Los dispositivos de conexión de cubos tradicionales normalmente se basan en chavetas para unir el cubo y el eje, con chaveteros mecanizados en ambos componentes.
Desafortunadamente, esta práctica debilita la resistencia del eje, aumenta los costos de fabricación e incluso puede dificultar el mecanizado.
Para simplificar el proceso de instalación, algunos ingenieros prefieren conexiones sin llave, donde el cubo y el eje encajan con interferencia. Durante la instalación, el orificio de montaje del cubo se expande mediante calentamiento, o el eje de instalación se contrae mediante enfriamiento, creando así el espacio libre necesario para colocar los componentes.
Sin embargo, este método presenta problemas a la hora de desmontar los componentes posteriormente.
A medida que la tecnología se ha desarrollado, han surgido conexiones sin llave entre bujes que se basan en un ajuste de interferencia cónico para lograr la instalación y la transmisión de torsión.
Se insertan manguitos mecánicos expandibles entre el eje y el cubo, y se utilizan tornillos de presión para hacer que las dos superficies cónicas coincidentes se muevan relativamente entre sí, creando un ajuste de interferencia entre las superficies coincidentes de los dos componentes.
Esto genera una fuerte fuerza de sujeción entre el cubo y el eje, lo que permite una conexión sin chaveta.
Cuando se aplica la carga, el manguito expansible, combinado con la presión de sujeción y la fuerza de fricción generada entre el cubo y el eje, transmite par, fuerza axial o cargas combinadas.
Sin embargo, las fundas extensibles mecánicas tradicionales presentan los siguientes problemas durante su uso:
- Las fundas expandibles mecánicas constan de al menos dos componentes, e incluso algunas tienen hasta cinco, lo que hace que su proceso de fabricación sea muy complejo.
- Los manguitos expandibles mecánicos requieren un ajuste simétrico durante la instalación, lo que implica el uso de una llave dinamométrica para apretar los tornillos en pasos de acuerdo con 1/4T, 1/2T, 3/4T y 1T del par nominal. Este proceso requiere mucho tiempo y es laborioso.
- A medida que los manguitos expandibles mecánicos envejecen, las superficies cónicas entre ellos se oxidan más fácilmente, lo que hace que el desmontaje sea un desafío.
- Debido al deslizamiento relativo entre superficies cónicas coincidentes, el método de conexión tradicional de manguitos expandibles mecánicos está sujeto a desgaste, especialmente cuando se ensambla y desmonta con frecuencia. Además, el entorno de montaje requiere altos niveles de limpieza, ya que incluso las partículas de polvo más pequeñas pueden provocar desgaste de la superficie.
- El espesor de la pared de los casquillos expandibles mecánicos es desigual y, después de apretar los tornillos, los bordes del extremo delgado experimentarán concentración de tensión, lo que provocará que el eje se agriete o incluso se rompa.
Afortunadamente, en los últimos años, un manguito expandible hidráulico ha surgido como una excelente solución a las limitaciones de los manguitos expandibles mecánicos.
Al igual que los manguitos expandibles mecánicos, los manguitos expandibles hidráulicos son dispositivos de conexión sin llave. Aún así, su estructura es totalmente diferente y está compuesta principalmente por un cuerpo de manguito expandible, un tornillo regulador, un pistón, una bola de sellado, un tornillo de sellado y aceite hidráulico.
La estructura del cuerpo de manguito expandible es complicada y consta de un extremo de brida y un cilindro interior y exterior, que rodean una cámara hidráulica para almacenar medio hidráulico que se comunica con la cámara del pistón dentro del extremo de brida.
La estructura específica se muestra en la siguiente figura.
1-Medios hidráulicos
2 juntas tóricas
3-pistón presurizado
4-Tornillo regulador de presión
5-Tornillo de sellado
Bola de 6 sellos
Cuerpo principal del manguito de expansión 7
Principio de funcionamiento de los manguitos extensibles hidráulicos:
Inyecte medio hidráulico en la cámara hidráulica sellada y apriete el tornillo regulador para comprimir el volumen de medio hidráulico, creando una presión hidrostática uniforme.
Esta presión hace que los cilindros interior y exterior se deformen elásticamente, lo que hace que el cilindro interior se contraiga y el cilindro exterior se expanda.
A medida que los cilindros interior y exterior encajan cómodamente contra el eje y el cubo, el manguito expandible continúa comprimiéndose hasta que hace contacto con el cubo y el eje para generar una presión de contacto positiva.
Luego, la carga se transmite a través de la fuerza de fricción generada en la superficie de contacto. Cuando se afloja el tornillo de ajuste, la presión en la cámara hidráulica disminuye gradualmente a cero y los cilindros interior y exterior vuelven rápidamente a su estado inicial de manera elástica, separando el manguito expandible del eje y el cubo.
De esta manera es posible desmontar rápidamente el eje y el orificio del cubo.
El estado de funcionamiento se muestra en la siguiente figura.
Características del manguito de expansión hidráulica.
Además de las ventajas de los tradicionales manguitos expandibles mecánicos, los manguitos expandibles hidráulicos también tienen sus propias características:
Instalación y desmontaje más rápido.
Al comprimir el líquido para generar una alta presión hidrostática, el manguito hidráulico expandible entra en contacto con el cubo y el eje para transmitir la carga a través de la presión de contacto.
La presión hidráulica se puede producir con un solo tornillo, lo que hace que su eficiencia de instalación y desmontaje sea al menos seis veces mayor que la de los rodamientos de rodillos cónicos, como se muestra en la Figura (a).
Alta precisión de posicionamiento.
Los manguitos expandibles mecánicos tradicionales generan fuerza axial durante el preapriete, lo que afecta la precisión del posicionamiento axial.
Por el contrario, los manguitos expansibles hidráulicos dependen de la presión de contacto generada por las superficies de contacto para transmitir el par de fricción y las cargas axiales, no solo mejorando la precisión del posicionamiento axial, sino que también tienen ventajas incomparables en situaciones con altos requisitos de precisión del posicionamiento axial, como se muestra. en la Figura (b).
Ahorro de espacio en dirección axial.
Al diseñar un extremo de brida que puede acomodar tornillos y pistones de ajuste, los manguitos expandibles hidráulicos rompen las limitaciones de la estructura de manguito expandible convencional y permiten la instalación y el desmontaje radial sin requerir espacio operativo axial para el manguito expandible, como se muestra en la Figura (w).
Pequeña pulsación radial.
Los casquillos expandibles mecánicos tradicionales consisten en un casquillo cónico interno y externo, mientras que el casquillo expandible hidráulico es una estructura completamente integrada, lo que reduce en gran medida la pulsación radial del cubo durante la operación, como se muestra en la Figura (d).
A través de las ventajas y principios de funcionamiento anteriores, podemos reconocer que los manguitos expandibles hidráulicos tienen ventajas únicas en diseño, uso y desmontaje, lo que los hace insustituibles con los manguitos expandibles tradicionales.
