Finalidad y clasificación de los ejes
Función principal de los ejes: soporte de piezas giratorias, transmisión de movimiento y potencia.
Clasificación por soporte de carga:
- Eje giratorio: soporta tanto el momento de flexión como el de torsión durante el funcionamiento
- Eje: soportar sólo el momento de flexión
- Eje de transmisión: soporta sólo el par, no el momento flector (o un momento flector muy pequeño)
Clasificación según la forma del eje:
- Cigüeñal: la biela del cigüeñal puede realizar la conversión mutua entre el movimiento de rotación y el movimiento alternativo.
- Eje recto
- Eje óptico: forma simple, fácil procesamiento, pocas fuentes de concentración de tensiones; comúnmente utilizado para husillos y ejes de transmisión.
- Eje escalonado: fácil de montar y colocar las piezas en el eje; se utiliza habitualmente para ejes giratorios.
Clasificación según sea sólido:
- Eje macizo: general
- Eje hueco: reducir la masa del eje; instalar otras piezas en el eje para requisitos especiales; ocasiones con funciones especialmente importantes; la relación de diámetro interior y exterior es generalmente de 0,5 ~ 0,6.
- Eje flexible de alambre (eje flexible de alambre): tiene buena flexibilidad y puede transmitir con flexibilidad el movimiento giratorio a un espacio cerrado
Principales contenidos del diseño de ejes
Diseño estructural
Forma estructural
Dimensiones
Cálculo de la capacidad de trabajo
Resistencia: En la mayoría de los casos, sólo es necesario calcular la resistencia del eje
Rigidez: En el caso de ejes con requisitos de rigidez elevados y ejes esbeltos con grandes esfuerzos, debe realizarse el cálculo de la rigidez
Estabilidad de las vibraciones: En el caso de ejes que funcionen a altas velocidades, debe realizarse un cálculo de la estabilidad a las vibraciones
Materiales del eje
Acero al carbono, acero aleado
Acero 45 más utilizado
Escenarios de uso del acero aleado: transmisión de grandes potencias, necesidad de reducir el tamaño y la masa, mejora de la resistencia al desgaste del muñón y ejes que trabajan en condiciones de alta o baja temperatura.
A temperaturas de trabajo normales (inferiores a 200 °C), el módulo elástico de los distintos aceros al carbono y aceros aleados es similar, por lo que al elegir el tipo de acero y determinar el método de tratamiento térmico del acero, la base es la resistencia y la resistencia al desgaste, no la rigidez a la flexión o a la torsión del eje.

Diversos tratamientos térmicos (como el temple de alta frecuencia, el carburizado, la nitruración, la cianuración, etc.) y tratamientos de refuerzo superficial (como el granallado, el laminado, etc.) tienen un efecto significativo en la mejora de la resistencia a la fatiga del eje.

Diseño de la estructura del eje
Diseño de la estructura del eje: forma razonable del eje + todas las dimensiones estructurales
Factores que influyen en la estructura del eje:

1. La posición de instalación y la forma del eje en la máquina

2. El tipo, tamaño, cantidad y método de conexión de las piezas instaladas en el eje.

3. La naturaleza, el tamaño, la dirección y la distribución de la carga

4. Tecnología de procesamiento de ejes
Requisitos de diseño de la estructura del eje:

- El eje y las piezas instaladas en el eje deben tener una posición de trabajo precisa

- Las piezas del eje deben ser fáciles de instalar, desmontar y ajustar

- El eje debe tener una buena procesabilidad de fabricación

Cuestiones a las que debe prestar atención al pedir ejes
El árbol de transmisión es un componente esencial del sistema de transmisión mecánica. De hecho, hay algunas cosas que deben aclararse antes de comprarlo. El primero son las especificaciones, como los requisitos de diámetro, longitud, material, tratamiento superficial, etc. del eje. El segundo es el material. Los materiales más utilizados son el acero, la aleación de aluminio, la aleación de titanio, etc. Elija el material adecuado en función de las necesidades y especificaciones. Otro es el momento de inercia, que es una magnitud física que mide la capacidad de un objeto para mantener su estado de rotación original. Al comprar un eje de transmisión, debe considerar si su momento de inercia satisface sus necesidades. Si el momento de inercia es demasiado grande, puede provocar inestabilidad durante el arranque o el cambio de marchas, e incluso vibraciones y ruido. Además, hay que tener en cuenta la precisión y la tolerancia. Si la precisión y la tolerancia son demasiado grandes, pueden causar problemas como vibraciones, ruido y desgaste. Por lo tanto, al comprar un eje de transmisión, es necesario prestar atención a si su precisión y tolerancia satisfacen sus necesidades. Por último, está la cuestión del precio.

 

1. Los aceros estructurales al carbono de alta calidad, como los aceros al carbono 35, 45 y 50, se utilizan ampliamente debido a sus elevadas propiedades mecánicas integrales, entre las cuales el acero 45 es el más utilizado. Para mejorar sus propiedades mecánicas, debe realizarse un tratamiento de normalización o de temple y revenido. Para ejes poco importantes o sometidos a menos tensiones, pueden utilizarse aceros estructurales al carbono como Q235 y Q275.
2. El acero aleado tiene propiedades mecánicas elevadas, pero es más caro y suele utilizarse para ejes con requisitos especiales. Por ejemplo, para los ejes de alta velocidad que utilizan cojinetes deslizantes, se suelen utilizar aceros estructurales aleados con bajo contenido en carbono, como 20Cr y 20CrMnTi. Después de la cementación y el temple, se puede mejorar la resistencia al desgaste del cuello del eje; El eje del rotor de la máquina debe tener buenas propiedades mecánicas a alta temperatura cuando trabaja en condiciones de alta temperatura, alta velocidad y carga pesada. A menudo se utilizan aceros estructurales aleados como 40CrNi y 38CrMoAlA. Para tamaños más grandes o estructuras más complejas, se puede considerar el acero fundido o la fundición dúctil. Por ejemplo, el uso de fundición dúctil para fabricar cigüeñales y árboles de levas tiene las ventajas de su bajo coste, buena absorción de vibraciones, baja sensibilidad a la concentración de tensiones y buena resistencia. El modelo mecánico de un eje es una viga, y la mayor parte necesita girar, por lo que su tensión suele ser cíclica simétrica. Las posibles formas de fallo incluyen la fractura por fatiga, la fractura por sobrecarga y la deformación elástica excesiva. Normalmente, algunas piezas con ruedas necesitan ser instaladas en el eje, por lo que la mayoría de los ejes deben ser hechos en ejes escalonados con una gran cantidad de corte.