Arbol de Transmision Informe 3

8/18/2019 Arbol de Transmision Informe 3

1/23

Índice

Introducción__________________________________________________________2

Árbol de transmisión_________________________________________________3

Etapas del diseño de árboles________________________________________5

Esfuerzos en los árboles_____________________________________________7

Materiales para ejes arboles !normas"___________________________#

$ipos de arboles______________________________________________________%

&rboles de transmisión con juntas uni'ersales cardan___________((

&rboles con juntas uni'ersales elásticas__________________________(3

)emiárboles de transmisión o palieres____________________________(*

)emiárboles para transmisión con motor propulsión traseros

suspensión independiente_________________________________________(5+ia,nóstico de falla reparación__________________________________(-

.Á/.0/1 +E Á1/E) 4 EE)______________________________________(7

6orma para el cálculo de árboles__________________________________(#

elocidad critica de un árbol de transmisión_____________________(%

.alculo 'elocidad cr8tica____________________________________________(%

EEM9/1)____________________________________________________________2: Torsión y Esfuerzo cortante_______________________________________________________20

Án,ulo de torsión___________________________________________________2(

Árboles de transmisión de potencia_______________________________2(

.onclusión___________________________________________________________23


2/23

Introducción

Los arboles de transmisión se conocerán en este trabajo comoelementos giratorios encargados de transmitir potencia estandosometidos a esfuerzos de torsión pura y casi siempre esfuerzoscombinados de torsión y eión! son elementos de má"uina "ue poseenciertas prestaciones para la transmisión de potencias #acia las ruedas! lafabricación de estos elementos cuenta con ciertas normas yespeci$caciones las cuales analizaremos de acuerdo a%ancemos en eltrabajo junto con el dise&o "ue estos deben poseer para brindar unamejor prestancia de los mismos al usarse como elementos de má"uina'


3/23

(rbol de transmisiónEl árbol de transmisión es un dispositi%o "ue conecta la transmisión adiferencia posterior en %e#)culos con motor delantero y transmisiónposterior y en %e#)culos con transmisión a las * ruedas' Los arboles detransmisión están sometidos en su funcionamiento a esfuerzosconstantes de torsión "ue son contrarrestados por la elasticidad delmaterial' +or este moti%o se están dise&ados para "ue aguanten elmáimo de re%oluciones sin deformarse' ,e fabrican en tubo de aceroelástico! con su sección longitudinal -más grueso en el medio "ue en losetremos. y perfectamente e"uilibrados para no fa%orecer los esfuerzosen ning/n punto determinado'

El árbol de transmisión gira con un n/mero de %ueltas siempre másele%ado "ue el de las ruedas -de tres a cinco %eces.! pero es más lento"ue el cige&al en I! II y III marc#as1 en I y en directa es cuando el

n/mero de %ueltas es igual al del cige&al -esta condición se producesiempre y cuando el cambio est3 acoplado al diferencial.1 con la I o la sobre multiplicada el árbol de transmisión gira en un n/mero de %ueltasmayor "ue el correspondiente al cige&al'

+or consiguiente! el árbol siempre deberá estar perfectamentee"uilibrado! para e%itar %ibraciones y ruidos! #a de ser capaz detransmitir el par motor y a la %ez ligero! para reducir la inercia! as) comolas solicitaciones deri%adas de las aceleraciones y de las sacudidas' 4 tal$n! el árbol se construye con tubo laminado y soldado el3ctricamente'5uando las dimensiones del tubo son capaces de impedir "ue se

produzcan %ibraciones por eión! son tambi3n más "ue su$cientes paratransmitir el par motor' El árbol puede estar formado por una sola piezao bien por dos seg/n la longitud y posición del cambio respecto aldiferencial'

En los etremos del tubo o de los tubos se encuentran las #or"uillas de$jación de la cruceta a las juntas cardánicas o las bridas de unión a las juntas elásticas! o bien un simple perno estriado para el acoplamientocon un manguito! "ue permite pe"ue&os mo%imientos ailes'

Los automó%iles %eloces o con distancia entre ejes bastante larga tienen

casi siempre el árbol construido en dos piezas6 esta solución! además dereducir el peso de las masas oscilantes! es indispensable para impedir"ue se produzcan %ibraciones por eión peligrosas! y e%itan los árbolesde una sola pieza! "ue re"uerir)an un diámetro demasiado grande' Elsoporte intermedio del árbol %a anclado a la carrocer)a por medio de unsistema elástico' Tiempo atrás! sobre el árbol de transmisión ibacolocado un freno "ue actuaba a la %ez sobre los frenos de las ruedas!


4/23

mientras "ue a $nales de 7899 era com/n el freno de mano de cinta!"ue actuaba siempre sobre el árbol de transmisión' :oy! lasdisposiciones legales no permiten la adopción del freno de mano sobrela transmisión'

En algunos %e#)culos con cambio acoplado al diferencial y motordelantero #an sido introducidos los árboles de transmisión de barras detorsión #asta el grado de poder soportar ele%ados reg)menes sin%ibraciones'

Los incon%enientes "ue se pueden presentar en el árbol de transmisiónobedecen en general a ruido y %ibraciones' 4l formarse juegos en losmanguitos estriados! en las juntas car;dánicas o en las eibles! la faltade lubricación en los cojinetes de agujas o en las juntas deslizantes creacondiciones de funcionamiento peligrosas para la integridad del árbolmismo' En la actualidad! con la introducción de juntas y articulaciones

for


5/23

donde Te es el par de entrada "ue se comunica al árbol! Ts es el par desalida "ue el árbol comunica al mecanismo conducido por 3l! I es lainercia y > es el la aceleración angular'

Etapas del dise&o de árbolesEl dise&o de árboles comprende básicamente6

• ,elección del material

• =ise&o constructi%o -con$guración geom3trica.• eri$cación de la resistencia6

; estática; a la fatiga; a las cargas dinámicas -por ejemplo cargas pico.

• eri$cación de la rigidez del árbol6

; deeión por eión y pendiente de la elástica

; deformación por torsión

• 4nálisis ?odal -%eri$cación de las frecuencias naturales del árbol.

El material más utilizado para árboles y ejes es el acero' ,e recomiendaseleccionar un acero de bajo o medio carbono! de bajo costo' ,i lascondiciones de resistencia son más eigentes "ue las de rigidez! podr)a

optarse por aceros de mayor resistencia'Es necesario #acer el dise&o constructi%o al inicio del proyecto! ya "uepara poder #acer las %eri$caciones por resistencia! por rigidez y de lasfrecuencias cr)ticas! se re"uieren algunos datos sobre la geometr)a odimensiones del árbol' +or ejemplo! para %eri$car la resistencia a lafatiga en una sección determinada es necesario tener información sobre


6/23

los concentradores de esfuerzos "ue estarán presentes en dic#a sección!as) como algunas relaciones entre dimensiones'

El dise&o constructi%o consiste en la determinación de las longitudes ydiámetros de los diferentes tramos o escalones! as) como en la selección

de los m3todos de $jación de las piezas "ue se %an a montar sobre elárbol' En esta etapa se deben tener en cuenta! entre otros! lossiguientes aspectos6

• @ácil montaje! desmontaje y mantenimiento'• Los árboles deben ser compactos! para reducir material tanto en

longitud como en diámetro -recu3rdese "ue a mayores longitudes!mayores tenderán a ser los esfuerzos debidos a eión y! por lotanto! los diámetros.'

•

+ermitir fácil aseguramiento de las piezas sobre el árbol parae%itar mo%imientos indeseables'• Las medidas deben ser preferiblemente normalizadas'• E%itar discontinuidades y cambios bruscos de sección!

especialmente en sitios de grandes esfuerzos'• Aeneralmente los árboles se construyen escalonados para el mejor

posicionamiento de las piezas' Aeneralmente los árboles sesoportan sólo en dos apoyos! con el $n de reducir problemas dealineamiento de 3stos'

•


7/23

Esfuerzos en los árbolesLos elementos de transmisión de potencia como las ruedas dentadas!poleas y estrellas transmiten a los árboles fuerzas radiales! aiales ytangenciales' =ebido a estos tipos de carga! en el árbol se producengeneralmente esfuerzos por eión! torsión! carga aial y cortante' La$gura muestra es"uemáticamente un árbol en el cual está montado un

engranaje cónico y una estrella' ,e muestran las fuerzas sobre elengranaje! las cuales producen los cuatro tipos de solicitaciónmencionados'


8/23

5omo se muestra en la $gura ! en cual"uier sección trans%ersal de unárbol eiste! en general! un par de torsión! T! una carga aial! @! unafuerza cortante! ! y un momento ector! ?' Estas cargas producen losesfuerzos siguientes6

?ateriales para ejes y arboles -normas.+ara confección de ejes y árboles! en la mayor)a de los casos! en nuestropa)s se pre$eren aceros seg/n norma ,4E' =e tal manera "uepreferentemente se usan los siguientes aceros6

SAE 1010 Y SAE 1020 para árboles poco cargados o de uso esporádicodonde sea deseable un bajo costo de fabricación o cuando algunaspartes de los elementos deban ser endurecidas mediante cementación'

SAE 1045 es el acero para árboles más corrientemente usado! pues elmayor contenido de carbono le otorga una mayor dureza! mayorresistencia mecánica y un costo moderado' Co obstante lo anterior!cuando este acero se endurece por templado sufre deformaciones y bajasu resistencia a la fatiga'

SAE 4140 es un acero al cromo molibdeno boni$cado de alta resistencia"ue se emplea en ejes muy cargados y en donde se re"uiere altaresistencia mecánica'

SAE 440 es un acero al cromo n)"uel molibdeno boni$cado de máimatenacidad! resistencia a la tracción y torsión "ue se aplica a los cálculospara el dise&o de árboles'


9/23

DI! St 42 es un acero ordinario con *20 CDmm2 de resistencia m)nimaa la rotura en tracción! "ue se emplea en árboles y ejes poco cargados opertenecientes a mecanismos de uso poco frecuente'

DI! St 50 o DI! St "0 son tambi3n aceros ordinarios con 900 CDmm2 y

00 CDmm2 respecti%amente! "ue se emplean cuando los ejes o losárboles "uedan sometidos a mayores solicitaciones'

DI! I5#r acero de cementación de baja aleación "ue se usaespecialmente para árboles de cajas de cambio de automotrices! conuna resistencia a la ruptura en tracción entre 00 y F90 CDmm2'

DI! 15#r!i"! acero aleado de cementación con resistencia a la rupturaen tracción entre 800 y 7200 CDmm2! usado en la confección de árbolesde cajas de cambio fuertemente solicitados'

DI! #$45 o DI! #$"0 aceros al carbono boni$cados con bajo

contenido de fósforo y azufre! para la confección de ejes y árbolesmedianamente solicitados'

DI! 4#r%o4 o DI! &%nS'5 aceros boni$cados! con alta resistenciaa la fatiga! aptos para la confección de ejes! árboles! cige&ales'

DI! 0#r%o() o DI! "#r!i%o4! aceros boni$cados para laconfección de árboles muy fuertemente solicitados'

Tipos de arboles=ebido a las diferentes necesidades de cada transmisión en diferentesaplicaciones! eisten una %ariedad de árboles "ue se adecuan a dic#asnecesidades6

G Lisos

Eteriormente tienen una forma perfectamente cil)ndrica! pudiendo%ariar la posición de apoyos! cojinetes! etc' Este tipo de árboles seutilizan cuando ocurre una torsión media

G Escalonado


10/23

4 lo largo de su longitud presenta %arios diámetros en base a "uesoporta diferentes momentos torsores y al igual "ue el anterior! seutiliza para la situación en "ue ocurran unas tensiones de torsión media#aci3ndoles los más utilizado

G Hanurado o con talladuras especiales

+resenta eteriormente ranuras siendo tambi3n de pe"ue&a longituddic#o árbol' ,e emplean estos árboles para transmitir momentostorsores ele%ados

G :ueco

,e emplea por su menor inercia y por permitir el paso a su tra%3s deotro árbol macizo' El inter3s radica en "ue las tensiones debidas almomento torsor son decrecientes al acercarnos al centro del árbol'

G 4codado,e emplean siempre "ue se "uiera transformar en una ma"uina elmo%imiento alternati%o en mo%imiento giratorio y %ice%ersa' ,e puedenpresentar momentos torsores importantes en algunos tramos' ,ediferencia del resto de los árboles debido a su forma ya "ue no sigueuna l)nea recta sino de forma cige&al'


11/23

4rboles de transmisión con juntas uni%ersales cardanLa juntas cardan son las más empleadas en la actualidad! ya "uepueden transmitir un gran par motor y permite desplazamientosangulares de #asta 79 en las de construcción normal! llegando #asta los29 en las de construcción especial' Tienen el incon%eniente de "uecuando los ejes giran desalineados "uedan sometidos a %ariaciones de

%elocidad angular y! por tanto! a esfuerzos alternos "ue aumentan lafatiga de los materiales de los "ue están construidos'


12/23

La junta cardan está constituida por dos #or"uillas -7. unidas entre s) poruna cruceta -2.! montada sobre cojinetes de agujas -J. encajados a

presión en los alojamientos de las #or"uillas y sujetos a ellas mediantebridas de retención -*.'


13/23

Estos árboles no sufren! generalmente! a%er)as de ning/n tipo! sal%orotura del propio árbol! en cuyo caso #ay "ue cambiar el conjunto! ya"ue no admite reparación' El /nico desgaste "ue pueden sufrir está enlos cojinetes de la cruceta! en cuyo caso se sustituyen 3stos o seprocede a cambiar la cruceta'

La protección del acoplamiento estriado la asegura el cas"uilloguardapol%o -K. y el engrase de las articulaciones de la junta cardan seefect/a con grase consistente por los engrasadores -F.'

4rboles con juntas uni%ersales elásticasEstos árboles se emplean cuando el puente trasero %a $jo a la carrocer)ao para secciones intermedias de transmisión1 por tanto! no necesitantransmitir el giro con grandes %ariaciones angulares' 5omo juntas se


14/23

emplean discos de tejido o articulaciones de goma interpuesta entre dosbridas sujetas con pernos de unión'

Las juntas de disco! permiten un ángulo de des%iación de J a 9 y estánconstituidas por uno o dos discos elásticos -tejido de tela engomada.!

interpuestos entre la brida del puente o caja de cambios y la brida detransmisión'

Las juntas con articulaciones de goma -silentbloc.! al ser más elásticas"ue los discos! permiten des%iaciones angulares de 9 a F' Tienen la%entaja de amortiguar las oscilaciones y ruidos en la transmisión1además! pueden eliminar el elemento deslizante! debido a su propiaelasticidad trans%ersal! cuando %a montada entre elementos $jos'

,emiárboles de transmisión o palieres


15/23

Los semiarboles o palieres pueden ser r)gidos o articulados -parasuspensiones independiente. tienen la misión de transmitir elmo%imiento desde el diferencial a las ruedas' Están constituidos por uneje de acero forjado! uno de sus etremos se acopla al planetario deldiferencial y! el otro etremo se acopla al cubo de la rueda'


16/23

,emiárboles para transmisión con motor y propulsióntraseros y suspensión independiente


17/23

=iagnóstico de falla y reparación

@alla Mrigen de la falla Heparación

Huido o presión sonoraentre los K0 y F0 mD# 5ardandesbalanceado

a; Inspeccionar

%isualmenteb; ?edir ecentricidady planitud de labrida del eje traseroy reemplazarlo sifuera necesario

c; Balancear elconjunto cardan;brida

d; Balancear conjuntocardan desmontado

ibraciones detectadasentre F9;80 y 720;7J0mD#

Huedasdesbalanceadas

a; Hebalancearneumáticosb; 5ontrolar

ecentricidad dellantas

ibraciones ecesi%asde la palanca decambios a%elocidadessuperiores a 7*0mD#

5ardandesbalanceadoprincipalmente dellado de la #or"uilla

a; Inspeccionar%isualmente

b; Hebalancearcardandesmontado

c; ,i no fueraposiblebalancear elcardan! serecomiendareemplazar elcardancompleto


18/23

5álculo de árboles y ejes

Eisten %arios m3todos para el cálculo de árboles y ejes' 4lgunosprecisos! pero so$sticados! "ue eigen complejos desarrollosmatemáticos y alto ni%el de ingenier)a! como asimismo un precisoconocimiento del comportamiento tanto de los materiales empleados enla confección de los árboles y de los ejes! como de los mecanismos delos cuales 3stos forman parte' Mtros m3todos son más simples en sudesarrollo! pero no cuentan con gran eactitud! de tal modo "ue para

compensar el grado de incertidumbre "ue se produce en su cálculo! seaplican ele%ados factores de seguridad y factores de ser%icio! resultandopor ello bastante conser%adores los %alores obtenidos en susdimensiones'

El m3todo "ue presentamos a continuación forma parte de los /ltimosmencionados' Es un m3todo simple! publicado #ace ya alg/n tiempo!"ue #a sido muy usado en el cálculo de árboles y ejes! pero "ue en laactualidad #a sido desplazado por m3todos más recientes' ,e trata del5ódigo 4,?E "ue fue presentado como N5ódigo para proyectos de ejesde transmisiónN y "ue a lo largo de %arios a&os #a sido ampliamenteutilizado para el cálculo de toda clase de árboles' Este código utiliza losesfuerzos cortantes para el cálculo de árboles! determinando laresistencia admisible de dos maneras6

G ?ultiplicando por 0!J0 el %alor del l)mite de uencia en tracción delmaterial -acero. del árbol! epresado en pDcm2'

G ?ultiplicando por 0!7F el %alor de la resistencia a la ruptura entracción del material -acero. del árbol epresado en pDcm2'


19/23

Corma para el cálculo de árbolesLa 4merican ,ociety of ?ec#anical Engineers -4','?'E'.! es la autora deuna norma para el cálculo de árboles "ue se basa! en la suposición de"ue el árbol est3 construido de un material d/ctil cuya resistencia a larotura por tracción es doble de la resistencia a la rotura por corte' +araeste caso! el cálculo del diámetro del árbol se rige por la teor)a de lamáima tensión tangencial! independientemente de la relación delmomento de torsión al momento ector'

La ecuación de la norma 4','?'E' para un eje #ueco sometido a torsión!eión y carga aial! con factores de fatiga de c#o"ue introducidos enella'

=ónde6

• do O diámetro eterior del árbol! -cm.• @a O esfuerzo aial de tracción o compresión! -Pg.'• P O relación entre los diámetros interior a eterior en árboles

#uecos• Pm O factor combinado de c#o"ue y fatiga a aplicar al momento

ector calculado• Pt O factor combinado de c#o"ue y fatiga a aplicar al momento

torsor calculado• ? O momento ector máimo! -gDcm.• ?t Omomento torsor máimo! -gDcm.


20/23

• Qt O máima tensión tangencial admisible! -gDcm2.• > O relación entre la tensión máima producida por pandeo debido

a la carga aial a la tensión de compresión simple'

elocidad critica de un árbol de transmisión5uando se #ace girar un árbol aumentando progresi%amente su%elocidad de rotación! se comprueba la formación de un pandeamiento#acia su mitad' Este pandeamiento crece lentamente! pero despu3s decierta %elocidad! aumenta de amplitud tan rápidamente "ue puedepro%ocar la rotura del árbol 'En este caso se dice "ue #a alcanzado su%elocidad cr)tica 'El uso pro%iene del mal balanceo estático -masa noe"uilibrada. "ue eiste en todo árbol! cual"uiera "ue sea el esmero de

su construcción

5alculo %elocidad cr)ticaLa fórmula general para obtener la %elocidad cr)tica - . en un árbol detransmisión! está dada por la siguiente relación

=onde6

a; =! diámetro interior -mm.b; d! diámetro eterior -mm.c; e! espesor del tubo -mm.d; E! módulo de Roung -CDmm2.e; =ensidad del material -gDdmJ.


21/23

f; P! coe$ciente num3rico

ESE?+LM,

Torsión y Esfuerzo cortante5alcule T máima y el esfuerzo cortante m)nimo de un eje circular#ueco! "ue mide 2m' =e longitud! con diámetros6 interior de J0 mm' Reterior de 90mm' ,i el esfuerzo cortante del eje! no debe eceder losF0 70 +a'

SO - 52*;57*. y 52 O diám et' R 57O diám int'

Entonces sustituyendo los datos tenemos "ue6

SO -0'029* ; 0'079*. SO 9'J*70;9 m*

má' O Tc =espejamos T! y obtenemos6 T O S má' =onde 5 O 52

S 5

Entonces6 T O - 9'J*U70;9 m* U F0U70 +a. T O 7K0'FF CDm

0'029m

min'O 52 má' min' O 0'029 m -F0U70+a.

57 0'079 m

min' O 7JJ'JJ ?pa


22/23

(ngulo de torsión=ado un eje circular #ueco! "ue mide 2m' =e longitud! con diámetros6interior de J0 mm' y eterior de 90mm' 5uyo esfuerzo cortante no debeeceder los F0 70 +a' ,i su módulo de elasticidad es K0708 +a y sele aplica un par T O 7!F2870J C' m' 5alcular el ángulo de torsión'

SO - 52*;57*. y 52 O diám et' R 57O diám int'

Entonces sustituyendo los datos tenemos "ue6

SO -0'029* ; 0'079*. SO 9'J*70;9 m*

O TL D SA O F0 70 +a' U 2 m

9'J*70;9 m* U K0708 A+a

O *2'F0 rad'

(rboles de transmisión de potencia5alcule el tama&o de un eje "ue se debe utilizar para el rotor de unmotor cuya potencia es J0000 in ' lb D s! "ue trabaja a J200 rpm! si elesfuerzo cortante no debe eceder de KF00 +si en el eje'

+rimero lle%amos las rpm a :z "ue es lo mismo "ue s;7

O - rpm . 7 : z O 9J'JJ :z O 9J'JJ s;70 rpm

T O + T O J0000 in ' lb D s

2 2 - 9J'JJ s;7.

T O F8'9J lb D s

Tenemos "ue

S O T S O F8'9J lb D s

5 má' 5 KF00+si

S llSO 77'*K 70;J inJ

5

S D5 O cJ por lo tanto cJ O 77'*K 70;J inJ

,i despejamos VcW obtenemos "ue


23/23

c J O 77'*K 70;J inJ c O 0'78J in'

d O 2 c d O 0'JF in'

5onclusiónEs as) como podemos %er "ue los elementos de transmisión de potenciacomo los arboles de transmisión son de gran utilidad y de uso obligadoen má"uinas como por ejemplo automó%iles y mecanismos "ue graciasa ellos pueden funciones como lo #an #ec#o durante muc#os a&os'

Aracias a las eigencias de los tiempos modernos los arboles detransmisión #an sido adaptados y mejorados con tecnolog)a para#acerlos más %ersátiles y %arias para distintas condiciones' +or ellopodemos %er como los arboles tienen %arias formas de presentación sinperder su principio fundamental el cual es transmitir potencia! lo cual esmuy importante para nosotros inmersos en la ingenier)a mecánica'

Arbol de Transmision Informe 3

Documents

Transcript of Arbol de Transmision Informe 3