Ejercicios de Diseño de Ejes PDF

Ejercicios de Diseño de Ejes
1. Un eje sólido transmite potencia de un motor

eléctrico a una máquina elevadora por medio de una
polea. El peso de la polea es de 250 N y se monta a una
distancia de 120 mm del rodamiento. La potencia
máxima transmitida es de 3 kW a 150 rpm. La relación
entre el lado tenso y el lado flojo de la correa es de 2.5.
SI el eje se fabrica de acero AISI 1018 HR determine el
diámetro requerido:
a) Considere únicamente esfuerzos de torsión.
b) Considere únicamente esfuerzos de flexión.
2. El eje que se muestra en la figura se soporta en A y
B y lleva una polea al final. El eje rota en sentido
horario gracias a un motor eléctrico. El material del eje
es Sut=690 MPa y Sy = 550 MPa. El eje tiene un
acabado tipo pulido y un coeficiente de seguridad
mínimo de 2 es requerido con un 99% de confiabilidad.
Determine el diámetro D y d del eje.
3. El eje mostrado en la figura se soporta en 2
rodamientos en A y B. Y rota por medio de un motor
eléctrico a través de una polea en C y esa potencia es
entregada a una polea en E. La relación entre las
tensiones de la correa en C es 2.5. El material del eje
posee un Sut = 690 MPa y Sy = 550 MPa. Diseñe el eje
para asegurar un coeficiente de seguridad mínimo de
2 con una confiabilidad del 99%.
4. Un eje de transmisión se soporta por 2 cojinetes
separados a 450 mm. Dos poleas en C y D se localizan
a 100 y 300 mm respectivamente. La potencia se
transmite de la polea C a la D. El diámetro y peso de la
polea C es 200 mm y 600 N y de la polea D es 300 mm
y 750 N respectivamente. La relación de tensión de las
correas es de 2 para ambas poleas. La potencia
transmitida por el eje es de 25 kW a 300 rpm. Si el eje
se construye de acero AISI 1018 diseñe el eje para
asegurar un coeficiente de seguridad a vida infinita
mínimo de 2.
5. Un eje de acero AISI 1030 transmite 10 kW a 750
rpm, es soportado por 2 cojinetes y tiene 2 engranajes
montados en él. El piñón en C tiene 30 dientes y es de
módulo 5 mm y el engranaje en D posee 100 dientes y
es de módulo 5 mm, y recibe la potencia de un
engranaje localizazdo encima de éste. Diseñe el eje
para asegurar un factor de seguridad de 3.5.
6. En el tren de engranes con doble reducción que se
muestra en la figura, el eje a está impulsado por un
motor unido mediante un acople flexible conectado a la
saliente. El motor proporciona un par de torsión de 2 500
lbf ⋅ pulg a una velocidad de 1 200 rpm. Los engranes
tienen un ángulo de presión de 20°, con los diámetros
que se muestran en la figura. Use un acero estirado en
frío AISI 1020. Diseñe uno de los ejes con un factor de
diseño de 1.5, realizando las siguientes tareas.
a) Bosqueje una configuración general del eje; incluya

medios para localizar los engranes y cojinetes y para
transmitir el par de torsión.
b) Realice un análisis de fuerzas para encontrar las
fuerzas de reacción del cojinete y genere diagramas de
corte y momento flexionante.
c) Determine las ubicaciones críticas potenciales para el
diseño por esfuerzo.
d) Determine los diámetros críticos del eje con base en la
fatiga y los esfuerzos estáticos en las ubicaciones
críticas.
e) Tome algunas otras decisiones dimensionales
necesarias para especificar todos los diámetros y
dimensiones axiales. Bosqueje el eje a escala, y muestre
en un dibujo, todas las dimensiones propuestas.
f) Verifique la deflexión en el engrane y las pendientes en

el engrane y los cojinetes para satisfacer los límites que
se recomiendan.
g) Si alguna de las deflexiones supera los límites que se

recomiendan, haga los cambios apropiados para
ubicarlas dentro de los límites.
7. Un eje de acero AISI 1020 estirado en frío con la
geometría que se muestra en la figura, soporta una carga
transversal de 7 kN y transmite un par de torsión de 107
N ⋅ m. Examine el eje por resistencia y deflexión. Si la
mayor inclinación permisible de los cojinetes es de 0.001
rad y en el acoplamiento del engrane 0.0005 rad, ¿cuál
es el factor de seguridad que protege contra el daño por
distorsión? ¿Cuál es el factor de seguridad que protege
contra la falla por fatiga? Si el eje resulta insatisfactorio,
¿qué recomendaría para corregir el problema?
8. Determine la velocidad crítica de las siguientes flechas,
utilice el criterio de Rayleigh y compare los resultados
con el criterio de Dunkerley
9. Calcular la velocidad crítica del compresor de aire
mostrado en la figura. Cada uno de los cuatro rotores
pesa 80 lb (incluyendo ¼ del peso del eje). El eje de acero
es hueco con D,E de 6 plg y D. I. de 5.5 plg. Despreciar el
efecto de producción de rigidez de los rotores.
ACOPLES
1. Diseñe un acople de manguito para conectar 2 ejes
que transmiten 45 kW de potencia a 450 rpm. El eje y las
chavetas se fabrican de acero Sy=420 Mpa y el maguito
de una fundición gris FG200 (Sut =200 Mpa). El factor de
seguridad para el eje es de y para el manguito es de 5.
2. Se requiere diseñar un acoplamiento de abrazadera
para transmitir 35 kW a 120 rpm. El eje y la chaveta se
fabrican de acero con Sy = 400 Mpa. Se utiliza 6 pernos y
el coeficiente de fricción entre el acople y el eje es 0,25.
Se requiere un coeficiente de seguridad mínimo de 4 en
todos los elementos. Determine:
a) El diámetro del eje.
b) La longitud y el diámetro del acoplamiento.
c) EL diámetro de los pernos del acoplamiento.
d) El tamaño de la chaveta.
3. Se requiere diseñar un acoplamiento rígido de brida
para conectar 2 ejes que van a transmitir 60 kW a 100
rpm. El factor de servicio es de 1,2. El eje se construye de
un acero con Sy = 420 Mpa y se requiere un factor de
seguridad de 2. La chaveta y los pernos se construyen con
un acero de Sy = 420 MPa y un factor de seguridad de 2,5.
Las bridas se construyen de una fundición gris FG200 (Sut
= 200 MPa) y se requiere un factor de seguridad de 6.
4. Seleccione un acoplamiento de rejilla para transmitir
40 kW a 800 rpm del eje de un motor eléctrico a un
ventilador. El diámetro del eje del motor y el ventilador
es de 40 mm. Use el catálogo SKF.
5. Seleccione un acoplamiento de engranaje para
transmitir 280 kW a 1220 rpm del eje de un motor
eléctrico a un transportador. El diámetro del eje del
motor es de 200 mm y del transportador 225 mm. Use el
catálogo SKF.

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1. Un eje sólido transmite potencia de un motor

a) Bosqueje una configuración general del eje; incluya

f) Verifique la deflexión en el engrane y las pendientes en

g) Si alguna de las deflexiones supera los límites que se

b) La longitud y el diámetro del acoplamiento.

c) EL diámetro de los pernos del acoplamiento.

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