Tema 4 - Universidad de Huelva

Universidad de Huelva
ESCUELA POLITECNICA SUPERIOR
Departamento de Ingeniería Minera, Mecánica y Energética
Asignatura: Diseño de Máquinas [320099020]
3º curso de Ingeniería Técnica Industrial (Mecánicos)
4º Tema.- Chavetas y uniones enchavetadas.
Huelva, Agosto 2009
Profesor: Rafael Sánchez Sánchez
0.- Contenido
del tema
Temario
1.
2.
3.
Introducción.
Clasificación de las chavetas.
Chavetas longitudinales.
1.
2.
4.
Cálculo por corte.
Cálculo por aplastamiento.
Chavetas transversales.
1.
Cálculo a tracción.
1.
2.
3.
Cálculo del vástago.
Cálculo del manguito.
Cálculo de la chaveta.
1.
2.
3.
2.
A cizalla.
Por presión contra el vástago.
Por presión contra el manguito.
Cálculo a torsión.
1.
2.
Por corte.
Por aplastamiento
Introducción
1. 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”.
Introducción
1. 1.Introducción
Son uniones fácilmente desmontables. Y
por tanto muy utilizadas en las máquinas
que tienen movimiento de giro.
Introducción
1. 1.Introducción
Dependiendo del tipo de chaveta que
utilicemos, el cierre que se produce puede
ser de forma, o de fuerza.
2.- Clasificación
de las chavetas.
1. Introducción
Las chavetas podemos clasificarlas por la posición:
• Longitudinales
• Transversales
2.- Clasificación
de las chavetas.
1. Introducción
Por el tipo de cierre:
• De forma
• De tensión
• De presión
3.- Chavetas
longitudinales.
1. Introducción
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.
3.- Chavetas
longitudinales.
1. Introducción
Las chavetas longitudinales normalmente utilizan
un cierre de forma, por tanto no requieren un
esfuerzo para introducirlas en el chavetero.
3.- Chavetas
longitudinales.
1. Introducción
Aunque las hay también inclinadas, que utilizan
cierre de fuerza.
3.- Chavetas
longitudinales.
1. Introducción
No admiten esfuerzos alternativos, y la transmisión
de esfuerzos se hace por presión lateral contra los
flancos.
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.
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.
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.
2. Factores
que
influyen
en
el
3.- Chavetas longitudinales.
diseño.
Las chavetas están normalizadas en:
• DIN-6680 a 6689,
• ISO,
• ASME,
• UNE-1702,
4.- Chavetas
transversales.
1. Introducción
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.
4.- Chavetas
transversales.
1. Introducción
Este tipo de chavetas, se introducen perpendiculares
al eje, y se utilizan fundamentalmente para unir,
vástagos entre si.
Se suelen introducir a presión.
4.- Chavetas
transversales.
1. Introducción
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
4.- Chavetas
transversales.
1. Introducción
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.
4.- Chavetas
transversales.
1. Introducción
4.1.1) En este caso:
σdiseño = F / Av = F / (π D22/4 – D2d)
que debe ser menos que σadm del
material del vástago.
4.- Chavetas
transversales.
1. Introducción
4.1.2) En el manguito tendremos que:
σdiseño = F / Am =>
σdiseño = 4F / π(D12 – D22) – 4(D1 - D2)d
que debe ser menos que σadm del
material del manguito.
4.- Chavetas
transversales.
1. Introducción
4.1.3) 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.
4.- Chavetas
transversales.
1. Introducción
4.1.3.1) En la chaveta por cizalla
tendremos:
τdiseño = F / 2Ac = 2F / πd2
que debe ser menos que τadm
del material de la chaveta.
4.- Chavetas
transversales.
1. Introducción
4.1.3.2) Por la presión entre la
chaveta y el vástago
tendremos:
σdiseño = F / Av = F / (D2·d)
que debe ser menos que σadm
del material de la chaveta.
4.- Chavetas
transversales.
1. Introducción
4.1.3.3) Por la presión entre la
chaveta y el manguito
tendremos:
σdiseño = F / Am = F / (D1 – D2)d
que también debe ser menos
que σadm del material de la
chaveta.
4.- Chavetas
transversales.
1. Introducción
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.
4.- Chavetas
transversales.
1. Introducción
4.2.1) En este caso:
P = T / (D2/ 2) = 2T / D2
Por tanto:
τdiseño = P / Ac =
= (2T / D2) · (4 / π d2) =>
τdiseño = 8T / πD2d2
que debe ser menos que τadm del material de la
chaveta.
4.- Chavetas
transversales.
1. Introducción
4.2.2) En el caso de aplastamiento contra las
paredes tendremos que:
P = T / D2/ 2 = 2T / D2
Y que:
σdiseño = P / Ac = (2T / D2) / [ d (D1 – D2)] que
operando nos queda:
σdiseño = 2T / [ d · D2 · (D1 – D2)]
que debe ser menos que σadm del material de
la chaveta.