Árbol (mecánica)

Árbol Árbol

Árbol. El árbol en mecánica, es el elemento que se emplea para la transmisión de movimiento giratorio en las máquinas, y está sometido en la mayor parte de los casos a esfuerzos de flexión y torsión.

Conceptos fundamentales

Existe una tendencia generalizada entre los no especialistas, de confundir los conceptos de árboles y ejes, utilizándolos indistintamente para referirse a ese elemento de máquina. Los árboles transmiten movimiento giratorio desde una fuente de energía que puede ser un motor; por ese motivo están sometidos a esfuerzos de torsión (propio del movimiento que transmite) y de flexión (debido a tener que soportar el peso de la máquina). Por su parte, el eje, puede girar libremente o no, pero no transmite movimiento; solamente soportan el peso de la máquina, por lo que están sometidos a esfuerzos de flexión.

Árboles estriados

Puntas de árboles estriados.

Estos son árboles a los que se le han tallado ranuras o estrías, y se emplean para transmitir grandes momentos de giro, sin tener que debilitar grandemente el árbol.

Estrías y cubo.

El dentado de estos árboles se logra con una operación de fresado. Este proceso en el cubo (elemento donde se acopla el árbol) se hace con una operación de brochado.

Los perfiles de las ranuras están normalizados y se escogen de acuerdo al tipo de trabajo a realizar.

Configuración y diseño

Los árboles se fabrican a partir de perfiles cilíndricos de aceros lisos. Las calidades de estos aceros se seleccionan de acuerdo al empleo que se dará al elemento, utilizándose en muchos casos aceros especiales.

Son maquinados en tornos y más tarde se fresan sobre ellos otros elementos como chaveteros, estrías, etc., de acuerdo al tipo de árbol. Después de la operación de fresado, en muchos casos se debe recurrir a otra de rectificado, para eliminar el alabeo que se produce en el tallado de estrías o chaveteros.

Cuando los árboles tienen diámetros muy grandes, aumenta su peso, y es necesario tenerlo en cuenta para su diseño. Entonces se trata de fabricarlos huecos, ahorrándose con este proceso hasta un 25% del peso, pero entonces se debe tener en cuenta que también se reducirá su resistencia hasta un 6,25% con relación a un árbol macizo.

Como ya se ha dicho antes, los árboles son sometidos a torsión por los momentos de giro que transmiten, y también a flexión por los pesos de los órganos montados sobre el mismo, como volantes, poleas, ruedas dentadas, etc. Es por esto que deben calcularse a flexión y torsión. En el caso de los árboles lisos, la tarea es bastante simple, no así cuando presentan cambios bruscos en sus diámetros o secciones (escalones), provocándose concentraciones de esfuerzos en los puntos de cambio de sección, debilitándose en esos puntos. Para resolver esa situación se calculan redondeos en esos puntos para tratar de distribuir los esfuerzos.

Otro elemento a tener en cuenta para el diseño de un árbol es el cálculo de su resistencia a la fatiga, que será el valor límite superior de las cargas alternativas que podrá soportar el elemento en un tiempo indefinido, y vendrá dado por el estado de la superficie del árbol y la forma del mismo.

Fuente

• Fratschner, O. Elementos de Máquinas. Ed. Gustavo Gili. Barcelona. España. 1969.