Os dispositivos tradicionais de conexão de cubo normalmente dependem de chavetas para unir o cubo e o eixo, com rasgos de chaveta usinados em ambos os componentes.
Infelizmente, esta prática enfraquece a resistência do eixo, aumenta os custos de fabricação e pode até dificultar a usinagem.
Para simplificar o processo de instalação, alguns engenheiros preferem conexões sem chaveta, onde o cubo e o eixo são ajustados por interferência. Durante a instalação, o furo de montagem do cubo se expande através do aquecimento, ou o eixo de instalação encolhe através do resfriamento, criando assim a folga necessária para encaixar os componentes.
No entanto, este método apresenta problemas ao desmontar os componentes posteriormente.
Com o desenvolvimento da tecnologia, surgiram conexões sem chave entre hubs que dependem de ajuste de interferência cônico para obter instalação e transmissão de torque.
Luvas mecânicas expansíveis são inseridas entre o eixo e o cubo, e parafusos de aperto são usados para fazer com que as duas superfícies cônicas correspondentes se movam relativamente uma contra a outra, criando um ajuste de interferência entre as superfícies correspondentes dos dois componentes.
Isto gera uma forte força de fixação entre o cubo e o eixo, permitindo uma conexão sem chaveta.
Quando a carga é aplicada, a luva expansível, combinada com a pressão de fixação e a força de atrito gerada entre o cubo e o eixo, transmite torque, força axial ou cargas combinadas.
No entanto, as mangas expansíveis mecânicas tradicionais apresentam os seguintes problemas durante o uso:
- As mangas expansíveis mecânicas consistem em pelo menos dois componentes, e algumas até possuem até cinco, tornando seu processo de fabricação muito complexo.
- As luvas expansíveis mecânicas requerem aperto simétrico durante a instalação, o que envolve o uso de uma chave dinamométrica para apertar os parafusos em etapas de acordo com 1/4T, 1/2T, 3/4T e 1T do torque nominal. Este processo é demorado e trabalhoso.
- À medida que as mangas expansíveis mecânicas envelhecem, as superfícies cónicas entre elas enferrujam mais facilmente, tornando a desmontagem um desafio.
- Devido ao deslizamento relativo entre as superfícies cônicas correspondentes, o método tradicional de conexão das mangas expansíveis mecânicas está sujeito a desgaste, especialmente quando montadas e desmontadas com frequência. Além disso, o ambiente de montagem exige altos níveis de limpeza, pois mesmo pequenas partículas de poeira podem causar desgaste superficial.
- A espessura da parede das buchas expansíveis mecânicas é irregular e, depois que os parafusos são apertados, as bordas da extremidade fina sofrerão concentração de tensão, causando rachaduras ou até mesmo quebra do eixo.
Felizmente, nos últimos anos, uma manga expansível hidráulica surgiu como uma excelente solução para as limitações das mangas expansíveis mecânicas.
Assim como as mangas expansíveis mecânicas, as mangas expansíveis hidráulicas são dispositivos de conexão sem chave. Ainda assim, sua estrutura é totalmente diferente, composta principalmente pelo corpo da luva expansível, parafuso regulador, pistão, esfera de vedação, parafuso de vedação e óleo hidráulico.
A estrutura do corpo da luva expansível é complicada, consistindo em uma extremidade de flange e um cilindro interno e externo, que circundam uma câmara hidráulica para armazenamento de meio hidráulico que se comunica com a câmara do pistão dentro da extremidade do flange.
A estrutura específica é mostrada na figura abaixo.
1-Meio hidráulico
2-O-ring
3-Pistão pressurizado
4-Parafuso regulador de pressão
5-Parafuso de vedação
6-Selar bola
Corpo principal da manga de expansão 7
Princípio de funcionamento das mangas expansíveis hidráulicas:
Injete meio hidráulico na câmara hidráulica selada e aperte o parafuso regulador para comprimir o volume do meio hidráulico, criando uma pressão hidrostática uniforme.
Esta pressão faz com que os cilindros interno e externo se deformem elasticamente, fazendo com que o cilindro interno encolha e o cilindro externo se expanda.
À medida que os cilindros interno e externo se ajustam perfeitamente ao eixo e ao cubo, a luva expansível continua a ser comprimida até entrar em contato com o cubo e o eixo para gerar pressão de contato positiva.
A carga é então transmitida através da força de atrito gerada na superfície de contato. Quando o parafuso regulador é afrouxado, a pressão da câmara hidráulica diminui gradativamente até zero, e os cilindros interno e externo retornam rapidamente ao seu estado inicial de forma elástica, separando a luva expansível do eixo e do cubo.
Desta forma, é possível desmontar rapidamente o eixo e o furo do cubo.
O estado de funcionamento é mostrado na figura abaixo.
Características da manga de expansão hidráulica
Além das vantagens das mangas expansíveis mecânicas tradicionais, as mangas expansíveis hidráulicas também possuem características próprias:
Instalação e desmontagem mais rápidas.
Ao comprimir o líquido para gerar alta pressão hidrostática, a luva hidráulica expansível entra em contato com o cubo e o eixo para transmitir a carga através da pressão de contato.
A pressão hidráulica pode ser produzida com apenas um parafuso, o que torna sua eficiência de instalação e desmontagem pelo menos seis vezes maior que a dos rolamentos de rolos cônicos, conforme mostra a Figura (a).
Alta precisão de posicionamento.
As luvas expansíveis mecânicas tradicionais geram força axial durante o pré-aperto, afetando a precisão do posicionamento axial.
Em contraste, as luvas expansíveis hidráulicas dependem da pressão de contato gerada pelas superfícies de contato para transmitir torque de atrito e cargas axiais, não apenas melhorando a precisão do posicionamento axial, mas também tendo vantagens incomparáveis em situações com altos requisitos de precisão de posicionamento axial, como mostrado na Figura (b) .
Economia de espaço ao longo da direção axial.
Ao projetar uma extremidade do flange que pode acomodar parafusos reguladores e pistões, as luvas expansíveis hidráulicas rompem as restrições da estrutura da luva expansível convencional e permitem a instalação e desmontagem radial, sem exigir espaço de operação axial para a luva expansível, conforme mostrado na Figura (c ).
Pulsação radial pequena.
As buchas expansíveis mecânicas tradicionais consistem em uma bucha interna e externa com cone, enquanto a bucha expansível hidráulica é uma estrutura completamente integrada, reduzindo bastante a pulsação radial do cubo durante a operação, conforme mostrado na Figura (d).
Através das vantagens e princípios de trabalho acima, podemos reconhecer que as mangas expansíveis hidráulicas têm vantagens únicas no design, uso e desmontagem, tornando-as insubstituíveis pelas mangas expansíveis tradicionais.
