Guía técnica · método y consejos prácticos

Dimensionar un eje a torsión: método y consejos prácticos

La fórmula de torsión proporciona un diámetro teórico. El diseño real empieza después: diámetros disponibles, chaveteros, escalones, fatiga, rigidez y velocidad crítica.

Revisado el

Eje macizoEje huecoTTDDdDmin ∝ ∛(T / τadm) · f(d/D)
El cálculo proporciona Dmin; la selección final debe considerar la geometría real y los detalles de fabricación.

1. Definir el par de diseño

El par nominal no es siempre el par máximo. Los arranques, bloqueos, impactos y variaciones del proceso pueden exigir un valor superior.

Consejo práctico: documente claramente si el par introducido es nominal, máximo o ya incluye un coeficiente de diseño.

2. Elegir una tensión admisible adecuada

La tensión admisible no debe elegirse como una fracción arbitraria sin considerar el material, el tratamiento térmico, la temperatura y el tipo de carga.

En ejes sometidos a cargas cíclicas, una comprobación de fatiga suele ser más exigente que la simple verificación estática.

3. Comprender la influencia del diámetro

τmax = 16T/(πD³)

En un eje macizo, la tensión varía proporcionalmente a 1/D³. Aumentar D un 10 % reduce la tensión aproximadamente un 25 %, si las demás condiciones no cambian.

Este recurso es eficaz, pero aumenta la masa, la inercia y el espacio necesario.

4. ¿Eje macizo o hueco?

Un eje hueco puede ofrecer una buena relación entre masa y rigidez, porque el material próximo al eje contribuye poco al momento polar de inercia.

Sin embargo, debe definirse la relación d/D o el espesor. Después deben comprobarse la fabricación, el montaje, las posibles soldaduras y el pandeo local.

5. Lista de comprobación antes de aprobar el diseño

El diámetro teórico es solo el comienzo del diseño.

  • Elegir una medida realmente disponible y recalcular.
  • Comprobar el ángulo de torsión y la rigidez.
  • Considerar las concentraciones de tensión en escalones y chaveteros.
  • Combinar flexión y torsión en el mismo punto mediante von Mises.
  • Comprobar la fatiga si el par o la flexión varían.
  • Comprobar velocidad crítica, rodamientos, chavetas y uniones.

Aplicación numérica

Ejemplo: eje hueco sometido a 2 kN·m

Se adoptan τadm = 80 MPa y d/D = 0,6.

  1. Aplicar D = ∛[16T/(πτadm(1−k⁴))].
  2. Obtener Dmin = 52,690 mm.
  3. Redondear provisionalmente a 53 mm.
  4. Calcular d = 31,8 mm y τ = 78,61 MPa.

Resultado: 53 mm cumple la comprobación estática simplificada. Aun así, el diámetro debe contrastarse con medidas disponibles, fatiga y detalles geométricos.

El método está relacionado con los materiales del MIT sobre torsión y sus ejemplos asociados. Consultar la fuente exacta ↗

Para comprobar y profundizar

Referencias directas

Cada enlace conduce a la página exacta del curso, norma o publicación utilizada, y no a una página de inicio genérica.

  1. Mechanics & Materials I — apuntes de claseMIT OpenCourseWareMateriales sobre tensiones multiaxiales, criterios de fallo, recipientes de pared delgada y torsión.
  2. El Sistema Internacional de Unidades, 9.ª ediciónOficina Internacional de Pesas y MedidasReferencia oficial para unidades y símbolos.