Causas de fractura de eje: una revisión exhaustiva de los factores y estrategias de prevención

Introducción: La importancia de comprender las causas de las fallas de los ejes

Los ejes son componentes vitales en muchas máquinas y sistemas mecánicos, ya que transmiten potencia y par. Un eje roto o fracturado puede causar paradas totales de la máquina, graves pérdidas económicas e incluso poner en peligro la vida de las personas. En este artículo, profundizaremos en las causas de la rotura de ejes y cómo prevenirla.

Los principales factores del corte de ejes

1. Sobrecarga

• Mecanismo de daño : Aplicación de torque o fuerza axial que excede la tolerancia del eje.

• Síntomas : Deformación permanente antes del fallo.

• Solución :

  • Calcular con precisión la carga de entrada

  • Utilice un factor de seguridad apropiado (normalmente de 2 a 4)

  • Instalar un sistema de protección contra sobrecargas

2. Falla por fatiga

• Estadística interesante : entre el 80 y el 90 % de las fallas de los ejes se deben a la fatiga.

• Etapa de falla :

  1. Las grietas se inician en los puntos de concentración de tensión.

  2. La grieta se expande gradualmente

  3. Fallo repentino

• Solución :

  • Un diseño adecuado puede reducir las concentraciones de tensión

  • Seleccione materiales con alta resistencia a la fatiga

  • Tratamientos superficiales como granallado y endurecimiento.

3. Concentración del estrés

• Puntos clave :

  • Cambios repentinos en la sección transversal

  • Ranura de resorte

  • agujeros laterales

  • Punto de conexión de la cuchilla

• Solución :

  • Utilice filetes con el radio apropiado

  • Diseño de gradiente de sección transversal

  • Reducir el número de ranuras y agujeros

4. Desalineación

• Tipos inconsistentes :

  • ángulo

  • líneas paralelas

  • Compuesto

• Efecto :

  • Generar tensión de flexión adicional

  • Calefacción local

  • Desgaste de los cojinetes

• Solución :

  • Alineación precisa durante la instalación

  • Uso de acoplamiento flexible

  • Comprobaciones periódicas de alineación

5. Vibración y choque

• Mecanismo de lesión :

  • resonancia

  • Cargas de choque repetidas

• Solución :

  • Análisis modal para prevenir la resonancia

  • Uso de amortiguadores

  • Diseñado para absorber el impacto

6. Corrosión

• Tipos de corrosión efectiva :

  • Corrosión bajo tensión

  • Fatiga por corrosión

  • picaduras

• Solución :

  • Seleccione materiales resistentes a la corrosión

  • Recubrimientos protectores (níquel, cromo, pintura)

  • Control del entorno de trabajo

7. Defectos materiales y estructurales

• Desventajas comunes :

  • Porosidad

  • impurezas

  • Estructura de grano inadecuada

  • Grietas en la fundición o forja

• Solución :

  • Control de calidad de la materia prima

  • Ensayos no destructivos (UT, RT, MT)

  • Tratamiento térmico adecuado

Análisis de fallas de ejes: métodos para determinar la causa

1. Inspección visual de la superficie de la fractura:

• Fallos leves : señales de sobrecarga

• Falla frágil : señal de fatiga o fragilidad del material.

• Anillo de fatiga : un indicador de carga intermitente

2. Microanálisis:

• Comprobación de la estructura del grano

• Identificación de concentraciones de estrés

• Detección de la aparición de grietas

3. Examen de laboratorio:

• Ensayos de tracción y flexión

• Prueba de dureza

• Análisis químico

Soluciones para evitar la rotura del eje

1. Diseño optimizado:

• Cálculo preciso de la tensión

• Uso de software de análisis (FEA)

• Considere los factores de seguridad

2. Elige los materiales adecuados:

• Acero de aleación de alta resistencia

• Acero inoxidable para ambientes corrosivos

• Materiales compuestos para usos especiales

3. Proceso de fabricación y pago:

• Mecanizado de precisión

• Tratamiento térmico adecuado

• Acabado superficial de alta calidad

4. Instalación y mantenimiento correctos:

• Alineación precisa

• Lubricación adecuada

• Inspecciones periódicas

Estudio de caso: Análisis de fallas del eje de una bomba industrial

Especificaciones del eje:

• Material: acero AISI 1045

• Diámetro: 50 mm

• Función: Transmisión de potencia de 75 kW

Síntomas observados:

• La falla ocurre en el punto de cambio de la sección transversal.

• Superficie de falla con patrón de fatiga

• Ranuras afiladas en el punto de rotura

Resultados del análisis:

1. Concentración de tensión en los cambios de la sección transversal

2. Diseño de filete inadecuado (radio pequeño)

3. Carga intermitente y fatiga

Medidas correctivas:

1. El radio de la esquina aumentó de 1 mm a 3 mm.

2. Fabricado en acero AISI 4140 con mayor resistencia a la fatiga.

3. Añadiendo una operación de endurecimiento de la superficie

Tabla comparativa de materiales de construcción de ejes

Tecnología moderna para prolongar la vida útil del eje

1. Tratamiento superficial avanzado:

• Endurecimiento por láser

• Proyección térmica

• Nitruración por plasma (nitruración por plasma)

2. Monitoreo de condiciones:

• Análisis de vibraciones

• Imágenes térmicas

• Análisis de aceite

3. Diseño asistido por computadora (CAD/CAM/CAE):

• Simulación de estrés

• Optimización de topología

• Análisis de la vida en fatiga

Conclusión: ¿Cómo evitar la rotura del eje?

1. Diseño conservador : utilice factores de seguridad apropiados

2. Selección inteligente de materiales : adaptados a las condiciones de trabajo

3. Proceso de fabricación de precisión : reducción de la concentración de tensiones y defectos

4. Instalación correcta : alineación precisa y acoplamiento correcto

5. Mantenimiento preventivo : inspección y lubricación periódicas.

6. Monitoreo continuo : uso de tecnologías de monitoreo

Al comprender más profundamente las causas de la fractura del eje e implementar medidas preventivas, puede aumentar significativamente la vida útil del eje y evitar tiempos de inactividad y costos de reparación innecesarios.