La respuesta corta: perforar un eje eliminamucho más peso que fuerza. Si se quita la mitad del diámetro exterior, se pierde una cuarta parte del peso, pero sólo alrededor del seis por ciento de la rigidez torsional. Ese oficio es el motivo por el que existen los ejes huecos, y comprenderlo es la forma de decidir.
Elegir entre uneje de motor sólidoy uneje del motor huecoPor lo general, se plantea como fuerte versus ligero. Ese marco es erróneo y lleva a la gente a construir en exceso. El verdadero intercambio es entre el costo de fabricación, por un lado, y el peso, la inercia y la función, por el otro. La fuerza apenas entra, una vez que miras los números.
La rigidez torsional proviene del material exterior. El acero cerca del centro de un eje no contribuye casi en nada a resistir la torsión, porque se asienta en un radio pequeño. Pero todavía pesa lo que pesa. Retíralo y perderás masa conservando casi toda la fuerza.
El efecto no es lineal y eso sorprende a la gente. La rigidez disminuye con la cuarta potencia del diámetro del orificio, mientras que el peso cae con la segunda potencia. Así que un aburrimiento modesto es casi gratis.
| Diámetro interior, como porcentaje del diámetro exterior | Peso eliminado | Pierde rigidez torsional |
|---|---|---|
| 40 por ciento | 16 por ciento | Alrededor del 2,6 por ciento |
| 50 por ciento | 25 por ciento | Alrededor del 6,3 por ciento |
| 60 por ciento | 36 por ciento | Alrededor del 13 por ciento |
| 70 por ciento | 49 por ciento | Alrededor del 24 por ciento |
| Sólo geometría, para una sección redonda uniforme. Los ejes reales también tienen escalones, estrías y elevadores de tensión que cambian la imagen. | ||
Lea la fila del 50 por ciento nuevamente. Se ha perdido una cuarta parte de la masa y el eje todavía tiene un 94 por ciento de rigidez en torsión. Para un motor que acelera y desacelera constantemente, eso es un muy buen negocio, porque la masa que eliminaste era una masa giratoria.
La flexión es una historia diferente a la torsión, al igual que el pandeo. Una pared delgada también puede deformarse, abollarse o colapsar al realizar un ajuste a presión. Más allá de aproximadamente el 60 por ciento, los rendimientos caen rápidamente y los riesgos aumentan. Por este motivo, los ejes huecos de producción se sitúan en una banda sensible y no en el máximo teórico.
Una barra más larga es mejor
Los motores de electrodomésticos, ventiladores, bombas, transportadores y accionamientos industriales en general son casi todos sólidos, y con razón.
Aquí se encuentran motores de tracción para vehículos eléctricos, articulaciones de robots, husillos de alta velocidad y equipos de semiconductores. ElGuía del eje del rotor EVcubre ese caso en profundidad.
Hueco no es una cosa. La geometría del orificio sigue para qué sirve el orificio.
| Tipo de orificio | que hace | Uso típico |
|---|---|---|
| Orificio pasante | Abierto de extremo a extremo | Flujo de refrigerante, guiado de cables, segundo eje concéntrico |
| agujero ciego | Aburrido solo por un extremo | Reducción de peso manteniendo un extremo sólido para una función de accionamiento |
| Orificio cónico | Asiento interno en forma de cono | Localización y sujeción de una pieza coincidente dentro del eje |
La diferencia de precios entre macizos y huecos no es sólo una operación de perforación adicional. Hay cuatro cosas que se vuelven más difíciles y cada una añade costos.
El orificio debe ser concéntrico con el exterior.Un taladro que deambula deja una pared irregular. Una pared desigual significa una masa desigual, y una masa desigual significa que el eje no se equilibrará. En un eje largo, mantener esa concentricidad es la parte difícil del trabajo.
Las perforaciones profundas son lentas.La evacuación de viruta y la desviación de la herramienta empeoran con la profundidad. Una perforación profunda y precisa no es una operación rápida.
Las paredes delgadas se mueven.Una parte hueca se deforma más durante el tratamiento térmico y se sujeta de manera diferente durante el rectificado. Hay que sujetarlo con cuidado y molerlo con cuidado.
El equilibrio importa más.Debido a que los ejes huecos generalmente funcionan en aplicaciones de alta velocidad, se equilibran a un grado más ajustado, y esa es una operación adicional con su propia inspección.
Pregunte cómo se mantiene y verifica la concentricidad del orificio, no solo cuál es la tolerancia del orificio. Cualquier taller puede perforar un agujero a medida. Mantener ese orificio fiel al diámetro exterior a lo largo de un eje de 600 mm es lo que separa a un fabricante de ejes de un taller mecánico. La ruta completa del proceso está cubierta en eltutorial de mecanizado.
Los ejes macizos abarcan toda la gama de funciones de accionamiento:liso, chavetero, estriadoypisó, con diámetros de trabajo de g6 o h6 y descentramiento de la cara del escalón dentro de 0,02 mm.
Los ejes huecos se mecanizan con estos límites:
| Parámetro | Rango |
|---|---|
| Diámetro exterior del eje | φ8 a 130 mm |
| Diámetro del agujero | 3 a 50 mm, personalizable |
| Longitud | 100 a 2000 milímetros |
| Profundidad del agujero ciego | 5 a 150 milímetros |
| Concentricidad, TIR | ≤0,01 mm, normalmente 0,005 mm |
| Dureza | 28 a 58 HRC, normalmente 42 a 48 |
| Resistencia a la tracción | No menos de 600 MPa |
| Materiales | Aleación 4140 y 4340, acero inoxidable 303, 304 y 416. |
Tratar el hueco como una degradación de la fuerza.No lo es, y la tabla anterior muestra por qué. Rechazar un eje hueco por motivos de resistencia suele significar pagar por la masa giratoria y el motor tiene que acelerar todo el día.
Aburrir un eje que no tenía motivos para aburrirse.El error opuesto. En un aparato o motor de bomba de velocidad constante, la baja inercia no compra nada. El orificio agrega costos y no devuelve nada, porque el eje nunca cambia de velocidad lo suficientemente rápido como para que le importe.
Especificando el diámetro antes del deber.Un tamaño de orificio copiado de otro diseño es una suposición. El espesor de la pared debe ser determinado por el torque que realmente soporta el eje y por lo que tiene que encajar dentro, no por lo que se usó en un dibujo anterior.
Si nada de eso lo resuelve, el valor predeterminado es sólido. Hollow debería ganar por una razón, no por preferencia.
¿Es un eje hueco más débil que un eje macizo?
Sólo un poco, para el mismo diámetro exterior. Un orificio a la mitad del diámetro exterior elimina alrededor del 25 por ciento del peso, pero sólo alrededor del 6 por ciento de la rigidez torsional, porque el material cerca del centro contribuye muy poco a resistir la torsión. La fuerza rara vez es la razón para rechazar un eje hueco.
¿Por qué es más caro un eje hueco?
El orificio tiene que permanecer concéntrico con el exterior en toda su longitud, el taladrado profundo es lento, las paredes delgadas se distorsionan más durante el tratamiento térmico y el rectificado, y los ejes huecos suelen necesitar un equilibrio más estricto. Esos cuatro factores, no la perforación en sí, determinan el precio.
¿Cuál es la diferencia entre un eje con orificio pasante y un eje con orificio ciego?
En ambos extremos hay un orificio pasante abierto para que pueda pasar refrigerante, cable u otro eje. Se perfora un orificio ciego solo en un extremo, lo que reduce el peso y deja el otro extremo sólido para una chavetera, una ranura o una rosca.
¿Qué tan grande puede ser el orificio?
En la práctica, hasta aproximadamente el 60 por ciento del diámetro exterior de la mayoría de los ejes de motor. Más allá de eso, la pérdida de rigidez se acelera y la pared delgada se vuelve vulnerable en los ajustes a presión y durante el tratamiento térmico. Las máquinas Guanshuo tienen orificios de 3 a 50 mm en ejes de φ8 a 130 mm.
Envía el deber y lo que tiene que pasar por el pozo, en todo caso. Guanshuo fabrica ejes macizos y huecos internamente y le aconsejará cuál justifica realmente su aplicación.
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