Guía
¿Cómo se especifica una flecha estriada en el plano para que embone con su maza?
La flecha estriada es un eje con dientes o ranuras longitudinales que transmiten par a una maza con el perfil inverso; embona con su maza solo si las dos piezas se diseñaron con la misma norma de estriado, el mismo bloque de datos, la misma clase de ajuste y el mismo método de aceptación, de preferencia con calibres estriados pasa y no pasa.
Por Equipo de ingeniería de Saola Manufacturing · Publicado · Actualizado
El caso típico llega así: la flecha viene de un proveedor, la maza, el cople o el engrane de otro, y en el ensamble una de dos cosas pasa. O la flecha no entra aunque el reporte de cada proveedor diga que su pieza está dentro de tolerancia, o entra y queda con un juego angular que se siente al girar con la mano y que en operación termina en golpeteo y desgaste. Esta guía va del síntoma a la causa, explica cómo saber cuál de las dos piezas está fuera y qué debe llevar el plano para que el problema no se repita con el siguiente lote o con un proveedor nuevo.
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Datos clave
- Los estriados evolventes se diseñan en tres variantes de ajuste, de fondo plano con ajuste en flancos, de fondo redondeado con ajuste en flancos y con ajuste en el diámetro mayor, y las especificaciones ANSI y DIN que los describen también prevén clases de ajuste (Gear Solutions, «Inside Splines», 2005)
- En un estriado de dientes rectos, el centrado puede hacerse por el diámetro exterior de la flecha o por el diámetro menor, y el ajuste puede ser permanente, deslizante sin carga o deslizante bajo carga (Gear Solutions, 2005)
- Por las variaciones de holgura entre diente y diente, no todos los dientes de un acoplamiento estriado entran en contacto al mismo tiempo, y la práctica de la industria es diseñar suponiendo que solo del 25 al 50 % de los dientes carga (Robins, Brigham Young University, 2008)
- En Saola Manufacturing, el torneado CNC y el fresado CNC se hacen en nuestra planta asociada principal de maquinado CNC en Vietnam; la ubicación de producción se indica en cada cotización.
¿Cómo se reconoce que una flecha estriada y su maza no van a embonar bien?
Hay dos síntomas: la flecha no entra en la maza aunque cada pieza pase su propia inspección, o entra con un juego angular o radial que el diseño no previó. En los dos casos el problema casi nunca es una cota fuera; es que las piezas se especificaron, se maquinaron o se midieron con criterios distintos.
El primer síntoma, la interferencia, aparece a veces solo en algunas posiciones angulares: la flecha entra girada en una posición y no en otra, o entra en la primera mitad del largo y se atora después. Eso apunta a errores de división, de paso o de hélice del estriado, no al grosor del diente. El segundo síntoma, el juego, se nota como un golpeteo al invertir el giro, como marcas de desgaste brillante en un solo flanco o como corrosión por frotamiento (fretting), el polvo rojizo de óxido que suele aparecer en uniones de acero con micromovimiento.
Antes de culpar a un proveedor conviene reconocer una diferencia que muchos reportes de inspección no hacen. Un estriado tiene un tamaño real, que es el grosor de diente o el ancho de espacio que da una medición sobre o entre pernos y que no toma en cuenta los demás elementos del estriado, y un tamaño efectivo, que es el que «ve» la pieza de enfrente cuando todos los dientes entran a la vez. El ajuste efectivo no perdona los errores de división, de perfil evolvente ni de hélice, y la excentricidad también lo afecta. Una flecha puede tener su medida sobre pernos perfecta y, aun así, ser efectivamente más gruesa que lo que la maza acepta.
¿Qué hace que la flecha y la maza no embonen o queden con juego?
En orden de frecuencia: un plano incompleto que deja la norma o el bloque de datos a interpretación, piezas medidas solo por su tamaño real y no por el efectivo, normas o tipos de ajuste mezclados entre flecha y maza, y deformación por tratamiento térmico o espesor de recubrimiento que nadie consideró.
1. Plano incompleto. Un plano que dice solo «estriado, 21 dientes» o que trae el estriado dibujado sin tabla obliga al proveedor a adivinar módulo o paso diametral, ángulo de presión, tipo de fondo y clase de tolerancia. Dos proveedores que adivinan distinto producen dos piezas correctas para normas distintas. Un ejemplo de riesgo: una flecha en pulgadas según ANSI B92.1 y una maza métrica según DIN 5480 pueden compartir el ángulo de presión de 30° y tener un número de dientes parecido; a simple vista se ven iguales, pero el paso no es el mismo y no ensamblan.
2. Inspección solo del tamaño real. La medición sobre pernos en la flecha, o entre pernos en la maza, es rápida y se reporta con un número, pero no detecta errores de división ni de hélice. Si el plano no pide un calibre pasa compuesto o una medición equivalente del tamaño efectivo, cada pieza «cumple» y el par no entra. Además, el valor sobre pernos solo es comparable si se usó el mismo diámetro de perno que indica el plano; con otro perno el número cambia y la discusión con el proveedor se vuelve estéril.
3. Tipo de ajuste mezclado. Un estriado con ajuste en el diámetro mayor centra la maza por el diámetro exterior; uno con ajuste en flancos centra por los dientes. Si la flecha se hizo para un tipo y la maza para el otro, el par queda descentrado o con juego radial. Lo mismo pasa con el fondo plano y el fondo redondeado cuando no se revisan los diámetros de forma: la punta del diente de una pieza puede apoyar en el radio de fondo de la otra.
4. Tratamiento térmico y recubrimiento. Un estriado cortado antes del temple por inducción, del cementado o del nitrurado cambia de tamaño y puede torcerse. Un zincado o un niquelado químico agregan espesor en los dos flancos de cada diente, así que el grosor del diente de la flecha crece alrededor del doble del espesor del recubrimiento y el espacio de una maza recubierta se cierra en la misma proporción. Si el plano no dice si la clase de tolerancia aplica antes o después de esos procesos, cada proveedor asume lo que le conviene.
5. Clase de ajuste equivocada para la función. El juego también puede ser de diseño: una clase de ajuste deslizante elegida para una unión que debía ser fija, o una clase de tolerancia amplia en una aplicación con inversión de giro. Ahí las piezas cumplen el plano y el plano es el que debe cambiar.
¿Cómo se diagnostica cuál de las dos piezas está fuera?
Primero se identifica la norma real de cada pieza y después se mide cada una contra una referencia independiente, nunca una contra la otra. La referencia ideal es un juego de calibres estriados: un calibre pasa compuesto y un calibre no pasa sectorial para la flecha, y sus equivalentes en tapón para la maza.
Paso uno: identifique la norma. Cuente los dientes, mida el diámetro mayor y el menor y compárelos con las tablas de ANSI B92.1, ISO 4156 y DIN 5480. La tabla de abajo resume cómo se distinguen. Un estriado de dientes rectos, con flancos paralelos, pertenece a otra familia, ISO 14 o SAE J499, y se mide como una serie de cuñas, no como un engrane.
Paso dos: mida cada pieza contra su calibre. El calibre pasa compuesto, un anillo estriado para la flecha o un tapón estriado para la maza, revisa el tamaño efectivo: si no entra, la pieza está efectivamente fuera, aunque su medida sobre pernos esté bien. El calibre no pasa sectorial, que tiene dos grupos de dos o más dientes diametralmente opuestos, revisa el tamaño real mínimo de la flecha o el máximo de la maza. Si no tiene calibres, una máquina de medición de engranes o una CMM con escaneo de perfil puede reportar los errores de perfil, división y hélice que forman la diferencia entre real y efectivo. Si mide sobre pernos, use exactamente el diámetro de perno del plano y compare contra el valor de esa tabla, no contra el del reporte del proveedor.
Si no hay calibres ni máquina de engranes, hay dos pruebas sencillas que aíslan la pieza que cambió. La primera es la pieza patrón: si guarda una flecha y una maza de un lote que sí ensambló, pruebe la flecha nueva en la maza patrón y la maza nueva en la flecha patrón; la pieza que no entra en su patrón es la que se movió. La segunda es el cabeceo: monte la flecha entre centros o sobre sus asientos de rodamiento y mida con indicador el cabeceo del diámetro mayor del estriado; un cabeceo alto respecto a los asientos explica tanto el atoramiento a medias como el juego que cambia con la posición.
Paso tres: revise el contacto. Con una capa delgada de azul de Prusia en la flecha, ensamble y retire la maza. Un contacto solo en un extremo suele indicar error de hélice o de alineación; un contacto en pocos dientes, error de división o excentricidad; un contacto en la punta o en el fondo, un diámetro de forma o un tipo de fondo que no corresponde. Es una prueba cualitativa: orienta la medición, no la sustituye. Antes de todo esto, revise la lógica de los calibradores pasa y no pasa si su equipo no los usa con frecuencia.
| Norma | Sistema de medida | Perfil del diente | Ángulo de presión (°) | Cómo se nombra el tamaño | Centrado o ajuste |
|---|---|---|---|---|---|
| ANSI B92.1 | Pulgadas | Evolvente | 30, 37.5, 45 | Paso diametral fraccionario, por ejemplo 16/32 | Flancos (fondo plano o redondeado) o diámetro mayor; clases de tolerancia 4 a 7 |
| ISO 4156 | Métrico | Evolvente | 30, 37.5, 45 | Módulo y número de dientes | Flancos; clases de tolerancia 4 a 7 y clases de ajuste H/d, H/e, H/f, H/h, H/js, H/k |
| DIN 5480 | Métrico | Evolvente | 30 | W (flecha) o N (maza), diámetro de referencia, módulo, ángulo de presión, número de dientes y tolerancia, por ejemplo W 40 × 2 × 30 × 18 × 8f | Normalmente flancos; el centrado por diámetro existe como opción |
| ISO 14 | Métrico | Flancos rectos y paralelos | No aplica | Número de estrías × diámetro menor × diámetro mayor, por ejemplo 6 × 23 × 26 | Diámetro menor; series ligera y media |
¿Cómo se corrige o se previene según el síntoma?
Si las piezas ya existen, la corrección depende de cuál está fuera respecto a su calibre; si el problema es de diseño, se corrige en el plano cambiando la clase de ajuste, el tipo de centrado o la secuencia de tratamiento. La tabla resume las decisiones más comunes.
Una regla práctica evita muchas discusiones: el calibre manda. Si la flecha pasa su anillo pasa y la maza pasa su tapón pasa, el par debe ensamblar con la holgura efectiva que dio la norma; si aun así no ensambla, las dos piezas no son de la misma norma o de la misma clase. Si una pieza no pasa su calibre, el problema es de esa pieza y su proveedor responde, sin importar qué diga su medida sobre pernos. Para el retrabajo, una flecha efectivamente gruesa a veces se puede rectificar o volver a cortar si queda material; una maza efectivamente angosta casi siempre se reemplaza. El sorteo y el retrabajo de un lote rechazado siguen las mismas reglas que cualquier otra no conformidad con el proveedor.
Para el juego por diseño, la tabla de ISO 14 de más abajo muestra cómo la misma norma ofrece un ajuste deslizante, uno deslizante justo y uno fijo con solo cambiar la tolerancia de la flecha. En estriados evolventes según ISO 4156, la maza se deja en H y la flecha cambia de d, e o f, con holgura, a h, con holgura mínima cero, y a js o k, que ya son ajustes de transición.
| Síntoma | Causa probable | Cómo confirmarla | Corrección |
|---|---|---|---|
| No entra en ninguna posición | Normas o clases distintas, o flecha efectivamente gruesa | Identificar la norma de cada pieza; probar cada una con su calibre pasa | Unificar la norma en los dos planos; rechazar la pieza que no pasa su calibre |
| Entra en una posición y en otra no | Error de división o excentricidad | Medición de división en máquina de engranes o CMM; contacto con azul de Prusia | Revisar sujeción y centros en el corte; pedir calibre pasa compuesto en la inspección |
| Entra a medias y se atora | Error de hélice, flecha torcida por temple | Cabeceo de la flecha; contacto solo en un extremo | Cortar después del temple o dejar sobremedida; enderezar y volver a medir |
| Entra solo sin recubrimiento | Espesor del recubrimiento no considerado | Medir antes y después; revisar nota del plano | Declarar si la clase aplica antes o después del recubrimiento; enmascarar el estriado |
| Juego angular al invertir el giro | Clase de ajuste con holgura para una unión fija | Comparar la clase del plano con la función | Pasar a un ajuste más apretado o a un ajuste en el diámetro mayor; fijar axialmente |
| Juego radial o vibración | Centrado por flancos donde se requería centrado por diámetro | Cabeceo de la maza montada | Especificar ajuste en el diámetro mayor o centrado por diámetro menor según la norma |
| Tipo de ajuste | Maza: diámetro menor d | Maza: ancho B | Flecha: diámetro menor d | Flecha: ancho B |
|---|---|---|---|---|
| Deslizante | H7 | H9 | f7 | d10 |
| Deslizante justo | H7 | H9 | g7 | f9 |
| Fijo | H7 | H9 | h7 | h10 |
¿Qué debe decir el plano y la solicitud de cotización para que no se repita?
El plano de la flecha y el de la maza deben llevar el mismo bloque de datos del estriado, completo, con la norma, el tipo de ajuste, la clase de tolerancia, las medidas de inspección y el método de aceptación. La solicitud de cotización debe decir además quién aporta los calibres y si las medidas aplican antes o después del tratamiento y del recubrimiento.
El dibujo del estriado en la vista del plano es solo una representación; lo que el proveedor fabrica y mide es la tabla de datos. Las normas de estriados evolventes incluyen un formato de datos para el plano, y la tabla de abajo lista lo mínimo que conviene que contenga. Escriba la tabla de la maza con los mismos datos de referencia que la de la flecha y con los valores correspondientes de espacio en lugar de diente; la forma más segura de lograrlo es que el mismo ingeniero emita las dos tablas o que una haga referencia explícita a la otra.
En la solicitud de cotización agregue tres cosas que el plano no siempre resuelve. Primero, el método de aceptación: calibres pasa y no pasa, medición sobre pernos con el diámetro de perno indicado, o reporte de máquina de engranes. Segundo, quién aporta los calibres, porque un juego de calibres estriados es una herramienta dedicada a un tamaño y conviene que la flecha y la maza se acepten con calibres de la misma referencia. Tercero, la secuencia: si el estriado se corta antes o después del tratamiento térmico y si lleva recubrimiento. Si la flecha también lleva cuñero o asientos de rodamiento, revise la guía de ejes de transmisión para el resto del plano.
| Dato | Por qué importa |
|---|---|
| Norma y edición | Evita que la flecha y la maza se hagan con normas distintas que se ven iguales |
| Número de dientes | Base de todo el cálculo; un diente de diferencia no siempre se nota a simple vista |
| Módulo o paso diametral | Define el tamaño del diente; métrico y pulgadas no son intercambiables |
| Ángulo de presión | Cambia la forma del flanco aunque el número de dientes sea el mismo |
| Tipo de ajuste y de fondo | Flancos con fondo plano, flancos con fondo redondeado o diámetro mayor |
| Diámetro de paso y diámetro base | Referencias para el perfil y para la medición |
| Diámetros mayor, menor y de forma, con tolerancia | Evitan que la punta de un diente apoye en el fondo de la otra pieza |
| Clase de tolerancia y clase de ajuste | Fijan la holgura efectiva, de deslizante a fijo |
| Grosor de diente o ancho de espacio, efectivo y real, máximo y mínimo | Separan lo que se revisa con calibre pasa de lo que se revisa con calibre no pasa |
| Medida sobre o entre pernos, con diámetro de perno | Permite medir el tamaño real sin calibres en el taller |
| Largo útil del estriado y referencia de cabeceo | Controla la hélice y la excentricidad respecto a los asientos de la flecha |
| Nota de tratamiento y recubrimiento | Dice si los valores aplican antes o después de cada proceso |
¿Quién hace qué en un pedido de flechas estriadas con Saola Manufacturing?
El torneado y el fresado de la flecha se hacen en nuestra planta asociada principal de maquinado CNC en Vietnam. El tratamiento térmico y los recubrimientos, cuando el plano los pide, se coordinan con fábricas asociadas, y la ubicación de producción se indica en cada cotización.
Al cotizar revisamos primero el bloque de datos del estriado. Si falta la norma, el tipo de ajuste, la clase o el método de aceptación, lo señalamos en la cotización y preguntamos antes de producir, en lugar de escoger por usted. También decimos qué proceso proponemos para cortar el estriado y cómo se va a medir, porque no todos los estriados se hacen igual: un estriado de flancos rectos o una ranura sencilla puede salir por fresado CNC; un estriado evolvente exterior normalmente se talla con fresa madre o se fresa con cortador de perfil, y un estriado interior en la maza se hace por brochado, mortajado o electroerosión. En la cotización indicamos el proceso propuesto y dónde se hace. Los diámetros, hombros y asientos de la flecha se hacen por torneado CNC en la planta asociada principal.
El temple por inducción, el nitrurado, el zincado y los demás procesos de acabados superficiales se coordinan con fábricas asociadas que gestionamos; su ubicación de producción también aparece en la cotización. Por eso pedimos que el plano diga si la clase del estriado aplica antes o después de esos procesos. El método de aceptación y, si usted los aporta, los calibres se acuerdan antes de producir, para que la inspección de salida y su inspección de recibo midan lo mismo. Respondemos las cotizaciones en inglés; puede escribirnos en español.
¿Cuál es el siguiente paso si tiene un par que no embona o un plano nuevo?
Con un par que ya no embona, identifique la norma de cada pieza y pruébelas contra calibres antes de rechazar a un proveedor; con un plano nuevo, complete el bloque de datos en la flecha y en la maza antes de pedir cotización.
Si la pieza está en diseño, use la tabla de decisión para escoger el tipo de ajuste según la función: fijo para transmitir par sin movimiento, deslizante cuando la maza se desplaza sobre la flecha. Si el plano ya está listo, envíelo para cotizar con el modelo STEP, el plano de la pieza que embona o al menos su bloque de datos, y una nota sobre cómo se va a aceptar el estriado en su inspección de recibo.
Preguntas frecuentes
¿Una flecha según DIN 5480 embona con una maza según ISO 4156?
No se debe suponer. Las dos normas son métricas y de perfil evolvente, pero DIN 5480 parte de un diámetro de referencia y ajusta el perfil con un desplazamiento, mientras que en ISO 4156 el diámetro de paso es el módulo por el número de dientes; además, cada una tiene su propia serie de tamaños y su propio sistema de tolerancias. Aunque coincidan el módulo y el número de dientes, los diámetros y el grosor del diente pueden no coincidir. Emita las dos piezas con la misma norma.
¿Basta con la medición sobre pernos para aceptar una flecha estriada?
Sirve para controlar el tamaño real en el taller, pero no garantiza el ensamble, porque no ve los errores de división, perfil y hélice. Para aceptar un lote conviene un calibre pasa compuesto, que revisa el tamaño efectivo, más la medición sobre pernos o un calibre no pasa sectorial para el tamaño real.
¿Qué conviene más, estriado o cuñero?
El estriado reparte la carga entre varios dientes y centra mejor la maza, por eso se usa con par alto, con inversión de giro o cuando la maza debe deslizar. El cuñero es más barato y fácil de maquinar y de medir. Las medidas de cuñas y cuñeros están en la guía de cuñero y cuña.
¿Cómo se especifica un estriado que se va a recubrir?
Diga en el plano si la clase de tolerancia aplica antes o después del recubrimiento. Si aplica después, el proveedor corta el estriado con la compensación del espesor; si aplica antes, el diseño debe dejar holgura suficiente. Otra opción común es enmascarar el estriado para que no se recubra.
¿Quién debe comprar los calibres estriados?
Suele ser el dueño del diseño, porque así la flecha y la maza se aceptan con la misma referencia aunque vengan de proveedores distintos. Si cada proveedor compra su propio calibre, pida que los calibres se hagan con los mismos datos y que traigan su certificado de calibración.
Fuentes
- Inside Splines, Dan Seger, Gear Solutions, enero de 2005
- Tooth Engagement Evaluation of Involute Spline Couplings, Robert R. Robins, Brigham Young University, 2008
- ANSI B92.1-1996, Involute Splines and Inspection, SAE International, 1996
- ISO 4156-1:2021, Straight cylindrical involute splines, Metric module, side fit, Part 1: Generalities, ISO, 2021
- DIN 5480-1:2006, Involute splines based on reference diameters, Part 1: General, DIN, 2006
- ISO 14:1982, Straight-sided splines for cylindrical shafts with internal centering, ISO, 1982
- Straight-sided splines, BS 5686:1986 / ISO 14:1982, Roymech, tablas de dimensiones y tolerancias