Guía de chaveteros de polea: tolerancias, ajuste de chavetero, brochado y conceptos básicos del ensamblaje del eje

Una llave caída, un cubo rayado y una correa que comienza a subir por la brida dos semanas después de la reconstrucción. Por lo general, esa secuencia se atribuye a la correa, pero la causa principal se encuentra en la ranura de la polea. Cuando se extrae una polea de un eje para realizarle mantenimiento, la chaveta es la primera pieza que se pierde y, con demasiada frecuencia, el reemplazo se elige a simple vista entre lo que esté suelto en el contenedor de repuestos. La diferencia entre una llave correctamente colocada y una suelta se mide en centésimas de milímetro, pero es la que decide si la conexión sobrevive a un año de cambios de par o falla en un mes.

Primero, la respuesta corta: un chavetero de polea es una ranura mecanizada cortada a lo largo del orificio del cubo, combinada con una ranura en el eje, que en conjunto sostienen una chaveta que transfiere el torque y fija la posición angular de la polea. Si se consigue el ancho, la profundidad y el acabado superficial correcto, la clave se convierte en el componente más barato y predecible del tren motriz. Si se equivocan, la llave se convierte en el fusible que se funde, llevándose ocasionalmente el eje.

Qué hace realmente una ranura de polea

Esta ranura realiza tres trabajos y los realiza sin redundancia alguna.

• Transferencia de par. La chaveta, no la fricción, soporta la carga de trabajo entre el eje y el cubo.
• Ubicación angular. La posición de los dientes o ranuras de la polea en el eje se fija mediante el chavetero, no por el ajuste del orificio.
• Referencia de montaje. Una ranura mecanizada brinda al personal de mantenimiento un punto de orientación positivo, por lo que el cubo no se puede volver a colocar unos grados hacia afuera.

El propio par se transmite a través de los flancos de la chaveta hasta dos estrechas franjas de contacto, una en el eje y otra en el cubo. Cada newton metro de carga pasa a través de esas tiras, mientras que las esquinas de la ranura concentran la tensión y la profundidad de la ranura elimina material de la sección que resiste la flexión. Esos dos efectos explican por qué los estándares dimensionales limitan la profundidad del lado del eje t1 y la mantienen ligeramente más pequeña que la profundidad del lado del cubo t2: el eje es la pieza que nadie quiere reemplazar, por lo que el chavetero está colocado para mantener más material en el lado del eje.

En una polea síncrona, el chavetero también establece la sincronización. Si el chavetero del cubo se corta a unos pocos grados del punto de referencia del paso de los dientes, los dientes de la correa se encuentran con las ranuras de la polea en el punto equivocado del ciclo y el resultado se muestra como un desgaste desigual en un flanco del diente en lugar de una falla obvia. La disciplina que se aplica a la ranura de la polea se aplica también a la ranura del cubo, por lo que El perfil de los dientes de una correa de distribución y la ranura de la polea por la que circula. debe tratarse como un sistema en lugar de dos piezas compradas por separado.

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Tamaños de chaveteros y chaveteros: lo que solucionan los estándares

En los dibujos métricos, la chaveta y el chavetero no son opciones libres. El diámetro del eje selecciona una fila, y la fila dicta la sección transversal clave, la profundidad de la ranura del eje y la profundidad de la ranura del cubo. El error común es dimensionar la ranura a partir de cualquier llave que esté en el cajón e ignorar la profundidad, porque una ranura del eje demasiado profunda elimina la sección de soporte de carga de un eje que ya está trabajando bajo par alterno.

La tolerancia del ancho es la parte que realmente debe escribirse en el dibujo. Las llaves normalmente se suministran en h9 y el ajuste lo deciden las dos ranuras. La ranura del eje suele estar más apretada que la ranura del cubo, porque los daños en el eje son mucho más costosos de reparar. El grado de ajuste depende de cómo esté ensamblada la polea: un ajuste deslizante necesita espacio para empujarse con la mano, mientras que un ajuste roscado o a presión puede ser más ajustado pero resulta más difícil de quitar durante el mantenimiento.

Por qué el espacio libre de ajuste es más importante que el tamaño nominal

Una chaveta nominal de 8 mm en una ranura nominal de 8 mm no dice casi nada sobre cómo se comportará la junta. Lo que importa es la holgura que queda entre el flanco de la chaveta y la pared de la ranura después del mecanizado. Una vez que ese espacio libre es lo suficientemente grande como para que la llave se mueva bajo carga, la llave comienza a balancearse dentro de la ranura cada vez que se invierte el torque y comienza el desgaste por fricción en los flancos.

Los valores anteriores son indicativos y se utilizan para mostrar una tendencia más que para servir como tabla de medidas. La curva comienza casi plana, lo que significa que una pequeña cantidad de espacio libre en el extremo estrecho del rango cuesta muy poca vida. Más allá del codo de la curva, la caída se vuelve más pronunciada, por lo que cada 0,02 mm adicional de espacio libre quita más vida que el incremento anterior. La lectura práctica es que aflojar la ranura del cubo medio grado de tolerancia para facilitar el montaje mueve la transmisión a lo largo de la curva, y dónde aterriza eso importa. Un rodillo transportador con carga ligera que corre en una dirección tolera un ajuste más flojo que el eje principal de una máquina de impresión que invierte el torque constantemente. Esa es la razón por la que la tolerancia del ancho del chavetero pertenece al dibujo y no a las manos del maquinista en el banco.

Cómo fallan las poleas codificadas en servicio

El orden de los modos de falla es notablemente consistente de una planta a otra, y rara vez comienza con la rotura de la llave.

Esta clasificación refleja lo que más a menudo revelan los desmontajes en los talleres de mantenimiento, no lo que produce un equipo de fatiga de laboratorio. La preocupación en los flancos clave se sitúa en la parte superior porque se desarrolla lentamente y casi nunca se nota durante una inspección de rutina. El cizallamiento y el agrietamiento de las esquinas del cubo son eventos que le siguen, porque una vez que el ajuste se ha aflojado, la carga de impacto se concentra en las esquinas de la ranura. La deformación de la ranura del eje ocupa el cuarto lugar y es el hallazgo menos bienvenido de todos, ya que reemplazar un eje rayado cuesta mucho más que una chaveta. Una polea que se desliza sobre su eje es simplemente el estado final, y para entonces los dientes de la correa también están siendo masticados. La lección es consistente: la mayoría de las fallas de las poleas enchavetadas se deben a un ajuste flojo y no a una resistencia insuficiente del material.

El material del cubo cambia el límite del chavetero

La llave es casi siempre la parte más dura, por lo que en la práctica la carga está limitada por la más blanda de las dos ranuras. Esto hace que el material del cubo sea una decisión de diseño directa y no cosmética.

Un cubo de aluminio se comporta de manera diferente que el hierro fundido o el acero porque la ranura resiste la carga clave a través de la resistencia al corte del propio material del cubo. Un cubo de acero alcanza aproximadamente el doble de capacidad que el de hierro fundido gris, y esa diferencia explica por qué las transmisiones con cargas pesadas rara vez utilizan poleas de aluminio. El hierro dúctil se encuentra entre los dos y es el compromiso que eligen la mayoría de los fabricantes de máquinas cuando el costo y la resistencia son importantes. Los bujes de metal sinterizado son baratos de producir, pero obtienen una puntuación de alrededor de setenta en esta escala, que se adapta a poleas pequeñas y con carga ligera en lugar de posiciones de transmisión principales. Cuando no se puede evitar una polea de aluminio, la solución habitual es alargar el encaje de la llave o mover la ruta de torsión a un elemento de sujeción en lugar de una llave. Primero seleccione el material del cubo para la capacidad de corte, luego pese la masa y el costo con respecto a esa línea de base.

Opciones de mecanizado para el chavetero del cubo

La ranura en el cubo se puede fabricar de varias maneras, y la elección cambia tanto la precisión alcanzable como la economía del pedido. La siguiente comparación compara dos rutas de producción comunes entre sí según los criterios que realmente deciden una oferta.

Esta comparación de radar puntúa el mismo chavetero de cubo producido por dos procesos diferentes, con cada eje normalizado de cero a uno. Los índices de brochado son altos en cuanto a precisión dimensional, acabado superficial, velocidad de corte y acceso al chavetero interno, porque una sola pasada de una herramienta de forma produce la ranura en un solo movimiento. Su punto débil es la flexibilidad de lotes pequeños, ya que la brocha en sí se fabrica y se reafila para una combinación de ancho y profundidad de chavetero. El ranurado se comporta de manera opuesta: el costo inicial de las herramientas es menor y un solo cubo o un lote corto es mucho más fácil de acomodar, pero el proceso es más lento y el acabado normalmente está un paso por detrás del brochado. El corte de alambre y el fresado se encuentran entre ambos y son prácticos para trabajos de reparación, donde no tiene sentido pedir una brocha nueva para una polea. La decisión normalmente se reduce al volumen: si la producción anual justifica el uso de herramientas, el brochado es la opción sensata y, por debajo de ese umbral, la ruta más realista es ranurar o cortar alambre.

Lista de verificación de montaje e inspección

La mayoría de los problemas con los chaveteros se crean durante los diez minutos que lleva volver a montar una polea. Una breve secuencia de comprobaciones los elimina casi todos.

1. Mida el ancho de la ranura del eje y la ranura del cubo con un calibrador o calibre y compare las lecturas con la banda de tolerancia en el dibujo en lugar de juzgar el ajuste al tacto.
2. Compruebe que la llave se asiente a la profundidad correcta en ambas ranuras. Debe haber un pequeño espacio entre la parte superior de la chaveta y la parte inferior de la ranura del cubo, nunca un contacto apretado.
3. Desbarbe los bordes de la ranura y retire el metal enrollado. Una sola rebaba levantada es suficiente para inclinar la llave en la ranura.
4. Pruebe colocar la polea en un eje limpio y seco. Las marcas en el orificio o en el eje significan que el ajuste es demasiado apretado para el método de montaje previsto.
5. Gire el cubo para que el chavetero se alinee con la ranura del eje antes de empujarlo y nunca arrastre la polea a su lugar con el tornillo de fijación.
6. Apriete el tornillo de fijación o el elemento de sujeción al par especificado, luego vuelva a verificar la fase del diente contra la correa si la polea es del tipo sincrónico.
7. Vuelva a verificar el descentramiento radial después de las primeras horas de funcionamiento y agregue la lectura al registro de mantenimiento de rutina.

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Un chavetero de polea es una característica común y corriente, una ranura estrecha en una pieza de metal, pero que transmite el par y mantiene la posición angular de la que depende todo el accionamiento. Déle una tolerancia definida de ancho y profundidad, elija el ajuste de acuerdo con cómo se ensamblará la polea y mida antes del montaje y no después. Una conexión con clave preparada de esa manera rara vez se convierte en lo primero que falla en la máquina.

Para los equipos que reemplazan una polea o diseñan una nueva transmisión, obtener la polea y la correa del mismo proveedor mantiene el orificio, el chavetero y el paso de los dientes en un mismo plano de referencia. Jiangxi Kangqi Industrial fabrica correas de distribución de caucho, correas de distribución de PU y poleas síncronas compatibles, con registros dimensionales disponibles junto con los informes de prueba, por lo que el ajuste del cubo y el perfil del diente se resuelven juntos en lugar de en dos conversaciones separadas.