O que é um eixo?
Um eixo é basicamente uma parte rotativa de qualquer máquina, de seção transversal circular, usada para transmitir energia de uma parte para outra ou de uma máquina geradora de energia para uma máquina absorvedora de energia. Para transmitir energia, uma extremidade do eixo é conectada à fonte de energia e a outra extremidade à máquina. Os eixos podem ser sólidos ou ocos conforme desejado, com eixos ocos ajudando a reduzir o peso e proporcionando vantagens.
Descrição geral do eixo
O eixo é um dos elementos muito importantes utilizados nas máquinas. Eles são usados para apoiar peças rotativas, como polias e engrenagens. Eles são suportados por rolamentos localizados na carcaça rígida da máquina. Engrenagens e polias localizadas nos eixos ajudam a transmitir o movimento.
Muitos outros elementos rotativos são encaixados no eixo. Os eixos estão sujeitos a momentos fletores e torcionais devido às forças de reação dos membros que suportam e ao torque gerado pela transmissão de potência.
O eixo tem sempre seção transversal circular e pode ser oco ou maciço. Os eixos podem ser classificados como virabrequins, eixos lineares, eixos articulados ou eixos flexíveis, mas os eixos lineares são geralmente usados para transmitir potência.
Os eixos são geralmente projetados como hastes cilíndricas íngremes, de modo que tenham diâmetros diferentes ao longo de seu comprimento, embora eixos com diâmetro constante sejam fáceis de produzir.
A magnitude da tensão em um eixo escalonado varia com seu comprimento. Eixos com diâmetro uniforme não são adequados para desmontagem, montagem, manutenção, e esses eixos criam complicações na fixação das peças neles montadas, principalmente rolamentos.
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Tipo de eixo
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eixo de transmissão
Esses eixos são eixos escalonados usados para transmitir energia entre uma fonte e outra máquina que absorve a energia. Montado na parte escalonada de uma engrenagem de eixo, cubo ou polia para transmitir movimento.
Exemplos: Eixos aéreos, carretéis, contraeixos e todos os eixos de fábrica.
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Eixo mecânico
Estes eixos estão localizados dentro do conjunto e são parte integrante da máquina.
Exemplo: O virabrequim de um motor de carro é um eixo de máquina.
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semi-eixo
Esses eixos suportam elementos giratórios, como rodas, que podem ser montados em alojamentos com rolamentos, mas os eixos são elementos não giratórios. Estes são usados principalmente em veículos.
Exemplo: eixos em carros.
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Fuso
Estas são as partes rotativas da máquina que abrigam as ferramentas ou o espaço de trabalho. São eixos curtos utilizados em máquinas.
Exemplo: Fuso em um torno.
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Material do eixo
Normalmente, o aço macio é o material usado para eixos. Se for necessária alta resistência, são usados aços-liga como níquel-cromo, níquel e aço cromo-vanádio. Eles são formados por laminação a quente e trefilação e retificação a frio. Os materiais normalmente usados para eixos convencionais são aço carbono grau 50C12, 50C4, 45C8, 40C8.
O material utilizado para o eixo deve ter as seguintes propriedades:
Os materiais devem ter alta resistência;
Os materiais devem ter alta resistência ao desgaste;
Os materiais devem ter propriedades de tratamento térmico;
Os materiais devem apresentar boas propriedades mecânicas;
O material deve ter baixa sensibilidade ao entalhe.
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Tamanho padrão do eixo
Eixo mecânico
Até 25 mm em passos de 0,5 mm.
eixo de transmissão
Tamanho padrão do eixo - comprimento do passo;
Comprimento do passo de 25 mm a 60 mm-5mm;
Comprimento do passo de 60 mm a 100 mm-10mm;
Comprimento do passo de 110 mm a 140 mm-15mm;
Passos de 140 mm a 500 mm - 20mm.
Os eixos da máquina estão disponíveis em tamanhos padrão de até 25 mm em passos de 5 mm. Para poços, os comprimentos padrão são 5m, 6m e 7m, mas geralmente variam de 1m a 2m.
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tensão no eixo
A tensão induzida no eixo é:
Tensão de cisalhamento devido à transmissão de torque (torque devido à carga torcional);
Tensões de flexão, de natureza compressiva ou de tração, devido a forças que atuam em elementos mecânicos, como polias e engrenagens, e ao peso próprio do eixo;
Tensões combinadas causadas por cargas de flexão e torção.
A tensão de cisalhamento máxima admissível da tensão de projeto é:
1. O eixo tem 56.000 kN/m2 e há espaço para o rasgo de chaveta.
2. O eixo tem 42.000 kN/m2 sem tolerância de chaveta.
A tensão de flexão máxima admissível é:
1. O eixo tem 112.000 kN/m2 e há espaço para o rasgo de chaveta.
2. O eixo tem 84000kN/m2 sem tolerância de chaveta.
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Fabricação de eixo
O eixo é fabricado pelo processo de laminação a quente. A resistência do eixo é maior na laminação a frio em comparação com a laminação a quente, mas a laminação a frio causa altas tensões residuais que fazem com que o eixo se deforme durante o processamento. O processo de forjamento é usado para criar eixos de maior diâmetro.
Após a conclusão da laminação, a extremidade do eixo é processada, uma extremidade do eixo é montada na máquina de inspeção e a outra extremidade do eixo é suportada pela torre do torno. Para finalizar o eixo, a ferramenta é mantida no lugar pelo porta-ferramenta e, quando a energia é ligada, o mandril começa a girar o eixo.
Os relógios comparadores são usados para verificar a concentricidade do eixo antes da usinagem e realizar diversas operações, como torneamento, faceamento, canal e torneamento cônico, dependendo da finalidade. Aplicações de alto volume, CNC e outras são mais adequadas para processos de usinagem final. Também pode ser usinado com máquina CNC de dupla extremidade com o eixo fixado entre a rotação da ferramenta e o dispositivo de fixação.
Para obter concentricidade e circularidade, as ferramentas rotativas devem ficar voltadas uma para a outra nas linhas centrais. Eixos de transmissão e motores são frequentemente fabricados usando esse processo.
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Acionamento do eixo
Sabemos que o eixo é utilizado para transmissão de potência, então a fórmula utilizada para calcular a transmissão de potência é: P=2πnT/60. Dentre eles, P é a potência transmitida (W); n são as rotações por minuto (rpm); T é o torque em N·m.
Velocidade dos eixos para diversas aplicações:
1. Máquinas: 100~200;
2. Máquinas para trabalhar madeira: 250~700;
3. Indústria têxtil: 300~800;
4. Oficina de máquinas leves: 150~300;
5. Eixo auxiliar: 200~600.
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Projeto do eixo
Os eixos podem ser projetados através de dois processos diferentes com base em diferentes considerações de carga:
1. Projeto de eixo baseado em resistência Os eixos de transmissão são geralmente suscetíveis a momentos fletores, torques, tração axial e combinações destes. Normalmente, os rolamentos são carregados com uma combinação de tensões de torção e flexão.
Tensão de tração do rolamento:
Tensão de tração=P/A
Entre eles, A=(π/4)xD2, D é o diâmetro do eixo em mm.
Momento fletor do rolamento:
Tensão de flexão=(MbxY)/I
Entre eles, momento fletor=Mb; Y=D/2, onde D é o diâmetro; I=momento de inércia=(πxD4)/64
Torque do rolamento:
Tensão torcional=MtxR/J
Entre eles, Mt=momento de torção; R=D/2, onde D é o diâmetro; J=momento polar de inércia=(πxD4)/32
2. Projeto do eixo baseado na rigidez
Diz-se que um eixo motor é rígido com base na rigidez torcional se o eixo não torcer muito.
{Mt/J}={(Gxθ)/L}
Entre eles, Mt=torque mm em N; J=momento polar de inércia=(πxD4)/32; D=diâmetro do eixo (mm); θ=ângulo de torção; G=módulo de rigidez N/mm2.
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Vantagens e desvantagens dos eixos
Vantagens do eixo
É menos provável que fiquem presos;
Requerem menos manutenção que os sistemas de corrente;
Possuem alta resistência à torção;
Eles têm altos valores de momento polar de inércia;
Eles são muito fortes e dificilmente falharão;
A forma interna dos eixos ocos é oca, por isso requerem menos material;
Para o mesmo valor de transmissão de torque, um eixo oco é mais leve que um eixo sólido;
Eles têm um raio de rotação muito alto.
Desvantagens do eixo
Eles apresentam perda de potência devido ao acoplamento solto;
Eles vibram enquanto giram;
Produzem um ruído constante;
Maiores custos de fabricação e manutenção;
Difícil de fabricar;
Alterar a velocidade de um eixo não é fácil;
Longo tempo de inatividade devido a problemas mecânicos;
Gotas de óleo em eixos aéreos;
O uso de acoplamentos elastoméricos (como acoplamentos de molas) pode resultar em perdas de velocidade entre os eixos;
Se um eixo falhar, levará muito tempo para ser reparado.
