Sin duda, el eje, con todas sus formas de construcción especiales, es uno de los elementos fundamentales de la ingeniería mecánica. Debido a sus capacidades de transmitir pares motor y de portar piezas rotantes resulta un elemento relevante en prácticamente todas las máquinas. Ópticamente, los ejes adoptan un carácter alargado, en forma de barra, y se producen en distintos tamaños.  El material utilizado se basa en primera línea en la aplicación y en los requisitos que deba cumplir. Los requisitos esenciales, tales como resistencia del material, templabilidad y ductilidad, son aportados por diversos aceros estructurales. Además, suelen utilizarse aceros bonificados y de cementación para gran carga y condiciones adicionales en el eje.

Tanto desde el punto de vista de la estructura como desde el de la función, el denominado eje hueco, una variante de construcción alternativa del modelo habitual, tiene las mismas características. Al contrario del eje típico, también llamado «eje macizo», el eje hueco no está relleno en su interior, sino hueco. Esta característica le confiere algunos atributos positivos que hacen que el eje hueco sea un elemento mecánico muy extendido.

Características y ventajas del eje hueco

En primera línea, el modo de construcción especial del eje hueco supone una enorme reducción del peso que, tanto desde el punto de vista constructivo como funcional, suele suponer un factor útil. Además, el espacio hueco trae consigo otra ventaja: ahorro de espacio. Medios de producción, agentes o incluso elementos mecánicos tales como árboles y ejes pueden colocarse en el interior del eje hueco o utilizar como canal el espacio de trabajo dado.   Además, los ejes huecos suelen tener una alta frecuencia natural, en términos comparativos. También hay servoaccionamientos de la serie CanisDrive® de Harmonic Drive AG que disponen de un eje hueco central grande que contribuye en gran medida al variado espectro de aplicaciones de la serie de productos.

El proceso de fabricación del eje hueco es bastante más costoso que la producción de un eje macizo convencional. Medidas como el diámetro y la longitud tienen, junto con el grosor de pared, material y la carga presente o el par motor actuante, una gran influencia sobre la estabilidad del eje hueco. Si, por ejemplo, el grosor de pared y el diámetro no están en una proporción que cumpla con las leyes físicas, se genera un constructo frágil. Si se comparan eje hueco y eje macizo entre sí con el mismo diámetro, el par motor transmisible del eje hueco solo es mínimamente menor.

El eje hueco supone un elemento esencial del accionamiento de ejes huecos que se utiliza en vehículos accionados eléctricamente como, entre otros, los ferrocarriles. Los ejes huecos también son adecuados para la construcción de dispositivos y de máquinas automáticas. 

Diferencias entre eje y árbol

Aunque muchas veces los conceptos de eje y árbol se utilizan en el día a día como si fueran sinónimos, como elementos mecánicos tienen, (también en lo que respecta a su funcionalidad), características diferentes. Al contrario que el eje, el árbol no transmite ningún par motor sino que solamente sirve de soporte para elementos que giran u oscilan. La tarea principal de todos los árboles, por tanto, es alojar piezas mecánicas que giran. Normalmente se encuentran en el bastidor de la máquina y son sometidos a cargas por fuerzas radiales y momentos de flexión. 

Principalmente, árbol y eje tienen puntos de intersección en cierto aspecto de su funcionalidad: ambos son capaces de portar elementos. La posibilidad de transmitir pares motor, sin embargo, solo la ofrecen los ejes macizos y las formas constructivas correspondientes tales como los ejes huecos. Una razón por la que suelen confundirse ambos es por su parecido. Tanto árbol como eje tienen forma de barra y son alargados. 

Otras formas de construcción especiales del eje

Junto al eje hueco existen otras formas de construcción del eje macizo convencional. Estas se utilizan generalmente en ámbitos de aplicación específicos y cumplen los requisitos del respectivo ámbito mediante modos de construcción especiales. Entre las formas de construcción especiales se encuentran, por ejemplo, los denominados ejes flexibles. En lo que respecta a su función principal no se diferencian de los ejes macizos ni de los huecos, puesto que también los ejes flexibles se encargan de transmitir fuerzas electromecánicas. Pero existe una diferencia significativa en la estructura del eje. Los ejes flexibles están compuestos básicamente de un alambre central alrededor del que se enrollan otros alambres, por ejemplo, alambres de acero para muelles. Como madeja (en la jerga técnica denominada «alma del eje») rotan los alambres mencionados y son revestidos por un tubo protector. La forma de construcción flexible especial de los ejes flexibles resulta ventajosa entre otras ocasiones cuando una transmisión de fuerzas lineal no es posible o accionamiento y salida no están suficientemente alineados. Sobre todo los medios de producción tales como máquinas taladradoras y afiladoras suelen basarse en ejes flexibles, puesto que, de no ser así, su utilización solo es posible de forma limitada.

Otra forma de construcción especial es el cigüeñal. Como parte del mecanismo de manivela, el cigüeñal asume aquí la transmisión de los movimientos ascendentes y descendentes de pistones o la conversión de estos en un par motor. Aunque que los cigüeñales se utilizan en la actualidad básicamente como componentes del motor de combustión, su historia se remonta a muchos siglos atrás. La serrería de Hierápolis de siglo III d. C. se considera la primera máquina que transmitió un movimiento de giro a un movimiento lineal utilizando un cigüeñal o una biela.    

Después del eje hueco, eje flexible y cigüeñal, el eje articulado es el que se ha establecido en determinados ámbitos de aplicación debido a su estructura específica. Esencialmente se basa en una barra longitudinal (variable en longitud dependiendo del modelo) en cuyos extremos articulaciones o bridas de conexión establecen una conexión dinámica. Los ejes articulados se caracterizan por la precisión de su transmisión de par motor en conductos de accionamiento y salida espacialmente desplazados, sirven para compensar longitudes y demuestran ser alternativas de acoplamiento altamente resistentes. Entre las formas de construcción más utilizadas del eje articulado se encuentran el eje de cardán, el eje síncrono y el eje de doble articulación.

Resumen de las formas de construcción de ejes: 

  • Eje macizo
  • Eje hueco
  • Eje flexible
  • Cigüeñal
  • Eje articulado