CHAVETAS O CUASUna chaveta o cua, es un elemento de mquina que se coloca en la interface del eje y la masa de una pieza que transmite potencia con el fin de transmitir torque. La chaveta es desmontable para facilitar el ensamble y desarmado del sistema de eje. Se instala dentro de una ranura axial que se maquina en el eje, la cual se denomina chavetero (cuero). A una ranura similar en la maza de la pieza que transmite potencia se le da el nombre de asiento de chaveta o asiento de cua (cubo), si bien, propiamente es tambin un chavetero.

La chaveta tambin puede definirse como una mquina simple de madera o metal terminada en ngulo diedro muy agudo. Sirve para hender o dividir cuerpos slidos, para ajustar o apretar uno con otro, para calzarlos o para llenar algn espacio o ranura. Acta como un plano inclinado mvil. El filo de un hacha es, en realidad, una cua afilada. Tal como lo hara una rampa, permite desplazar un peso con mayor facilidad.Las chavetas se usan en el ensamble de partes de mquinas para asegurarlas contra su movimiento relativo, por lo general rotatorio, como es el caso entre flechas, cigeales, volantes, etc.

Tipos de Chavetas o CuasLas normas Din para chavetas contemplan todas estas variaciones de formas y numeracin Din

Todas ellas pueden ser fabricadas con aceros de: cementacin, temple, aceros inoxidables ferrticos y martensticos, as como aceros austenticos resistentes al cido y al xido.

Cuas paralelas cuadradas y rectangulares.El tipo mas comn de las cuas para ejes de hasta 6 de dimetro es la cua cuadrada. La cua rectangular se sugiere para ejes largos y se utiliza en ejes cortos donde puede tolerarse una menor altura. Tanto la cua cuadrada como la rectangular se denominan cuas paralelas porque la parte superior, la inferior y los lados de la cua son todos paralelos.

Los chaveteros y la maza en el eje se disean de tal manera que exactamente la mitad de la altura de la cua se apoye en el lado del chavetero del eje, y la otra mitad en el lado del chavetero de la mazaEl ancho de la chaveta cuadrada plana es generalmente una cuarta parte del dimetro del eje. Estas cuas pueden ser rectas o ahusadas aproximadamente 1/8 por pie. Cuando es necesario tener movimiento axial relativo entre el eje y la parte acoplada se usan chavetas y ranuras. Existen normas ASME, DIN y ASA para los dimensionamientos de la chaveta y de la ranura

Chavetas de Woodruff o de Media Luna

Una chaveta Woodruff o de Media Luna es un segmento de disco plano con un fondo que puede ser plano o redondeado. Se le especifica siempre mediante un nmero, cuyo dos ltimos dgitos indican el dimetro nominal en octavos de pulgadas, mientras que los dgitos que preceden a los ltimos dan el ancho nominal en treintaidosavos de pulgada.

Chavetas ahusadas y chavetas de cabeza o de taln

Las chavetas ahusadas estn diseadas para insertarse desde el extremo del eje despus que la maza est en su sitio en lugar de instalar la chaveta primero y despus deslizar la maza sobre la chaveta, como sucede en las chavetas paralelas. El ahusado se extiende, cuando menos, a lo largo de la longitud de la maza y la altura medida desde el extremo de la maza es la misma que para la chaveta paralela. Por lo general el ahuesado es de 1/8 por pie.

La chaveta de cabeza o de taln tiene una geometra ahusada dentro de la maza que es la misma que la chaveta ahusada simple, pero la cabeza alargada permite extraer la chaveta desde el mismo extremo en que se instal. Esto es muy deseable si el extremo expuesto no est accesible para extraer la chaveta.

Chavetas tangenciales

Son dos chavetas instaladas juntas, ambas con igual inclinacin. Se instalan una en contra de la otra, lo que evita el desplazamiento relativo axial entre ellas.

Donde se desean ensamble y desarmado relativamente sencillo as como una carga ligera debe considerarse una chaveta Woodruff. La ranura circular en el eje mantiene la chaveta en su sitio en tanto la pieza que arrastra, se desliza sobre la chaveta.

La chaveta cuadrada y la cua Pratt & Whitney son las mas utilizadas en diseo de mquinas. La chaveta de cabeza acodada se disea de modo que la cabeza permanezca fuera del elemento para permitir que una clavija pueda impulsarla para remover la chaveta.

Seleccin e instalacin de chavetas y chaveterosLa chaveta y el chavetero (cuero) para una aplicacin especfica, casi siempre se disean despus que se ha especificado el dimetro del eje. Por lo general la longitud de la chaveta se especifica como una parte sustancial de la longitud de la maza de la pieza que se instala, para dar margen a una alineacin satisfactoria y una operacin estable. Pero si el chavetero en el eje debe estar cerca de otros cambios geomtricos como chaflanes de los hombros y ranuras para anillos de sujecin, es importante prever cierto espaciamiento axial entre ellos, de manera que las concentraciones de tensin no se multipliquen. La chaveta puede cortarse a escuadras en los extremos, o bien, se le asigna un radio en cada extremo cuando se instala en un chavetero de perfil para mejorar su ubicacin. Las chavetas que se cortan a escuadra se utilizan, por lo general, con el tipo de chavetero de corredera deslizable. En ocasiones la cua se mantiene en su sitio mediante un tornillo de ajuste en la maza sobre la cua.Sin embargo, la confiabilidad de este mtodo es cuestionable debido a la posibilidad de que el tornillo de ajuste presente retroceso con la consecuente vibracin del ensamble. Es necesario prever la ubicacin axial del ensamble por medios ms positivos como hombros, anillos de sujecin o separadores.

Las chavetas Kennedy se fabrican generalmente en forma de cua y se aprietan en posicin de montaje. Son adecuadas para trabajo muy pesado. Las chavetas Woodruff se emplean mucho en las industrias de vehculos automviles y de las mquinas herramientas.Para construccin de alta calidad y en casos en que es necesario el movimiento axial entre eje y cubo de acoplamiento, se evita la rotacin relativa mediante estras mecanizadas en el eje y el cubo. Un tipo de estras utiliza como directriz la curva involuta. El estriado del eje puede realizarse mediante un proceso de fresado similar al utilizado en el tallado de engranajes.

Materiales de fabricacin de cuasLas cuas se fabrican en su mayora, de acero extrudo en fro a bajo carbono. Si el acero a bajo carbn no es lo suficientemente resistente, puede emplearse acero con un contenido ms alto de carbn, tambin del tipo extrudo en fro. Los aceros a los que se les da tratamiento trmico pueden utilizarse para obtener una resistencia aun mayor. No obstante, el material debe conservar una buena ductilidad como lo indica un valor de elongacin porcentual mayor del 10% aproximadamente, en particular cuando es probable que se presenten cargas de choque o de impacto.

Diseo de chavetasFactores que influyen en el diseo de chavetas La distribucin de los esfuerzos en la superficie de las chavetas es muy complicado. Depende del ajuste de la chaveta y de las ranuras del eje y el cubo en los cuales existen fuerzas distribuidas.Adems las tensiones no son uniformes a lo largo de la chaveta en direccin axial, siendo mximas en los extremos.Como consecuencia de las muchas indeterminaciones, generalmente no puede hacerse un estudio exacto de las tensiones. Los ingenieros suponen usualmente que todo el par es absorbido por una fuerza tangencial F situada en la superficie del eje.

Esto es, T = FrLas tensiones de cortadura y de compresin en la chaveta se calculan a partir de la fuerza F y se emplea un coeficiente de seguridad suficientemente grande.

Diseo de cuas cuadradas y planasPuede basarse en los esfuerzos cortantes y de compresin producidos en la chaveta como resultado del momento de torsin transmitido. Las fuerzas que actan sobre la cua Las fuerzas F actan como un par resistente para prevenir la tendencia de la chaveta a rotar en el chavetero (cuero). La localizacin exacta de la fuerza F no es conocida y es conveniente suponer que acta tangencialmente a la superficie del eje. Esta fuerza produce esfuerzos cortantes y de compresin en la chaveta.

Distribucin de esfuerzos en una chaveta sobre un ejeLa resistencia al momento de torsin del eje T puede aproximarse por T=Fr, donde r es el radio del eje. El esfuerzo cortante Ss en la chaveta es:

Donde L es la longitud de la chaveta.

El momento de torsin Ts del eje que puede soportar la chaveta, desde el punto de vista del corte es:

El esfuerzo de compresin Sc en la chaveta es:

El momento de torsin del eje que puede soportar la cua, desde el punto de vista de la compresin, es:

Una chaveta cuadrada puede soportar el mismo momento de torsin del eje tanto desde el punto de vista del corte como el punto de vista de la compresin. Esto es fcilmente comprobable si se igualan las dos ecuaciones del momento y usando la relacin aproximada Sc = 2Ss para aceros dctiles. Sobre la misma base, las chavetas planas mas anchas que profundas, fallan en compresin, y las que son ms profundas que anchas fallan en corte.

Fallas en las chavetasEn los cuerpos sometidos a esfuerzos torsionales es tpico que los materiales dctiles fallen por corte, en sus fibras internas, y en los materiales esforzados a compresin, por lo regular fallan por aplastamiento de su estructura y se deforman debido a su relacin ancho/altura.En las chavetas claramente se inducen estos dos tipos de esfuerzo, por lo que la altura o espesor dentro del eje y su ancho producen resultados distintos.Entonces, de una manera sencilla de decirlo, se puede asegurar que sobre la misma base, las chavetas planas ms anchas que profundas fallan en compresin, y las que son ms profundas que anchas fallan en corte.

EJES ESTRIADOS (Ranurados)Para eliminar las chavetas, se procede a instalar ejes con estras (ranuras) que permiten un mayor torque, dado que reemplazan a mltiples chavetas (tantas chavetas como estras tengan el eje y el cubo), especialmente en ejes que pueden tener movimiento relativo axial con el cubo

A: Dientes engarzados del eje estriadoB: Ranura

Si el eje debe llevar una posicin nica con el cubo, entonces existe un diente engarzado en el eje, que penetra solo en un espacio diferente del cubo (ranura).

REFERENCIAShttp://www.slideshare.net/sancoronel/chavetas-38307990

AUTOR: Antonio Barraf

Published on Aug 24, 2014