¿Qué es un Cardán?
Una cardán es una junta universal que une dos ejes o tubos giratorios, aunque los ejes no sean concéntricos (los centros de los ejes no coinciden en sentido longitudinal) y estén acodados, de modo que puedan girar libremente. El término “junta universal” también se utiliza como sinónimo.
Por ejemplo, los ejes motrices que transmiten potencia se instalan en un espacio de instalación limitado, por lo que hay casos en los que los ejes no pueden alinearse concéntricamente entre sí. Mediante el uso de un cardán, los ejes motrices y conducidos pueden conectarse.
Usos del Cardán
Los cardanes o juntas universales se utilizan en situaciones en las que dos ejes o tubos giratorios no pueden unirse concéntricamente debido a limitaciones estructurales o de espacio de instalación.
Algunos ejemplos de aplicación son los ejes de hélice y los ejes de transmisión en automóviles, volantes, ejes de dirección y cajas de cambios de dirección.
Los accesorios de unión universal para tuberías también pueden utilizarse cuando las tuberías no son concéntricas entre sí, sino que están en ángulo.
Principios del Cardán
Los cardanes se unen mediante una sola junta universal en la que los centros de los ejes mutuos están inclinados un ángulo α. Si el eje 1 (lado motriz) gira a una velocidad angular constante ω1, el eje 2 (lado conducido) gira a una velocidad angular ω2, calculada mediante la siguiente fórmula. (θ = ángulo de rotación del eje 1)
ω2 = (COS α / (1-SIN2 θ x SIN2 α)) x ω1
Entre los cardanes 1 y 2 de un mismo cardán, el aumento y disminución de velocidad se repite cada media revolución y no es posible la rotación a velocidad constante. Por lo tanto, cuando se utiliza individualmente, sólo se utiliza en aplicaciones donde esta velocidad desigual no es muy importante.
Si tres ejes, Eje 1, Eje 2 y Eje 3, están dispuestos en fase en una fila con dos cardanes, esta velocidad desigual se anula entre el Eje 1 y el Eje 3, dando como resultado una velocidad constante.
Los Tipos Típicos de Cardanes
1. Junta Cardan
Este tipo de junta consta de dos ejes con un extremo en configuración bilateral (en forma de U) y un accesorio con pasadores dispuestos en forma de cruz en la parte bilateral de los ejes.
2. Acoplamiento de Ejes Tipo Barfield
Un eje incorpora una “pista exterior” y el otro una “pista interior”, y se mecanizan ranuras en la superficie interior de la pista exterior y en la superficie exterior de la pista interior, que están conectadas por ambas pistas, para la colocación de bolas de acero.
El movimiento de las bolas de acero permite la transmisión de las velocidades de rotación aunque los ejes estén inclinados entre sí. Los ejes 1 y 2 de un acoplamiento de ejes tipo Barfield giran a velocidad constante, incluso cuando se utilizan por separado.