Finalidad de las uniones de chaveta.
Las uniones de chaveta son uniones soltables, en las cuales las piezas que deben realizar un movimiento rotativo, se unen entre sí, a través de elementos de unión de arrastre de forma: estos son las chavetas.
1 chaveta, 2 eje, 3 buje Las uniones de chaveta son realizadas, con el fin de : - Unir piezas de máquinas, que deben realizar un movimiento rotativo, con un giro de circulación exacto. - Asegurar piezas de máquinas en su posición, con uniones por apretamiento y cónicas, de tal forma que pueden realizar un movimiento rotativo con giro de circunvalación exacto. - Unir piezas de máquinas con ejes, de tal forma que pueden realizar un movimiento axial de desplazamiento hacia acá, y hacia acá, garantizando también un movimiento rotativo. Ventajas especiales de las uniones de chaveta:
- Garantía del giro de circulación exacto de las piezas; - Estabilidad de la unión, también cuando se transmiten fuerzas de giro mayores. Desventajas:
- La unión do soporta cargas de cambio frecuente por adherencia de choque. Cuando se trabajan los ejes y los bujes, a través de formas especiales, se garantiza entonces una unión directa de las piezas rotativas, por medio de esta deformación. En ese caso no es necesario el e l empleo de chavetas adicionales. Estos ejes se denominan como ejes perfilados. El buje se trabaja de acuerdo al pe rfil del eje.
Tipos de las chavetas y de los ejes perfilados.
Las chavetas se fabrican casi siempre de acero plano estirado, con una resistencia a la tracción entre 600 y 800 MPa. Estas pueden ser fabricadas también manualmente, de acero perfilado, cuando no se tienen a disposición en las medidas necesarias. Chavetas planas.
Estas son cuerpos estirados rectangulares con tipo de frente recto o circular. Para el cumplimiento de tareas especiales dentro de la unión, se pueden dotar de perforaciones para la toma de tornillos cilíndricos. En la mitad de la chaveta se puede encontrar adicionalmente una perforación roscada, la cual posibilita el presiona miento de la chaveta fuera de la ranura, por medio de un tornillo.
1 De frente recto. 2 De frente circular. 3 Con perforación para el tornillo de sujeción. 4 Con perforaciones para los tornillos de sujeción y perforación roscada para el tornillo de desmontaje. Chavetas de disco.
Estas son cuerpos, que tienen la forma de una sección circular. Estas pueden transmitir solamente fuerzas de giro reducidas, porque a través de la ranura del eje, la cual se elabora bien profunda; se afecta la resistencia del eje. Estas aseguran primordialmente la posición de las piezas de accionamiento.
Ejes perfilados de arcos circulares.
Estos son ejes, denominados también como ejes poligonales. Estos tienen la forma seccional de un triángulo redondeado de lados iguales, con arcos circulares como lados triangulares grandes, que se fabrican en tornos perfiladores o en rectificadoras. Estos pueden transmitir fuerzas de rotación muy grandes, ya que no originen ningún efecto de entalladura. Son apropiados para uniones de ajuste de eje y de buje, así como para las uniones deslizantes, cuando el buje sobre el eje debe ser desplazable.
Ejes de chaveta.
Son ejes, denominados también como ejes acanalados, en los cuales se encuentran empotrados uniformemente una cantidad par de bujes a la periferia. Los bujes son rectangulares y pueden ser de profundidad diferente, depende del tamaño del esfuerzo. Estos ejes se emplean preferencialmente en acoplamientos altamente esforzados y en engranajes con sentido rotativo variable. El perfil interno del buje se fabrica en máquinas mortajadoras o en máquinas brochadoras.
Ejes dentados de entalladura.
Son ejes, en los cuales se tienen ranuras fresadas en la periferia, con forma trapezoidal, que tienen flancos rectos o encurvados. Estos se emplean donde se presentan fuerzas rotativas grandes y de choque, pero no son apropiados, cuando se deben desplazar piezas bajo carga. Frecuentemente se realiza el buje con una ranura y se fija al eje con un tornillo.
Indicaciones para la fabricación de chavetas
- Se elaboran chavetas personalmente, solamente en el caso de que no se tengan a disposición chavetas prefabricadas industrialmente. Estas pueden ser trabajadas con limas y rascadores. - Como los lados laterales de las chavetas se cargan, se deben limar entonces cuidadosamente. Con el fin de posibilitar un ajuste exacto, se deben limar previamente con un exceso reducido de 0,2 mm. Secuencia de trabajo:
1. Medición de las ranuras y del material de partida. 2. Control del ajuste de juego entre el buje y el eje. 3. Limar exactamente a la medida la chaveta, tocar suavemente los bordes. 4. Fabricación de las perforaciones para los tornillos de fijación, así como de la perforación roscada para el tornillo de desmontaje. 5. Poner y ajustar la chaveta en la ranura del eje. Tipos de las uniones de chaveta.
Las uniones de chaveta se diferencian de acuerdo a la función de la chaveta en la unión. Uniones de chaveta de ajuste.
Estas sirven para la fijación de una pieza de una máquina sobre un eje, cuando la pieza de la máquina sobre el eje no se debe desplazar. Las chavetas se instalan en ranuras de ajuste exacto del eje y transmiten solamente las fuerzas rotativas entre el eje y el buje.
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Chaveta de ajuste. Eje. Buje. Ranura de la chaveta de ajuste en el eje.
Uniones de chaveta deslizante.
Estas sirven para la fijación de piezas de máquinas sobre un eje, cuando las piezas de arrastre deben ser desplazadas axialmente sobre el eje, por ejemplo en los engranajes.
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Chaveta deslizante. Eje. Buje. Ranura de la chaveta deslizante en el eje.
Las chavetas se fijan con tornillos cilíndricos avellanados, de tal forma que se impide un deslizamiento de la chaveta en la ranura.
Unión de ejes perfilados.
En la unión de bujes con ejes perfilados en arcos circulares o ejes de chaveta, se emplean los principios de la unión de chaveta de ajuste o de chaveta deslizante. Para la unión de bujes y ejes dentados de entalladura, se emplea el principio de la unión de chavetas de ajuste. Esfuerzo de la unión de chaveta.
Las uniones de chaveta son uniones de arrastre de forma. La chaveta sienta fijamente, sin pretensión en una ranura, de acuerdo a su forma. En estado de reposo de las piezas de la máquina, no existe ninguna fuerza de acción sobre la chaveta, apenas cuando se inicia el movimiento rotativo es que se lleva a cabo la transmisión del esfuerzo de rotación, de una pieza de la máquina a la otra, a través de los lados laterales de la chaveta. La presión superficial en los lados laterales de la chaveta, actúa a media altura de la chaveta aprox. Através de la acción de fuerzas de ataque en sentido contrario, se presentan las tensiones de cizallamiento a la altura del perímetro del eje, las cuales pueden conducir al cizallamiento de la chaveta, en caso de tener cargas variables demasiado altas o por choque.
1 Tensión de cizallamiento. 2 Fuerzas de ataque. 3 Fuerza de rotación. Se deben evitar los cambios del sentido de rotación, porque a través de ello se puede ampliar la ranura y de esta forma ya no sienta la chaveta fijamente. En caso de ser necesaria la fabricación de uniones altamente esforzadas para sentidos de rotación variables, se deben emplear los ejes perfilados.
Herramientas. Martillos y mandriles de metal no férrico.
Los martillos de metal ligero se emplean para aflojar piezas de máquinas, así como los martillos de ajustador y mandriles de metal no férrico se emplean para sacar chavetas de ranuras salientes.
Pinzas y destornilladores.
Las tenazas de montaje se emplean para soltar chavetas de ajuste sentadas fijamente, de las ranuras del eje.
1 Pinzas de montaje. 2 Pinzas de para los anillos de seguridad del eje. 3 Destornillador. Las tenazas se emplean para los anillos de seguridad de ejes, así como los destornilladores para apretar y aflojar tornillos de fijación y tornillos de desmontaje en las chavetas deslizantes. Dispositivos extractores.
Los dispositivos extractores se emplean para extraer los bujes de los ejes, cuando estas piezas de la máquina están demasiado fijas entre sí y deben ser soltadas.
Las ranuras de los ejes no se deben rascar o limar manualmente, ya que no son exactas y no garantizan el asiento correcto para la chaveta de ajuste. Control de las piezas sueltas.
Se deben controlar el estado exteriormente y la exactitud del buje y del eje. Para esto se debe estipular lo siguiente: - Observar si el estado superficial es impecable (ningún golpe). - Ver si la perforación del buje no tiene ningún degüello o estrías. - Ver si la longitud, anchura y profundidad, así como la guía de la ranura del eje y del buje están de acuerdo a las medidas exigidas (de acuerdo al bosquejo de taller se controla con el calibre, la medida de profundidad entre otras). - Controlar si la medida de ajuste del eje se mantiene exactamente (controlar de acuerdo al bosquejo de taller con el calibre límite hembra). - Controlar si la medida de ajuste del buje se mantiene exactamente (controlar de acuerdo al bosquejo de taller con el calibre macho límite).
1 Longitud de la ranura del eje. 2 Profundidad de la ranura del eje. 3 Medida de ajuste del eje. 4 Gula de la ranura del eje. 5 Anchura de la ranura del eje. 6 Anchura de la ranura del buje. 7 Profundidad de la ranura del buje. 8 Medida de ajuste del buje. Desbarbado de las piezas sueltas.
Las chavetas de ajuste y las ranuras en los ejes y bujes se controlan para ver si se ha formado viruta. La viruta existente se retira por medio de una lima o de un rascador triangular. Ajuste de la chaveta de ajuste en la ranura del buje.
El buje se fija con mordazas de protección al tornillo de banco. La chaveta de ajuste se empuja a través de la ranura del buje, presionándola suavemente con la mano. En caso de que se trabe la chaveta de ajuste, se liman cuidadosamente las superficies laterales de la ranura del buje. Para esto se deben repasar las superficies laterales uniformemente, con el fin de garantizar el asiento central de la chaveta de ajuste.
Ajuste de la chaveta de ajuste en la ranura del eje.
La chaveta de ajuste se presiona por medio de la prensa o del dispositivo de atornilla miento, uniformemente y sin inclinación en la ranura del eje.
Las chavetas de ajuste no se deben golpear con el martillo, ya que se inclinan y se tienen daños en las superficies laterales y de la tapa.
La chaveta debe sentar completamente a las superficies laterales en las ranuras del eje, de lo contrario puede ser expulsada fuera de la ranura, con la influencia de las fuerzas de rotación. Cuando se exigen exactitudes extremas, se debe ajustar la chaveta de ajuste através del rascado. Para esto se repasan las superficies laterales de la chaveta de ajuste, de tal forma que esta sienta en la ranura con una presión de asentamiento reducida. Control del asiento de la chaveta de ajuste.
Se debe controlar el asiento de la chaveta de ajuste. Para esto se debe controlar, si: - La chaveta de ajuste se encuentra paralela al eje del árbol - La chaveta se encuentra en el centro del eje del árbol - La altura de la chaveta de ajuste se uniforme durante toda la longitud. Para el control se emplean calibres pasa o gálibos relojes de medición. Para el control con el reloj de medición se necesita un apoyo seguro, para el eje sobre prismas. Para el reloj de medición debe existir un estativo regulable con tope, a disposición.
1 Gálibo. 2 Reloj de medición. Cuando el asiento de la chaveta de ajuste no es correcto, se debe controlar, si ya en la prefabricación mecanizada de la ranura se han presentado las fallas. En ese caso se debe cambiar el eje, o se repasa la chaveta de ajuste, hasta cuando se tenga el asiento correcto.
Montaje de las piezas sueltas
Le espiga del eje con la chaveta y la perforación del buje se engrasan ligeramente. En el ajuste holgado entre el eje y el buje, se pone el buje derecho sobre el eje y se desliza con la fuerza de la mano através de la chaveta de ajuste. En el ajuste prensado entre el eje y el buje, se debe presionar el buje en estado caliente, por medio de la prensa, a través del eje. El eje puede ser refrigerado antes, cuando exista la posibilidad, Durante el calentamiento se dilata un poco el buje, a través de ello se amplia la perforación. Con el enfriamiento se contrae el eje insignificantemente, a través de ello se reduce el diámetro del eje. En el acoplamiento se debe prestar atención, de que el buje no que la gula entre la ranura del eje y la ranura del buje coincidan.
se
incline y de
Control de la unión.
Luego del acoplamiento se debe controlar, si: - Existe un juego de 0.2 mm aprox. entre la superficie posterior de la chaveta de ajuste y la ranura del buje. - La chaveta de ajuste no tabletea. - El buje sienta en el punto correcto sobre el eje. - El buje gira alrededor del eje.
En el ajuste de juego y de transición entre el eje y el buje, debe existir un anillo de seguridad del buje sobre el eje, con el fin de impedir el desplazamiento axial del buje. Para esto se instalan anillos de seguridad del eje o anillos de muelle, a la derecha y a la izquierda del buje. Las ranuras radiales necesarias para ello en el eje, se deben encontrar libres a la izquierda y a la derecha del buje exactamente
1 Buje. 2 Eje. 3 Ranuras para los anillos de seguridad del eje. 4 Anillo de seguridad del eje. Uniones de chaveta deslizante.
Los pasos principales de trabajo se deben llevar a cabo, tal como se realizaron en las uniones de chaveta de ajuste: - Prefabricación de las ranuras. - Control de las piezas sueltas. - Desbarbado de las piezas sueltas. - Ajuste de la chaveta en la ranura del buje. - Ajuste de la chaveta en la ranura del eje. - Control del siento de la chaveta deslizante. - Montaje de las piezas sueltas. - Control de la unión. Respecto a las uniones de chaveta de ajuste, existen diferente en el ajuste de la chaveta en la ranura del eje, así como en montaje de las piezas sueltas. Ajuste de la chaveta deslizante en la ranura del eje:
La chaveta deslizante se presiona con la mano en la ranura de eje; esta se debe dejar presionar suavemente. En caso de no se así, se deben repasar entonces las superficies laterales de: chaveta. El eje se debe trazar a los lados, de acuerdo a las medidas de las perforaciones para los tornillos de sujeción. La chaveta deslizante se retira nuevamente, de tal forma que se pueden terminar las perforaciones roscadas para los tornillos de sujeción. Finalmente se pone la chaveta deslizante en la ranura aseada del eje y se atornilla con los tornillos de sujeción adecuados.
Montaje de las piezas sueltas.
Entre el eje y el buje debe existir un ajuste de juego, un tanto desplazable. Cuando no es este el caso, se debe escariar el buje con un escariador de ranura espiral. Cuando se ha controlado esto, se engrasan ligeramente el eje y el buje y se acoplan con la mano, o con elevadores en el caso de piezas grandes. Tipos de montaje de las chavetas.
Las chavetas se utilizan como chavetas de empuje cuando a ambos lados de ellas existe espacio suficiente para introducirlas y extraerlas. La ranura del eje hade tener una longitud superior al doble de la de la chaveta. Puede establecer con exactitud la posición axial del cubo. Las chavetas con talón solo se utilizan cuando no es posible extraer la cuña empujándola por el extremo opuesto. La chaveta puede quitarse con un extractor de chavetas. La posición axial del cubo puede establecerse exactamente. Debe tenerse cuidado con las chavetas de talón colocadas en el extremo de un eje. Las chavetas embutidas tienen los extremos redondeados y se colocan en una ranura de la misma forma que hay en el eje. Como el cubo de la rueda se monta con dificultad (gran inercia) y la posición axial del cubo no se puede establecer exactamente, este tipo de chavetas se utiliza poco.
Con las chavetas transversales se establecen uniones rígidas entre los extremos de barras. Las aberturas para la colocación de las chavetas se taladran, estampan o liman.
Ejemplos de designación de chavetas: Chavetas plan
DIN 6883 – 10 x 6 x50.
Chavetas cóncavas
DIN 6881 – 10 x 4 x 25.
Chavetas plana con talón
DIN 6884 – 8 x 5 x 20.
Transmisión del momento por chaveta.
La siguiente tabla muestra las características a considerar para la utilización de chavetas en la transmisión del momento de los piñones al eje. Momento a transmitir 2010,56 N.m Eje articulación superior 28 mm Eje articulación inferior 35 mm Al existir la posibilidad de momento en ambos sentidos, no se prescribe una chaveta de disco. El momento de giro para una chaveta estándar se define mediante la siguiente expresión:
Donde h, t1, d/ y L son características geométricas de la chaveta, p está entre 90 y 200 N/mm2 para cubos de acero.
En nuestro caso, la longitud máxima para la chaveta (l1) será de 17,1 mm para la chaveta e la articulación inferior y 11,1 para l articulación superior. Para un eje de 35 mm de diámetro se tienen los siguientes parámetros de chaveta según DIN 6885 y valor de momento máximo.
Con todos los anteriores datos, obtenemos los momentos máximos a los que se puede llegar con una solución con chaveta. Para la articulación superior:
Para la articulación inferior:
En el mejor de los casos, el de la articulación inferior, el momento requerido es 26,96 veces superior al momento máximo calculado.
