Los cubos forjados pueden cumplir las tolerancias del plano, pero fallar durante su uso. La alineación del agujero, la excentricidad de la cara, el contacto de las estrías, la geometría del reborde y la deformación por tratamiento térmico deben combinarse para garantizar una rotación precisa y una transferencia de par adecuada.
Coordinación de la alineación y la transmisión del par
La alineación determina si el cubo gira alrededor del eje previsto. Las características de transmisión del par determinan cómo se transmite la fuerza de rotación entre el eje, el cubo, la brida, la rueda, el acoplamiento o el componente accionado.
Cuando estas funciones se diseñan de forma independiente, pueden surgir varios problemas:
- Contacto desigual de las estrías o de la chaveta
- Desgaste por fricción localizado alrededor del orificio
- Aflojamiento de los pernos bajo cargas inversas
- Carga en los bordes de los rebordes
- Excentricidad radial o axial excesiva
- Ruido y vibraciones a velocidad de funcionamiento
- Agrietamiento prematuro cerca de las ranuras de chaveta o los orificios de los pernos
Un diseño fiable suele asignar estas funciones de forma clara, en lugar de permitir que un mismo elemento realice ambas tareas sin un control suficiente.
Establecer un punto de referencia funcional claro
El sistema de referencia es la base de la alineación del cubo. Determina cómo se relacionan entre sí los márgenes de forja, las operaciones de mecanizado, los resultados de la inspección y las dimensiones de montaje.
Entre las referencias habituales del cubo se incluyen:
- Agujero central acabado
- Diámetro piloto
- Superficie de montaje
- Reborde del eje
- Superficie de asiento cónica
- Asiento del rodamiento
Una superficie de mecanizado conveniente puede ser un punto de referencia erróneo cuando el cubo se posiciona mediante su agujero y su cara de montaje.
Lógica recomendada para el punto de referencia
| Función del cubo | Referencia principal | Referencia secundaria | Característica controlada |
| Cubo montado en el eje | Agujero acabado | Cara frontal | Brida y diámetro exterior |
| Cubo montado en brida | Diámetro piloto | Superficie de montaje | Agujero y círculo de pernos |
| Cubo cónico | Superficie cónica | Superficie de tope axial | Posición de la brida |
| Cubo estriado | Diámetro de referencia de las estrías | Cara final | Perfil exterior y orificios para pernos |
| Cubo del rodamiento | Asiento del rodamiento | Cara del reborde | Posiciones de la junta y la brida |
Siempre que sea posible, las características críticas deben mecanizarse e inspeccionarse a partir del mismo punto de referencia funcional. Esto reduce la conversión de puntos de referencia y evita que se acumulen pequeños errores de ajuste a lo largo de varias operaciones.
Utilice una característica de posicionamiento positiva
Normalmente, los pernos deben sujetar la unión en lugar de posicionar el cubo. Depender únicamente de los orificios de paso de los pernos para la alineación permite que el cubo se mueva antes o durante el apriete.
Una estructura de posicionamiento positivo proporciona un montaje más repetible.
Métodos de posicionamiento
- Diámetro piloto
Un diámetro piloto mecanizado centra el cubo con respecto al componente de acoplamiento. Es adecuado para conexiones con bridas, cubos de rueda, acoplamientos y conjuntos de cajas de cambios.
- Reborde del eje
El reborde controla la posición axial y proporciona una superficie de apoyo estable. El radio de su esquina debe ser compatible con el chaflán o la ranura de alivio del cubo.
- Ajuste cilíndrico
Un ajuste controlado entre el orificio y el eje proporciona un posicionamiento radial directo. El ajuste debe tener en cuenta la frecuencia de montaje, la temperatura de funcionamiento, la dirección de la carga y los requisitos de mantenimiento.
- Ajuste cónico
Los ajustes cónicos ofrecen un posicionamiento preciso y una elevada capacidad de par de fricción; no obstante, es necesario gestionar cuidadosamente el acabado superficial, el área de contacto, la carga de fijación axial y las necesidades de desmontaje.
- Ajustes dentados o con dientes frontales
Los dientes frontales radiales o las estrías pueden proporcionar tanto posicionamiento angular como transferencia de par. Su rendimiento depende en gran medida del contacto entre los dientes y de la fuerza de sujeción.
Mejora de la interfaz entre el orificio y el eje
La redondez del agujero, la cilindricidad, el estado de la superficie y la relación con la cara de montaje influyen en la rotación final.
El mero hecho de aplicar una tolerancia de diámetro ajustada no garantiza una buena alineación. Un agujero puede estar dentro de los límites de tamaño, pero seguir presentando conicidad, lobulaciones o desviación del eje.
Los controles clave del agujero incluyen:
- Diámetro y ajuste
- Redondez
- Cilindricidad
- Rectitud
- Rugosidad de la superficie
- Perpendicularidad entre el agujero y la cara
- Concentricidad entre el orificio y la brida
- Geometría del chaflán y del rebaje
Los cubos que se montan con frecuencia se benefician más de ajustes de transición o de un posicionamiento desmontable que de ajustes de interferencia excesivamente apretados. Una interferencia excesiva aumenta el esfuerzo de montaje, deforma las piezas delgadas del cubo y crea dificultades de mantenimiento.
Selecciona la característica de transferencia de par adecuada
| Característica de par | Alineación | Mejor uso |
| Clave | Limitada | Par moderado |
| Estriado | Bueno | Par elevado o repetido |
| Ajuste cónico | Elevado | Uniones compactas de precisión |
| Estriado frontal | Alto | Conexiones indexadas |
| Superficie de fricción | Se requiere guía | Uniones con brida |
| Pasador transversal | Limitada | Retención para servicio ligero |
Las chavetas más grandes pueden debilitar los cubos, mientras que las estrías mejoran la distribución del par solo cuando la alineación garantiza un contacto uniforme a lo largo de toda la longitud de acoplamiento.
Control del contacto entre las estrías y la chaveta
La geometría de las estrías requiere algo más que una simple inspección del tamaño de los dientes. El error de paso, la variación del paso, el perfil de los dientes, la posición del orificio y la distorsión por tratamiento térmico pueden alterar el patrón de contacto real.
Entre las comprobaciones importantes de las estrías se incluyen:
- Espesor efectivo del diente
- Diámetros mayor y menor
- Precisión del paso
- Paso del diente
- Estado del perfil
- Longitud de acoplamiento
- Patrón de contacto
- Concentricidad con la superficie de montaje
Mecanice la ranura de chaveta a partir del agujero acabado; las caras laterales transmiten el par, mientras que el ajuste evita las cargas de impacto y garantiza el asentamiento del eje.
Diseñar la pieza forjada en torno a la trayectoria del par
Las transiciones geométricas suaves son esenciales para los cubos forjados. Los cambios bruscos de perfil, las nervaduras delgadas, las ranuras de chaveta profundas y los orificios para pernos muy próximos entre sí interfieren en la transmisión del par y acortan la vida útil.
Entre las medidas útiles de diseño de la pieza forjada se incluyen:
- Transiciones suaves entre el agujero y el alma
- Radios de redondeo adecuados
- Espesor equilibrado de la brida
- Material suficiente alrededor de las estrías y las ranuras de chaveta
- Cambios graduales entre secciones gruesas y delgadas
- Margen de mecanizado en todas las superficies funcionales
- Diseño simétrico de la preforma siempre que sea posible
Control de la deformación por tratamiento térmico
El procesamiento térmico puede deformar los orificios, las caras frontales, las matrices de orificios para pernos y las estrías. Para garantizar una alineación precisa, equilibre los espesores de las paredes, reserve margen de mecanizado, regule el calentamiento y el temple, y, a continuación, mecanice los planos de referencia de las chavetas tras medir la deformación.
Control de la cara de montaje y el círculo de pernos
Las caras de montaje controlan la alineación axial, mientras que los pasadores guía o los orificios controlan la alineación radial; ambos requieren perpendicularidad y ajuste para evitar la excentricidad.
Entre los controles importantes se incluyen:
- Planitud de la superficie
- Perpendicularidad entre la superficie y el orificio
- Excentricidad axial
- Posición del círculo de pernos
- Uniformidad en la separación entre orificios
- Concentricidad entre el piloto y el círculo de pernos
- Acabado de la superficie de asiento
- Control de rebabas y daños locales
Mantener una fuerza de sujeción estable
Una precarga constante de los pernos, superficies de contacto a ras, asientos limpios y holguras de guía adecuadas son imprescindibles para una transferencia de par fiable. Los pernos mejorados no pueden evitar el deslizamiento, el desgaste por fricción, el aflojamiento ni el estiramiento de los orificios con cargas cíclicas inversas.
Consideraciones
Par de funcionamiento
El par máximo, el par de inversión, las cargas de choque y la frecuencia de arranque y parada pueden ser más importantes que el par de funcionamiento medio. La unión debe evaluarse en función del patrón de carga real.
Velocidad de rotación
A medida que aumenta la velocidad, los pequeños errores de alineación se hacen más evidentes. La excentricidad, el desequilibrio de masas y la posición de la cara requieren una coordinación más precisa.
Método de montaje
El montaje a presión, el montaje térmico, la instalación hidráulica, el montaje manual y la sustitución in situ requieren diferentes ajustes de diámetro interior y estructuras de entrada.
Frecuencia de mantenimiento
Un ajuste por interferencia permanente puede ser aceptable para un conjunto no reparable. Los cubos desmontables requieren un equilibrio diferente entre la precisión de posicionamiento y la facilidad de desmontaje.
Material y tratamiento térmico
El material del cubo debe proporcionar una resistencia adecuada en torno al orificio, la ranura de acoplamiento, la ranura de chaveta, los orificios para pernos y las transiciones de las nervaduras. La dureza debe garantizar la resistencia al desgaste sin que las secciones críticas se vuelvan innecesariamente frágiles.
Volumen de producción
En el caso de pedidos repetidos, los utillajes específicos y los calibres funcionales pueden mejorar la uniformidad. Para piezas personalizadas de bajo volumen, los métodos de inspección flexibles y unas instrucciones de referencia cuidadosamente definidas pueden aportar un mejor valor global.
Guía de mejora
| Estado del cubo | Aspectos recomendados |
| Cubo con chaveta montado en el eje | Ajuste del agujero, asentamiento del reborde y contacto lateral de la chaveta |
| Cubo estriado de alto par | Contacto de las estrías, resistencia de la raíz y deformación por tratamiento térmico |
| Cubo de acoplamiento con brida | Posición del piloto, excentricidad de la cara y precarga de los pernos |
| Cubo de rotación a alta velocidad | Mecanizado concéntrico, equilibrado y excentricidad axial |
| Cubo de accionamiento reversible | Distribución del contacto del par y medidas contra el desgaste por fricción |
| Cubo de extracción frecuente | Posicionamiento repetible con holgura de montaje controlada |
| Cubo forjado de gran tamaño | Equilibrio de secciones, estabilidad de la referencia y configuración del mecanizado |
| Cubo de alma delgada | Control de la deformación y transiciones graduales de la carga |
El mejor rendimiento de los cubos forjados se debe a un único eje funcional, a las trayectorias separadas de alineación y par, a la distorsión controlada y a la precisión en la inspección de la carga tras el montaje.