El Ingeniero y ferretero español y sud-americano (1887-09-24 00:00:00), página 21

EJES PARA TRANSMISION DE FUERZA.

Varios libros de textos nos proporcionan datos para determinar la cantidad de tensión torsional que ejes de un diámetro dado pueden resistir; explican que su capacidad para resistir la tensión torsional es igual al cubo de su diámetro, y que el desvío de la tensión transversal es de tantos grados; con muchas otras materias, que son altamente útiles y que se deben saber. No haremos referencia á estas materias, sino notar algunas de las condiciones más oscuras pertenecientes á los ejes, tales como las que se demuestran por la experiencia práctica mas que deducidas de cálculos matemáticos. Lo que llevamos dicho se refiere particularmente á lo que se llama ejes-de-línea (transmisión) para transmitir y distribuir la fuerza á talleres de máquinas y otros establecimientos manufactureros. Las siguientes proposiciones con referencia á transmisiones ayudarán á comprender lo que ha de seguir:—
I. La resistencia de los ejes se gradúa por las dimensiones y disposiciones de sus soportes.
II. La capacidad de los ejes se gradúa por la fuerza y velocidad á que giran tornadas juntamente.
III. Las tensiones á que están expuestas los ejes son las tensiones torsionales de la transmisión, tensión transversal de las correas y poleas, y tensiones de accidentes, tales como el lido de las correas.
IV. La velocidad á que los ejes deben correr las transmisiones se gradúan por sus dimensiones, la clase de maquinaria que se ha de popular, y la clase de cojinetes en que están montados.
V. Como la resistencia de los ejes se determina por sus dimensiones, y su diámetro fijado por las tensiones á que están expuestos, las tensiones se deben estudiar primeramente.
Hemos consignado tres clases de tensiones, torsional, desviación, y de incidental. Para hacer frente á estas tensiones se tienen que proveer los mismos medios, que es un diámetro y resistencia suficiente para resistirlas; por esta razón es inútil el considerar cada una de estas tensiones diferentes separadamente. Si sabemos cual de las tres es la mayor, y hacemos la provisión necesaria, las demás, naturalmente, se pueden desatender. Aunque, en la práctica se encuentra que las tensiones accidentales son á las que las transmisiones están más expuestas en servicio ordinario, y que en los ejes que se construyen generalmente, en punto de resistencia, es mucho mayor que la del cualquier grado que se pudiera determinar bien por una tensión torsional ó transversal debido al trabajo que tienen que desempeñar. De esto naturalmente se deduce que para estructuras que no envuelven movimiento, los cálculos matemáticos nos dan las dimensiones; pero esta misma regla no es aplicable á la maquinaria. Siguiendo las proposiciones para ejes que se suministraban por datos puramente matemáticos en casi todos los casos conduciría á un error. La experiencia ha demostrado que para casos ordinarios, donde la fuerza se transmite y se aplica con regularidad sufrible un eje de transmisión de 8 cm de diámetro girando al promedio de 150 revoluciones por minuto, sus cojinetes tres ó cuatro diámetros en longitud y colocados á una distancia de 3 metros aparte, transmite con seguridad una fuerza de 50 caballos.
Presumiendo este ó cualquier otro ejemplo bien sentado, y calculando ejes mayores ó menores tomando sus diámetros como la raíz cúbica de la fuerza que se ha de transmitir, la distancia entre los cojinetes como el diámetro, y la marcha inversa como el diámetro, los cálculos corresponderían aproximadamente con la práctica moderna de nuestros mejores ingenieros. Esto no se refiere tanto para proporciones para ejes, como para llamar atención á los accidentes ó tensiones, tales como el lido de correas, y llamar atención á una diferencia muy señalada entre la práctica actual y tales proporciones como se consignaron por lo que se ha denominado á la tensión medida ó determinable á las cuales están expuestas los ejes.
Como un medio para transmitir la fuerza, los ejes facilitan la importante ventaja que la fuerza se puede cortar á cualquier punto de toda su longitud, por medio de poleas ó engranajes, también se hace un empalme positivo entre la fuerza motor y las máquinas, entre las diferentes partes de la maquinaria. La capacidad de los ejes en la resistencia de tensiones torsionales, y el grado de desviación torsional en los ejes es igual á su largo. La capacidad torsional estándose basada sobre el diámetro, á veces conduce á comprender lo que se puede llamar ejes cónicos ó de telescopio, transmisiones en las cuales el diámetro de las varias secciones disminuye según aumenta la distancia de la fuerza motora, y como el trabajo á desempeñar se hace menor. Este método de disponer las líneas de ejes de transmisión ha sido, y es aun todavía muy común, pero ciertamente al que nunca se ha llegado por observaciones cuidadosas. Casi todo método de construcción tiene sus ventajas y desventajas, y el mejor medio de determinar el exceso de una á otra, en cualquier caso, lo primero es llegar á todas las condiciones tan aproximadamente como posible, entonces se hace un “balance de prueba” colocando las ventajas á un lado y las desventajas en el otro, y sumar las cantidades como comparación. Tratando con este asunto de transmisiones de diámetros uniformes y transmisiones de diámetros variables de esa manera, se hallará en pró del último método una pequeña economía de material y una pequeña reducción de rozamiento como ventajas. La economía de material se refiere solamente á primer costo, porque el costo de montaje es mucho mayor en la construcción de ejes cuando el diámetro de los diferentes trozos varían; el rozamiento, teniendo presente que la misma velocidad en el todo se tiene que presumir, escasamente merece calcularse. Por otra parte, para las desventajas hay, una falta de uniformidad en las monturas que impiden un cambio de uno ó otro lado de la línea de transmisión—un punto muy importante, pues esta clase de cambios son á veces necesarios. Un eje de transmisión, cuando construido de piezas de diámetros variables, es una clase de maquinaria especial adecuada para una colocación ó servicio particular, y no un producto calibrador que se puede manufacturar generalmente como un artículo mercantil por los maquinistas, y suministrados á un precio bajo. Las poleas, volantes, cojinetes, y los collares todos tienen que probarse particularmente; y en el caso de un cambio, la extensión de las líneas de transmisión, causan inconveniencias, y frecuentemente no muy poco desembolso, todo lo cual se puede evitar montando ejes de transmisión de un diámetro uniforme. Los cojinetes, además de ser variados en resistencia y dimensiones, generalmente en tales casos se colocan á intervalos ó distancias irregulares, y los trozos de las diferentes secciones de la transmisión son algunas veces variables para corresponder con sus diámetros. Con las líneas de transmisión de un diámetro uniforme, toda montura perteneciente á ésta—tal como los cojinetes colgantes, collares, poleas y cojinetes—son cambiables; las poleas, volantes, cojinetes y colgantes se pueden colocar á placer, ó cambiar de una á otra parte de la transmisión, ó de uno á otro departamento de la fábrica, según el caso sea necesario. El primer costo de un eje de transmisión de un diámetro uniforme, de suficiente sólido para un deber particular, es generalmente menor que el de una transmisión compuesta de secciones variables en diámetros. Esto puede parecer extraño á primera vista, pero una comparación del número de cojinetes necesarios, con el costo particular, de monturas en casi todos los casos demuestran una economía. Se ha llamado atención á este caso como uno en donde las condiciones de la operación evidentemente proveen datos exactos para gobernar la disposición de la maquinaria, en vez de la tensión determinable á que las piezas están expuestas, y como un buen ejemplo de la importancia de estudiar las condiciones mecánicas bajo un punto de vista práctico y experimental. Si el diámetro general de una transmisión se basa sobre la cantidad exacta de la fuerza que se ha de transmitir, ó si el diámetro en varios puntos se basa sobre la tensión torsional que se sentiría en estos puntos, un eje de esta clase no sólo fallaría en corresponder con las condiciones de uso práctico, sino que costaría mucho más atentando tal adopción. La tensión de funcionamiento á que los ejes están expuestos es inversamente como la velocidad á que funcionan. Esto es una de las razones poderosas en favor de disponer los ejes para que funcionen á una velocidad máxima, proveyendo que no haya nada mas que el primer costo que tener en cuenta; pero hay otras y aun mas importantes condiciones que tener en cuenta, principalmente entre las cuales se encuentran el promedio de marcha necesaria donde se quita la fuerza de las máquinas, y la resistencia de los cojinetes. El número de cojinetes de una línea de la marcha, y tanto de los primeros movedores de una máquina que haga necesario una ó más transmisiones intermedias, el costo sería muy grande; por el contrario, si se pueden evitar las transmisiones intermedias, se efectúa una gran economía en correas, cojinetes, maquinaria y obstrucción. El límite práctico de velocidad en ejes de línea, depende en gran grado sobre la naturaleza ó clase de los cojinetes.