En ingeniería mecánica , una chaveta es un elemento de máquina que se utiliza para conectar un elemento de máquina giratorio a un eje . La llave evita la rotación relativa entre las dos partes y puede permitir la transmisión de par . Para que una llave funcione, el eje y el elemento giratorio de la máquina deben tener un chavetero y un cuñero , que es una ranura y un bolsillo en el que encaja la llave. Todo el sistema se llama unión enchavetada . [1] [2] Una unión enchavetada puede permitir un movimiento axial relativo entre las piezas.
Los componentes comúnmente codificados incluyen engranajes , poleas , acoplamientos y arandelas .
Hay cinco tipos principales de claves: hundida , silla de montar , tangente , redonda y spline .
Tipos de llaves hundidas: rectangulares , cuadradas , hundidas paralelas , de cabeza cilíndrica , de pluma y Woodruff .
Las claves paralelas son las más utilizadas. Tienen una sección transversal cuadrada o rectangular. Las chavetas cuadradas se usan para ejes más pequeños y las chavetas de cara rectangular se usan para diámetros de eje superiores a 6,5 pulgadas (170 mm) o cuando el espesor de la pared del cubo de acoplamiento es un problema. Los tornillos de fijación suelen acompañar a las llaves paralelas para bloquear las piezas coincidentes en su lugar. [3] El chavetero es una ranura longitudinal tanto en el eje como en la pieza de acoplamiento.
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Las chavetas Woodruff son semicirculares y encajan parcialmente en un chavetero de segmento circular y el resto en un chavetero con ranura longitudinal en la parte coincidente. El segmento circular se puede cortar directamente mediante incisión con una fresa circular Woodruff sin relieves. La principal ventaja de la chaveta Woodruff es la eliminación del fresado cerca de los hombros del eje, donde se verían afectadas las concentraciones de tensión , [4] y la concentricidad . [3] Esto último es particularmente importante para el funcionamiento a alta velocidad. El ajuste más exacto de la chaveta y el chavetero también reduce el juego y las concentraciones de tensión y mejora la confiabilidad de la chaveta. Una ventaja adicional es que una llave atascada se puede quitar de un eje con un golpe de martillo; el perfil circular empujará la llave fuera de la ranura, a diferencia de una llave estándar que deberá empujarse axialmente o sacarse de su ranura. . Las aplicaciones comunes incluyen máquinas herramienta , aplicaciones automotrices , quitanieves y hélices marinas .
Este tipo de clave fue desarrollada por William N. Woodruff de Hartford Connecticut . En 1888, el Instituto Franklin le concedió la Medalla John Scott por su invento. [5]
La chaveta cónica es cónica sólo en el lado que se acopla al cubo. El chavetero del cubo tiene una forma cónica que coincide con la de la chaveta cónica. Algunas llaves cónicas tienen una chaveta o lengüeta para facilitar su extracción durante el desmontaje. El propósito del cono es asegurar la propia chaveta, así como acoplar firmemente el eje al cubo sin necesidad de un tornillo de fijación. El problema con las chavetas cónicas es que pueden hacer que el centro de rotación del eje se desvíe ligeramente de la pieza acoplada. [3] Se diferencia de un bloqueo de eje cónico en que las chavetas cónicas tienen una forma cónica coincidente en el chavetero, mientras que los bloqueos de eje cónico no la tienen.
Una llave escocesa o una llave holandesa presenta un orificio para chavetero circular (en lugar de rectangular), que se produce perforando axialmente en el cubo y el eje ensamblados, con una clavija de metal que sirve como llave. Si el orificio y la chaveta son cónicos, la chaveta se denomina pasador holandés , que se introduce y, opcionalmente, se termina cortando o rectificando al ras con el extremo del eje. Si opcionalmente se rosca un orificio para chavetero holandés recto, entonces un tornillo común sirve como llave holandesa roscada.
Los pasadores elásticos son un componente clave holandés alternativo, en lugar de pasadores macizos. Un pasador elástico se fija automáticamente y no se afloja con las vibraciones. Los pasadores elásticos huecos proporcionan una resistencia al corte más débil que un pasador macizo, y la resistencia puede variarse variando el espesor de la pared. Esta especificación de resistencia al corte limitada está diseñada para sostener el funcionamiento normal, pero luego ceder en caso de un par excesivo del eje, protegiendo así el resto de la máquina de daños.
La introducción de un componente de casquillo adicional entre el cubo y el eje mejora el rendimiento y la comodidad de las juntas enchavetadas. Los casquillos Taper-Lock son accesorios de cubo con llave que proporcionan tres chaveteros holandeses roscados y dos tornillos de fijación como chaveteros holandeses, además del chavetero rectangular. Los chaveteros holandeses están roscados solo en el lado alternativo del cubo o del eje, con un orificio de paso de rosca en el lado opuesto. Simplemente colocando tornillos de fijación en los orificios seleccionados, el mecanismo del cubo opera convenientemente para bloquear rígidamente o liberar definitivamente del eje, sin martillar ni tirar del cubo. Los bujes de desconexión rápida ( QD ) funcionan de manera similar, pero colocan un patrón circular de tres orificios sin rosca y tres orificios completamente roscados más lejos del eje del eje en una brida del buje, en lugar de a través de la interfaz del buje al cubo.
Una articulación Hirth es similar a una articulación estriada pero con los dientes en el extremo del eje en lugar de en la superficie.
Estos tipos de chavetas generalmente están unidas al miembro impulsor (por ejemplo, ejes). Este tipo de llaves tienen menos fuerza en comparación con las llaves hundidas. Estas son teclas raramente utilizadas, para transmitir menor potencia a los miembros accionados (por ejemplo, acoplamientos).
Las llaves tangentes se utilizan en aplicaciones de alta resistencia y torsión. Lo que habría sido el lado de cada chavetero forma tacones contra los cuales se asienta la chaveta y transfiere la fuerza de manera compresiva. Este último punto significa que para el movimiento reversible del eje, se necesita otra chaveta a lo largo de una tangente hacia afuera en la dirección opuesta. Normalmente, esto estará desplazado 90° o 180° en el eje. La llave puede tener forma de cuña, rectangular o cuadrada, pero se utilizan particularmente llaves rectangulares de doble cono.
Este tipo de clave utiliza múltiples chaveteros en el concentrador para transmitir alta potencia.
Keyseating es la creación de ranuras en los elementos de acoplamiento. El ranurado de llaves se puede realizar en una variedad de máquinas diferentes, incluidas una brocha, una ranuradora, una electroerosionadora por hilo, una moldeadora o una máquina ranuradora vertical, ya sea una fresadora vertical u horizontal, o con un cincel y una lima.
El brochado se utiliza principalmente para cortar chaveteros internos con esquinas cuadradas. Se utilizan brochas, casquillos y guías específicos para cada sección transversal del chavetero, lo que hace que este proceso sea más caro que la mayoría de las alternativas. Sin embargo, puede producir el chavetero más preciso de todos los procesos. Hay tres pasos principales para brochar un chavetero: Primero, se coloca la pieza de trabajo en la prensa de eje y se coloca el casquillo en la abertura de la pieza de trabajo. A continuación, se inserta la brocha y se empuja, cortando el chavetero. Finalmente, se colocan calzas entre el casquillo y la brocha para lograr la profundidad correcta necesaria para la chaveta. [6]
Las chaveteras , también conocidas como máquinas chaveteras y cortadoras de chaveteros , son máquinas especializadas diseñadas para cortar chaveteros. Son muy similares a los modeladores verticales ; la diferencia es que la herramienta de corte en una llave ingresa a la pieza de trabajo desde abajo y corta en el recorrido hacia abajo, mientras que la herramienta en un moldeador ingresa a la pieza de trabajo desde arriba y corta hacia abajo. Otra diferencia es que un cortador de llaves tiene un sistema de guía encima de la pieza de trabajo para minimizar la deflexión, lo que resulta en un corte de tolerancia más ajustado. El proceso comienza sujetando la pieza de trabajo a la mesa con un dispositivo o tornillo de banco . La pieza de trabajo se ubica correctamente y luego se pone en marcha el brazo alternativo. Algunos modelos tienen una mesa estacionaria para que la cortadora se introduzca horizontalmente en la pieza de trabajo, mientras que otros tienen una mesa móvil que introduce la pieza de trabajo en una cortadora fija. Estas máquinas pueden cortar otras características de lados rectos además de los chaveteros (ver imagen). También pueden producir ranuras ciegas, que son ranuras que no se extienden por toda la pieza de trabajo. [7] [8]
El mecanizado por descarga eléctrica (EDM) con corte por hilo se utiliza principalmente para lotes de producción pequeños donde se requiere una precisión extrema o no se encuentran disponibles otras tecnologías de corte. La electroerosión por hilo corta chaveteros erosionando el material lejos de la pieza de trabajo mediante una serie de descargas rápidas de corriente eléctrica entre un alambre enrollado y la pieza de trabajo a través de un líquido dieléctrico. Las máquinas de electroerosión por hilo con control numérico por computadora (CNC) permiten cortar una amplia variedad de chaveteros, incluidos múltiples chaveteros en el mismo cubo. Las principales limitaciones de la electroerosión por hilo CNC son el tiempo que lleva cortar un chavetero, así como el tamaño de las piezas que puede acomodar una máquina de electroerosión por hilo determinada. [9]
El conformado o ranurado se utiliza principalmente para cortar chaveteros que no se extienden a lo largo de toda la pieza. Al igual que el alojamiento de llaves, el modelado utiliza una herramienta de corte de un solo punto para cortar; sin embargo, los modeladores no son guiados a través del corte en un poste fijo. Como tal, los cortes de forma generalmente son más susceptibles a la deflexión que los cortes de llave. [9]
Se pueden producir chaveteros paralelos, cónicos y Woodruff en una fresadora . Las fresas de extremo o las fresas para ranurar se utilizan para chaveteros paralelos y cónicos, mientras que una fresa Woodruff se utiliza para chaveteros Woodruff. [10]
Para chaveteros internos que no son demasiado largos, los chaveteros se pueden fresar si el radio es aceptable.
Una de las primeras formas de colocación de llaves se realizaba mediante cincelado . El chavetero se desbasta con un cincel y luego se lima a medida; la clave se prueba con frecuencia para evitar archivar demasiado. Esta técnica es larga, tediosa y rara vez se utiliza. [11]
Una llave de corte es una característica destinada a fallar y evitar daños mayores si la maquinaria se opera accidentalmente por encima de sus límites de diseño. Las chavetas de corte pueden ser cualquiera de los diseños descritos anteriormente, pero están hechas de un material más débil que el eje. La llave de corte se reemplaza fácil y económicamente y evita daños más graves al mecanismo que serían costosos o difíciles de reparar. Por ejemplo, un eje y una polea de acero pueden emplear una chaveta de latón. Cuando se aplica un torque excesivo a la junta, los bordes de acero cortan la chaveta de latón en dos pedazos, dejando la polea girando libremente sobre el eje y liberando al resto de la máquina de posibles daños.
Se pueden usar dos chavetas paralelas si la conexión del eje requiere una clasificación de torque más alta. [3]
Los chaveteros mal mecanizados en los que se produjo deflexión o deriva del cortador pueden no ser lo suficientemente fuertes para la aplicación requerida. [12]
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