Cuñas y cuñeros

Se define una cuña como una pieza de maquinaria desmontable que, cuando se ensambla en los cuñeros, brinda un medio positivo de transmisión del torque entre el eje y a maza. Tanto el tamaño como la forma de las cuñas fueron estandarizados de varias maneras.

Representación gráfica de una cuña

Es un elemento de fijación mecánica desmontable, de forma cilíndrica o cónica, cuyos extremos pueden variar en función de la aplicación. Se emplea para la fijación de varias piezas a través de un orificio común, impidiendo el movimiento relativo entre ellas.

Representacion grafica de cuñeros

tiene sección transversal cuadrada o rectangular con altura y ancho constantes a lo largo de su longitud.

Poseen tamaños particulares de secciones transversales de cuñas y profundidades de cuñeros, como una función del diámetro del eje en el asiento de la cuña.

Exiten varios tipos de cuañas paralelas las cuales son:

Las cuñas cuadradas: se recomiendan para ejes de hasta 6.5 in de diámetro.

Las cuñas rectangulares para diámetros más grandes.

La cuña paralela se coloca con la mitad de su altura en el eje y la otra mitad en la maza.

Tipos de cuñas paralelas.

Su producción es normalmente con material de fábrica estándar rolado en frío, el cual tiene convencionalmente “tolerancia negativa”, lo cual significa que nunca será más grande que su dimensión nominal, pero sí más pequeño.

Son de ancho constante, pero su altura varía como un cono lineal de 1/8 in por pie, y se introduce en una ranura cónica en la masa hasta que se bloquea. Puede tener o no una cabeza de cuña para facilitar su remoción.

Representacion grafica de cuñas conicas

El tamaño del cono y de la cabeza los define el estándar. El cono es de bloqueo, lo cual significa que la fuerza de fricción entre las superficies mantiene la cuña axial-mente en su lugar.

La cabeza de la cuña es opcional y brinda una superficie para tirar con fuerza de la cuña hacia fuera cuando el extremo no es accesible. Las cuñas cónicas tienden a crear excentricidad entre la maza y el eje, porque la tolerancia radial total se corre hacia un lado.

Son semicirculares, de ancho plano y constante. Se ajusta en un cuñero semicircular maquinado en el eje con un cortador circular estándar.

Las cuñas Woodruff se usan en ejes más pequeños y son autoalineables, de modo que se prefieren en lugar de las flechas cónicas.

Respecto al tamaño son similares a las cuñas cuadradas y su estandarizacion esta dad por ANZI

La penetración de una cuña Woodruff en la maza es la misma que en la de una cuña cuadrada, es decir, la mitad del ancho de la cuña. La forma semicircular crea un cuñero más profundo en el eje, el cual se resiste al rodamiento de la cuña, pero debilita el eje en comparación con el cuñero de una cuña cuadrada o cónica.

Representacion grafica de una cuña woodruff

Como las dimensiones de las cuñas ya estan estandarizadas hay muy pocas caracteristicas que pueden variar las cuales son: la longitud de la cuña y al número de cuñas utilizadas por el cubo como variables de diseño.

Para las cuñas cuadradas y conicas:
Serán tan largas como la maza lo permita.

Para la cuña Woodruff
Puede tener un intervalo de diámetros para un ancho determinado, el cual determina efectivamente su longitud de sujeción a la maza. Desde luego, conforme se incrementa el diámetro de la cuña Woodruff, más se debilita el eje con la mayor profundidad del asiento de la cuña.

Notas:
-)Si una sola cuña no puede manejar el torque con esfuerzos razonables, se agrega una cuña adicional, girada a 90° de la primera.
-)La cuña actúa entonces como un perno de corte en un motor fuera de borda, con la finalidad de proteger del daño a los elementos más costosos. Una cuña no es costosa y es relativamente fácil de sustituir, si el asiento de la cuña no está dañado.

Tablas de dimensiones de cuñas

Como las cuñas tienen cargas cortantes, se utilizan materiales dúctiles. La elección más común es el acero dulce al bajo carbono, a menos que un ambiente corrosivo exija una cuña de latón o de acero inoxidable.

Para las cuañas cuadradas
se usa con frecuencia se hacen de material de fábrica rolado en frío y simplemente se cortan a la longitud deseada.

Para las cuñas cónicas y Woodruff también se suelen elaborar con acero dulce rolado en frío.

Forma y materiales para las cuñas

En las cuñas hay dos modos de falla: cortante y por contacto. Ocurre una falla cortante cuando una cuña se corta a lo ancho en el punto de contacto entre el eje y la maza. La falla de presión por contacto ocurre cuando se incrustan cualquiera de los lados debido a la compresión.

Donde F es la fuerza aplicada y Acortante es el área de corte. En este caso, Acortante es el producto del ancho por la longitud de la cuña.

Notas:
-)La fuerza sobre la cuña se obtiene del cociente del torque del eje entre el radio de ésta.
-)Si el torque del eje es constante en el tiempo, la fuerza también lo es; el factor de seguridad se obtiene comparando el esfuerzo cortante con la resistencia a la fl uencia por cortante del material.

Falla de presion por contacto:

Donde F es la fuerza aplicada y el área de presión por contacto es el área de contacto entre un lado de la cuña y el eje o la maza.

El esfuerzo de presión por contacto se debe calcular usando la fuerza aplicada máxima, sea constante o variable con el tiempo.

Nota:
-)Para una cuña cuadrada, ésta será la mitad de su altura por su longitud.
-)La cuña Woodruff tiene un área de presión por contacto diferente en la maza, comparada con la del eje.El área de presión por contacto en la maza Woodruff es mucho menor y fallará primero.

Como las cuñas tienen esquinas relativamente afiladas ( 0.02 in de radio), los cuñeros también las tienen. Esto causa concentraciones de esfuerzos significativas.

Peterson obtuvo experimentalmente las curvas derivadas de la concentración de esfuerzos en asientos de cuñas, con extremo fresado en ejes bajo cargas de flexión o de torsión. Tales factores se encuentran entre 2 y 4 aproximadamente, y dependen de la razón entre el radio de la esquina y el diámetro del eje para dichas curvas, de modo que se pueda determinar el factor de concentración de esfuerzos “sobre la marcha” durante el cálculo del diseño de ejes.

¿Que son?

Tipos

Diseño

Materiales

Esfuerzos