S08 s8 - Dibujo CAD

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8.- Representación de 
ejes de Máquinas 
Rotatorias
MSc. Ing. Héctor Bravo Pastor
✓Pautas del trabajo virtual.
✓Logro de la sesión.
✓Definición, clasificación, resistencia 
mecánica y etapas del diseño de ejes.
✓Ejemplos del diseño de ejes.
✓Ejercicios aplicados al Inventor.
PAUTAS DE TRABAJO
La participación de los estudiantes se dará través
del chat de Zoom.
Los días que tengamos clases debemos
conectarnos a través de Zoom.
En CANVAS encontrarán la clase de hoy, el ppt
de la sesión, la tarea y el foro de consultas.
Ing. Ludwin David Huacasi Añamuro
¿Qué importancia tiene el diseño de 
ejes?
EL ESTUDIANTE ESTARÁ EN 
LA CAPACIDAD DE DIBUJAR, 
REPRESENTAR Y DISEÑAR 
EJES USANDO EL SOFTWARE 
AUTODESK INVENTOR. 
LOGRO DE LA SESIÓN
¿Qué es uneje?
Un eje o
mecánicos
árbol es un componente de dispositivos 
que transmite movimiento rotatorio y
potencia. Es parte de cualquier sistema mecánico donde
la potencia se transmite desde un primotor, que puede
ser un motor eléctrico o uno de combustión, a otras
partes giratorias del sistema. (Mott, 2016)
EJE O ARBOL
T I P O S D E E J E S Y M A T E R I A L
Ejeliso
Ejehueco
Ejeescalonado
Ejeranurado
Ejeacodado
El acero es el material que frecuentemente más se usa en la
fabricación de ejes, en la mayoría de los casos, se prefieren
aceros según norma SAE.(SAE1010 y SAE1020)
R E S I S T E N C I A M E C Á N I CA D E L O S E J E S
Los elementos de transmisión de potencia como las ruedas
dentadas, poleas y estrellas transmiten a los ejes fuerzas
radiales (Fr), axiales (Fa) y tangenciales (Ft). Debido a estos
tipos de carga, en el árbol se producen generalmente
esfuerzos por flexión, torsión, cargaaxial ycortante
ETAPAS DEL DISEÑO DE ÁRBOLES
El diseño de árboles comprende básicamente:
• Selección del material
• Diseño constructivo (configuracióngeométrica)
• Verificación de la resistencia: - estática – a la fatiga – a las cargas dinámicas (por 
ejemplo cargaspico)
• Verificación de la rigidez del árbol: - deflexión por flexión y pendiente de la 
elástica - deformación por torsión
• Análisis Modal (verificación de las frecuencias naturales del árbol)
DISEÑO DE EJE AUTODESK INVENTOR
En general, los criterios de análisis de un eje pueden ser de Deformación – Rigidez o Esfuerzos – Resistencia y
para obtener la información necesaria para estos criterios resulta extremadamente útil un acelerador de
diseño como el deAutodesk Inventor.
Configuración geométrica y de carga deleje
La configuración geométrica de un eje es el primer
paso a seguir en el proceso de diseño, y esta será
optimizada, en dicho proceso, de manera que
cambiará en función de un buen desempeño en su
vida útil. Dicha configuración se realiza con gran
facilidad al utilizar el acelerador de diseño de
Inventor [Seleccione la pestaña Design y luego
el comando Shaft (Ver figura derecha)]
En este comando Shaft Component Generator
(pestaña Design) podemos desarrollar
completamente la configuración geométrica de un
eje, por ejemplo: el inicio o final de sección, roscas
y chavetas el tipo de sesión del eje y todo tipo de
condiciones intermedias que tenga la sección como
son chavetas y agujeros.
Una vez generada la configuración geométrica del
eje, podemos proceder a configurar el estado de
carga y material de este mediante la pestaña
Calculation del acelerador de diseño. Esta nos
permite cargar un material específico del centro de
contenido o asignar propiedades específicas del
material de manera que lo caractericen (cículo
negro) y así efectuar los cálculos de resistencia de
materiales. Ver figura derecha.
CONFIGURACIÓN GEOMÉTRICA
Para generar el estado de fuerzas es necesario determinar la ubicación específica, magnitud y
dirección de cada fuerza y torque que se aplique en el eje a diseñar. Para este fin es necesario
conocer el sentido de giro, la potencia de entrada, que tipos de apoyos o rodamientos se emplean y
que elementos transmiten la potencia. Estos últimos definen en gran parte estado de cargas puesto
que determinan cargas axiales (piñones helicoidales, helicoidales, etc.), clases de apoyos y
rodamientos (de bolas, de rodillos, de carga axial, etc.) y, según sea su eficiencia, la transmisión de
potencia real y los torques a los que sesometerá el eje.
Una vez establecido el estado de carga real del eje es muy sencilla la labor de establecerla en el
acelerador de diseño de inventor en Loads & Supports (círculo amarillo) donde tenemos las distintas
opciones de cargas radiales, torques, cargas axiales, cargas distribuidas, apoyos fijos y apoyos
móviles. Al seleccionar alguna de estas opciones se activa el comando (círculo verde) para ubicar la
magnitud, dirección y sentido de la carga o apoyo. Cuando se define por completo el eje en el
acelerador de diseño, tanto en geometría como en estado de carga, seprocede acalcular.
SIMULACIÓN DE CARGAS
El estado de resultados que ofrece el acelerador de diseño de
inventor es bastante completo y nos permite analizar el eje con
el criterio que requiera el proyecto según seasuaplicación.
Para el caso del análisis con el criterio de Deformación –Rigidez
necesitamos de los resultados del acelerador de diseño de ejes
como: (círculo morado) Fuerzas en ejes coordenados, Esfuerzos
máximos, Angulo de twist y deflexión máxima entre apoyos.
Ver figura derecha.
Entre los aspectos a revisar con este criterio se muestra que:
Puede existir 1° por cada 20 veces el diámetro promedio entre
los apoyos, lo cual se corrobora con el ángulo de twist, además
la deflexión entre soportes no debe ser superior a 0,001
pul/pie.
ESTADO DE RESULTADOS
Optimización del Eje
En la condición de incumplimiento de alguno de los criterios de
diseño, los cuales son inherentes a la función del eje, se
procede a hacer los cambios necesarios en la geometría o
material de este. Esta labor se puede volver iterativa pero con
la facilidad de cambios en el eje que presenta el acelerador de
diseño de Inventor rápidamente optimizaremos un eje
estando completamente seguros de su buen funcionamiento.
Guardar ensamble
Guardar Vista
Generador de ejes
Editar eje
Generador de roscados
DISEÑO DE RANURAS PARALELAS
DISEÑO DE CHAVETAS
DISEÑO DE RODAMIENTOS
SELECCIÓN DE RODAMIENTO 1
SELECCIÓN DE RODAMIENTO 2
DISEÑO DE ENGRANAJES
SIMULACIÓN DE CARGAS EN EJES
SELECCIÓN DEL MATERIAL DEL EJE
Resultado del diseño de ejes
Resultado del diseño de ejes
EJERCICIOS
EJERCICIOS
EJERCICIOS
EJERCICIOS
TAREA
CONCLUSIONES
• Los ejes y arboles de transmisión son elementos que están
sometidos a diversas cargas, por esta razón su geometría debe tener
distintas secciones transversales.
• Autodesk Inventor cuenta con un centro de contenido que nos
permite la inserción de componentes adicionales para el diseño
completo de ejes.
• Autodesk Inventor nos permite realizar la simulación de la
resistencia y rigidez de un eje para su correcto diseño.
¿Qué hemos aprendido el día de hoy?
Ing. Ludwin David Huacasi Añamuro
Nos vemos la siguiente clase!
Ing. Ludwin David Huacasi Añamuro