 2. Clasificación de las chavetas. 3. Chavetas longitudinales. 1. Cálculo por corte. 2. Cálculo por aplastamiento. 4. Chavetas transversales. 1. Cálculo a tracción. 1. Cálculo del vástago. 2. Cálculo del manguito. 3. Cálculo de la chaveta. 1. A cizalla. 2. Por presión contra el vástago. 3. Por presión contra el manguito. 2. Cálculo a torsión. 1. Por corte. 2. Por aplastamiento

3 1.- Introducción 1. Introducción Las chavetas son: Accesorios mecánicos que se utilizan para unir dos vástagos o ejes entre si. O bien para fijar elementos diversos al eje que los soporta, haciéndolos solidarios al mismo, e impidiendo el movimiento relativo entre ambos.

4 1.- Introducción 1. Introducción Son uniones fácilmente desmontables. Y por tanto muy utilizadas en las máquinas que tienen movimiento de giro.

5 1.- Introducción 1. Introducción Dependiendo del tipo de chaveta que utilicemos, el cierre que se produce puede ser de forma, o de fuerza.

6 2.- Clasificación de las chavetas. 1. Introducción Las chavetas podemos clasificarlas por la posición: Longitudinales Transversales

7 2.- Clasificación de las chavetas. 1. Introducción Por el tipo de cierre: De forma De tensión De presión

8 3.- Chavetas 1. Introducción longitudinales. Las utilizaremos en la unión de ejes sometidos a torsión, o bien entre estos ejes y los diversos accesorios (frenos, poleas, engranajes, etc) que estos soportan. Impidiendo el movimiento relativos entre ellos y el eje.

9 3.- Chavetas 1. Introducción longitudinales. Las chavetas longitudinales normalmente utilizan un cierre de forma, por tanto no requieren un esfuerzo para introducirlas en el chavetero.

10 3.- Chavetas 1. Introducción longitudinales. Aunque las hay también inclinadas, que utilizan cierre de fuerza.

11 3.- Chavetas 1. Introducción longitudinales. No admiten esfuerzos alternativos, y la transmisión de esfuerzos se hace por presión lateral contra los flancos.

12 2. Factores que influyen en el 3.- Chavetas longitudinales. diseño. Las chavetas y otros elementos de sujeción de dispositivos a ejes, normalmente se calculan a dos tipos de solicitaciones diferentes: 1) por corte. 2) por aplastamiento.

13 2. Factores que influyen en el 3.- Chavetas longitudinales. diseño. 3.1 El cálculo de falla debido al corte de la chaveta se obtiene de: Siendo (P) la fuerza de corte, (T) el momento torsor, (d) el diámetro del eje, (w) y (L) el ancho y longitud de la chaveta.

14 2. Factores que influyen en el 3.- Chavetas longitudinales. diseño. 3.2 Para la falla por aplastamiento se tiene: El material de la chaveta debe ser menos resistente que el material del eje y que el del elemento a conectar.

15 2. Factores que influyen en el 3.- Chavetas longitudinales. diseño. Las chavetas están normalizadas en: DIN-6680 a 6689, ISO, ASME, UNE-1702,

16 4.- Chavetas 1. Introducción transversales. Las utilizaremos normalmente en la unión de vástagos, o bien entre estos y los accesorios montados sobre ellos. Es decir, trabajarán soportando los esfuerzos de tracción del vástago. Aunque no es frecuente, ocasionalmente podemos encontrárnoslas trabajando frente a esfuerzos de torsión en el vástago.

17 4.- Chavetas 1. Introducción transversales. Este tipo de chavetas, se introducen perpendiculares al eje, y se utilizan fundamentalmente para unir, vástagos entre si. Se suelen introducir a presión.

18 4.- Chavetas 1. Introducción transversales. Se les suele dar más inclinación que a las chavetas longitudinales, y dependiendo de la frecuencia de desmontaje. Esta inclinación suele oscilar entre: tag γ 1:15 y 1:40

19 4.- Chavetas 1. Introducción transversales. 4.1 Cálculo a Tracción: Vamos a calcular este tipo de chaveta, soportando una solicitación de tracción (F) sobre el vástago. Analizaremos por separado: 1) el vástago. 2) el manguito. 3) la chaveta.

20 4.- Chavetas 1. Introducción transversales ) En este caso: σ diseño = F / A v = F / (π D 22 /4 D 2 d) que debe ser menos que σ adm del material del vástago.

21 4.- Chavetas 1. Introducción transversales ) En el manguito tendremos que: σ diseño = F / A m => σdiseño = 4F / π(d 12 D 22 ) 4(D 1 -D 2 )d que debe ser menos que σ adm del material del manguito.

22 4.- Chavetas 1. Introducción transversales ) En el caso de la chaveta, tendremos que analizarla frente a: 1) el efecto cizalla 2) la presión entre chaveta y vástago. 3) la presión entre chaveta y manguito.

23 4.- Chavetas 1. Introducción transversales ) En la chaveta por cizalla tendremos: τ diseño = F / 2A c = 2F / πd 2 que debe ser menos que τ adm del material de la chaveta.

24 4.- Chavetas 1. Introducción transversales ) Por la presión entre la chaveta y el vástago tendremos: σ diseño = F / A v = F / (D 2 d) que debe ser menos que σ adm del material de la chaveta.

25 4.- Chavetas 1. Introducción transversales ) Por la presión entre la chaveta y el manguito tendremos: σ diseño = F / A m = F / (D 1 D 2 )d que también debe ser menos que σ adm del material de la chaveta.

26 4.- Chavetas 1. Introducción transversales. 4.2 Cálculo a Torsión: Vamos ahora a calcular este tipo de chaveta, soportando una solicitación de torsión en el vástago. Igual que hicimos en las chavetas longitudinales, las analizaremos bajos dos tipos de solicitaciones diferentes: 1) por corte. 2) por aplastamiento.

27 4.- Chavetas 1. Introducción transversales ) En este caso: Por tanto: P = T / (D 2 / 2) = 2T / D 2 τ diseño = P / A c = = (2T / D 2 ) (4 / π d 2 ) => τ diseño = 8T / πd 2 d 2 que debe ser menos que τ adm del material de la chaveta.

28 4.- Chavetas 1. Introducción transversales ) En el caso de aplastamiento contra las paredes tendremos que: P = T / D 2 / 2 = 2T / D 2 Y que: σ diseño = P / A c = (2T / D 2 )/ [ d (D 1 D 2 )] que operando nos queda: σ diseño = 2T / [ d D 2 (D 1 D 2 )] que debe ser menos que σ adm del material de la chaveta.