Os cubos forjados podem cumprir as tolerâncias do desenho, mas falhar em serviço. O alinhamento do furo, o desvio da face, o contacto das ranhuras, a geometria do ressalto e a distorção resultante do tratamento térmico têm de funcionar em conjunto para garantir uma rotação precisa e a transferência de binário.
Coordenação do alinhamento e da transmissão de binário
O alinhamento determina se o cubo roda em torno do eixo pretendido. As características de transmissão de binário determinam a forma como a força rotacional se transfere entre o eixo, o cubo, o flange, a roda, o acoplamento ou o componente acionado.
Quando estas funções são concebidas de forma independente, podem surgir vários problemas:
- Contacto irregular das ranhuras ou da chaveta
- Desgaste por atrito localizado em torno do furo
- Afrouxamento dos parafusos sob cargas reversíveis
- Carga nas arestas dos ombros
- Desvio radial ou axial excessivo
- Ruído e vibração à velocidade de funcionamento
- Fissuras prematuras junto às ranhuras de chaveta ou aos orifícios dos parafusos
Um projeto fiável normalmente atribui estas funções de forma clara, em vez de permitir que uma única característica desempenhe ambas as funções sem controlo suficiente.
Estabelecer um ponto de referência funcional claro
O sistema de referência é a base do alinhamento do cubo. Determina a forma como as tolerâncias de forjamento, as operações de maquinagem, os resultados da inspeção e as dimensões de montagem se relacionam entre si.
As referências comuns do cubo incluem:
- Furo central acabado
- Diâmetro piloto
- Face de montagem
- O ressalto do eixo
- Superfície de assentamento cónica
- Assento do rolamento
Uma superfície de maquinagem conveniente pode constituir um ponto de referência incorreto quando o cubo é posicionado através do seu furo e da sua face de montagem.
Lógica recomendada para o ponto de referência
| Função do cubo | Referência primária | Referência secundária | Característica controlada |
| Cubo montado no eixo | Furo acabado | Face de extremidade | Flange e diâmetro exterior |
| Cubo montado na flange | Diâmetro piloto | Faca de montagem | Furo e círculo de parafusos |
| Cubo cónico | Superfície cónica | Superfície de batente axial | Posição da flange |
| Cubo estriado | Diâmetro de referência das ranhuras | Face terminal | Perfil exterior e orifícios para parafusos |
| Cubo do rolamento | Assento do rolamento | Face do ressalto | Posições da vedação e da flange |
Sempre que possível, as características críticas devem ser maquinadas e inspecionadas a partir do mesmo ponto de referência funcional. Isto reduz a conversão de pontos de referência e evita que pequenos erros de configuração se acumulem ao longo de várias operações.
Utilize uma característica de localização positiva
Os parafusos devem, normalmente, fixar a junta em vez de posicionar o cubo. Depender apenas dos orifícios de passagem dos parafusos para o alinhamento permite que o cubo se desloque antes ou durante o aperto.
Uma estrutura de localização positiva proporciona uma montagem mais repetível.
Métodos de localização
- Diâmetro-piloto
Um diâmetro piloto maquinado centra o cubo em relação ao componente de acoplamento. É adequado para ligações flangeadas, cubos de roda, acoplamentos e conjuntos de caixas de velocidades.
- O ressalto do eixo
O ressalto controla a posição axial e proporciona uma superfície de assentamento estável. O raio do seu canto deve permanecer compatível com o chanfro ou a ranhura de alívio do cubo.
- Ajuste cilíndrico
Um ajuste controlado entre o furo e o eixo proporciona um posicionamento radial direto. O ajuste deve ter em conta a frequência de montagem, a temperatura de funcionamento, a direção da carga e os requisitos de manutenção.
- Ajuste cónico
Os encaixes cónicos proporcionam um posicionamento preciso e uma elevada capacidade de binário de atrito; no entanto, o acabamento da superfície, a área de contacto, a carga de fixação axial e as necessidades de desmontagem devem ser cuidadosamente geridos.
- Localização com dentes serrilhados ou frontais
Os dentes radiais ou serrilhas podem proporcionar tanto o posicionamento angular como a transferência de binário. O seu desempenho depende em grande medida do contacto entre os dentes e da força de fixação.
Melhorar a interface entre o furo e o eixo
A circularidade do furo, a cilindricidade, o estado da superfície e a relação com a face de montagem afetam todos a rotação final.
A simples aplicação de uma tolerância de diâmetro apertada não garante um bom alinhamento. Um furo pode estar dentro dos limites de dimensão, mas ainda assim apresentar conicidade, lobulação ou desvio do eixo.
Os principais controlos do furo incluem:
- Diâmetro e ajuste
- Redondeza
- Cilindricidade
- Retidão
- Rugosidade da superfície
- Perpendicularidade entre o furo e a face
- Concentricidade entre o furo e a flange
- Geometria do chanfro e do alívio
Os cubos montados com frequência beneficiam mais de ajustes de transição ou de posicionamento amovível, em vez de ajustes de interferência excessivamente apertados. O excesso de interferência aumenta o esforço de montagem, deforma as peças finas do cubo e cria dificuldades de manutenção.
Selecione a característica de transferência de binário adequada
| Característica de binário | Alinhamento | Melhor utilização |
| Chave | Limitado | Torque moderado |
| Estriado | Bom | Torque elevado ou repetido |
| Ajuste cónico | Elevado | Juntas compactas de precisão |
| Serração frontal | Elevado | Ligações indexadas |
| Faces de atrito | Requer guia | Juntas de flange |
| Pino transversal | Limitada | Retenção para serviços leves |
Chaves maiores podem enfraquecer os cubos, enquanto as ranhuras melhoram a distribuição do binário apenas quando o alinhamento garante um contacto consistente ao longo do comprimento de engate.
Controlo do contacto entre ranhuras e chavetas
A geometria das ranhuras requer mais do que apenas a inspeção do tamanho dos dentes. Erros de passo, variações de passo, perfil dos dentes, posição do furo e distorções decorrentes do tratamento térmico podem alterar o padrão de contacto real.
As verificações importantes das ranhuras incluem:
- Espessura efetiva dos dentes
- Diâmetros maior e menor
- Precisão do passo
- Passo dos dentes
- Condição do perfil
- Comprimento de engate
- Padrão de contacto
- Concentricidade com a face de montagem
Maquine a ranhura da chaveta a partir do furo acabado; as faces laterais transmitem o binário, enquanto o ajuste evita cargas de impacto e garante o assentamento do eixo.
Conceber a forja em torno do percurso do binário
Transições geométricas suaves são essenciais para cubos forjados. Alterações bruscas no perfil, nervuras finas, ranhuras de chaveta profundas e orifícios de parafusos muito próximos uns dos outros interferem na transmissão do binário e reduzem a vida útil.
Medidas úteis de conceção da peça forjada incluem:
- Transições suaves entre o furo e a alma
- Raio de filete adequado
- Espessura equilibrada da flange
- Material suficiente em torno das ranhuras e das ranhuras de chaveta
- Alterações graduais entre secções espessas e finas
- Margem de usinagem em todas as superfícies funcionais
- Conceção simétrica da pré-forma, sempre que possível
Gerir a deformação causada pelo tratamento térmico
O processamento térmico pode deformar furos, faces terminais, matrizes de orifícios para parafusos e ranhuras. Para garantir um alinhamento preciso, equilibre as espessuras das paredes, reserve margem de usinagem, regule o aquecimento e o arrefecimento e, em seguida, usine os planos de referência das chavetas após medir a deformação.
Controlo da face de montagem e do círculo de parafusos
As faces de montagem controlam o alinhamento axial, enquanto os pinos-guia ou os furos controlam o alinhamento radial; ambos requerem perpendicularidade e ajuste para evitar o desvio radial.
Os controlos importantes incluem:
- Planicidade da face
- Perpendicularidade entre a face e o furo
- Desvio axial
- Posição do círculo de parafusos
- Consistência no espaçamento dos furos
- Concentricidade entre o piloto e o círculo de parafusos
- Acabamento da superfície de assentamento
- Controlo de rebarbas e danos locais
Manter uma força de aperto estável
A pré-carga consistente dos parafusos, superfícies de contacto niveladas, assentos limpos e folgas de guia adequadas são obrigatórias para uma transferência de binário fiável. Os parafusos melhorados não conseguem impedir o deslizamento, o desgaste por atrito, o afrouxamento ou o alongamento dos orifícios com cargas cíclicas inversas.
Considerações
Binário de funcionamento
O binário de pico, o binário de inversão, as cargas de choque e a frequência de arranque-paragem podem ser mais importantes do que o binário de funcionamento médio. A ligação deve ser avaliada em função do padrão de carga real.
Velocidade de rotação
À medida que a velocidade aumenta, pequenos erros de alinhamento tornam-se mais percetíveis. O desvio radial, o desequilíbrio de massa e a posição da face requerem uma coordenação mais rigorosa.
Método de montagem
A montagem por pressão, a montagem térmica, a instalação hidráulica, a montagem manual e a substituição no local exigem diferentes ajustes de furo e estruturas de entrada.
Frequência de manutenção
Um ajuste por interferência permanente pode ser aceitável para uma montagem não passível de manutenção. Os cubos destacáveis exigem um equilíbrio diferente entre a precisão de posicionamento e a facilidade de remoção.
Material e tratamento térmico
O material do cubo deve proporcionar resistência adequada em torno do furo, da ranhura, da ranhura de chaveta, dos orifícios dos parafusos e das transições das nervuras. A dureza deve garantir resistência ao desgaste sem tornar as secções críticas desnecessariamente frágeis.
Volume de produção
No caso de encomendas repetidas, os dispositivos de fixação dedicados e os calibres funcionais podem melhorar a consistência. Para peças personalizadas de baixo volume, métodos de inspeção flexíveis e instruções de referência cuidadosamente definidas podem proporcionar um melhor valor global.
Guia de melhoria
| Condição do cubo | Foco recomendado |
| Cubo com chaveta montado no eixo | Ajuste do furo, assentamento no ressalto e contacto lateral da chaveta |
| Cubo estriado de alto binário | Contacto das ranhuras, resistência da base e distorção por tratamento térmico |
| Cubo de acoplamento com flange | Localização do piloto, excentricidade da face e pré-carga dos parafusos |
| Cubo rotativo de alta velocidade | Maquinação concêntrica, equilíbrio e excentricidade axial |
| Cubo de acionamento reversível | Contacto de binário distribuído e medidas anti-desgaste |
| Cubo removido com frequência | Localização repetível com folga de montagem controlada |
| Cubo forjado de grandes dimensões | Equilíbrio da secção, estabilidade do ponto de referência e configuração de maquinagem |
| Cubo de alma fina | Controlo da distorção e transições graduais de carga |
O melhor desempenho do cubo forjado resulta de um eixo funcional, percursos de alinhamento e de binário separados, distorção controlada e precisão na inspeção da carga de montagem.