Acoplamento de eixo de moinho de bolas

Introdução detalhada aos acoplamentos de moinhos de bolas

I. Funções e Características dos Acoplamentos de Moinhos de Bolas

• Alta resistência: Capaz de suportar torques que variam de milhares a dezenas de milhares de N·m;

• Resistência ao desgaste e à corrosão: Adaptável a ambientes empoeirados e úmidos;

• Desempenho de amortecimento: redução de impactos rígidos entre o motor e o cilindro;

• Fácil manutenção: conveniente para instalação, desmontagem e substituição de peças vulneráveis.

II. Tipos comuns de acoplamentos para moinhos de bolas

1. Acoplamento de pino elástico

• Estrutura: Composta por dois meios-acoplamentos, pinos elásticos (borracha ou nylon) e defletores.

• Características: Estrutura simples, baixo custo, capaz de compensar pequenos deslocamentos radiais e angulares, com desempenho de amortecimento moderado. Adequado para moinhos de bolas de pequeno e médio porte.

2. Acoplamento de engrenagem

• Estrutura: Consiste em dois semi-acoplamentos com dentes externos e uma luva externa com dentes internos. O perfil do dente é geralmente evolvente, e a lubrificação com graxa é normalmente utilizada.

• Características: Alta capacidade de carga (torque de até 10⁶ N·m ou mais), capaz de compensar grandes deslocamentos radiais, axiais e angulares. Adequado para moinhos de bolas de grande porte, mas requer alta precisão de instalação e lubrificação regular.

3. Acoplamento de diafragma

• Estrutura: Conecta dois meios-acoplamentos por meio de diafragmas metálicos (por exemplo, aço inoxidável) com parafusos. Os deslocamentos são compensados pela deformação elástica dos diafragmas.

• Características: Sem folga, sem necessidade de lubrificação, resistente a altas e baixas temperaturas. Adequado para aplicações que exigem alta precisão de transmissão (por exemplo, moinhos de bolas de cerâmica), mas com custo mais elevado e capacidade de carga ligeiramente inferior aos acoplamentos de engrenagem.

4. Acoplamento Universal

• Estrutura: Composta por duas articulações em forma de garfo, um eixo transversal e rolamentos, capazes de transmitir torque em grandes ângulos (≤35°).

• Características: Adequado para condições de trabalho com grandes deslocamentos de eixo, frequentemente usado em sistemas de transmissão auxiliares de moinhos de bolas (por exemplo, mecanismos de ajuste de entrada de alimentação).

III. Processo de Fabricação de Acoplamentos para Moinhos de Bolas

1. Seleção e pré-tratamento de matéria-prima

• Materiais: Meio-acoplamentos e mangas externas são normalmente feitos de aço estrutural de liga de alta resistência (por exemplo, 42CrMo, 35CrNiMo), exigindo resistência à tração ≥800MPa e tenacidade ao impacto ≥60J/cm². As superfícies dos dentes das engrenagens podem usar 20CrMnTi (cementado e temperado) para melhorar a resistência ao desgaste.

• Pré-tratamento:

• Inspeção de matéria-prima: Análise espectral (para garantir composição qualificada) e detecção de falhas (testes ultrassônicos para rachaduras internas);

• Forjamento: Aquecimento da tarugo de aço (1100-1200℃) e forjamento (forjamento em matriz aberta ou forjamento em matriz) para eliminar a porosidade interna e refinar os grãos;

• Recozimento/normalização: Recozimento após forjamento (650-700℃ por 4-6h, resfriamento lento) para reduzir a dureza (≤250HBW) para processamento subsequente.

2. Processamento em branco (tomando meio-acoplamentos como exemplo)

• Usinagem de desbaste:

• Torneamento: Torneamento do círculo externo, do furo interno e da face final em um torno, deixando uma margem de usinagem de 2-5 mm;

• Perfuração: Perfuração de furos para parafusos (para conectar diafragmas ou engrenagens) com uma margem de 1-2 mm.

• Tratamento térmico:

• Têmpera e revenimento: 42CrMo e materiais similares passam por têmpera (têmpera em óleo de 850-880℃) + revenimento em alta temperatura (550-600℃) para atingir uma dureza de 280-320HBW, garantindo a resistência da matriz;

• Reforço da superfície do dente (para acoplamentos de engrenagem): os dentes externos de 20CrMnTi passam por cementação (900-930℃, profundidade da camada cementada de 1,5-3 mm) + têmpera (têmpera em óleo de 850℃) + revenimento em baixa temperatura (180-200℃), resultando em uma dureza da superfície do dente de 58-62HRC e dureza do núcleo de 25-35HRC.

3. Usinagem de acabamento

• Girando: Torneamento de precisão do munhão, face final e furo correspondente do meio-acoplamento para garantir precisão dimensional (por exemplo, tolerância do munhão IT7-IT8, rugosidade da superfície Ra≤1,6μm);

• Usinagem de perfil de dente:

• Fresamento: Usinagem grosseira do perfil do dente para garantir precisão do passo (GB 10095 Grau 7);

• Raspagem/afiação: usinagem de acabamento da superfície do dente para reduzir a rugosidade da superfície (Ra≤0,8μm);

• Para materiais cementados como 20CrMnTi, a retificação das engrenagens é necessária após a cementação para corrigir a deformação do tratamento térmico, garantindo a precisão do perfil do dente (GB 10095 Grau 6);

• Perfuração e rosqueamento: Usinagem de furos de parafusos de conexão (por exemplo, M20-M48) com precisão de rosca chegando a 6H.

4. Tratamento de superfície

• Superfícies não dentadas: Após o jato de areia para remoção de ferrugem, aplique primer (por exemplo, tinta epóxi rica em zinco) e acabamento (por exemplo, tinta de poliuretano) com espessura total ≥80μm para melhorar a resistência à corrosão;

• Mangas de dentes internos de acoplamentos de engrenagem: Aplique graxa antiferrugem (por exemplo, graxa à base de lítio) na superfície interna do dente e instale vedações (por exemplo, anéis de vedação) para evitar vazamento de graxa.

5. Montagem

• Para acoplamentos de engrenagem: conecte os dois semiacoplamentos de dentes externos ao eixo do motor e ao eixo do redutor (ou eixo principal do cilindro) por meio de conexões de chaveta (chavetas planas ou estrias), garantindo uma folga de encaixe de H7/k6;

• Encaixe a luva externa do dente interno, verifique a folga do dente (0,1-0,3 mm) e instale os bicos de graxa;

• Para acoplamentos elásticos: Instale pinos elásticos com ajuste de transição (H7/m6) entre pinos e furos para evitar afrouxamento.

IV. Processo de Inspeção de Acoplamentos de Moinhos de Bolas

1. Inspeção de matéria-prima

• Análise da composição química: Use um espectrômetro de leitura direta para detectar elementos como C, Si, Mn, Cr e Mo, atendendo aos padrões de material (por exemplo, 42CrMo requer C: 0,38-0,45%, Cr: 0,90-1,20%);

• Teste de propriedade mecânica: teste de tração (para resistência à tração e resistência ao escoamento), teste de impacto (energia de impacto de -20℃ ≥40J) e teste de dureza (≤250HBW após recozimento);

• Detecção de falhas: Teste ultrassônico de peças forjadas (GB/T 6402) para garantir que não haja defeitos internos ≥φ3mm; teste de partículas magnéticas (GB/T 15822) para verificar se há rachaduras na superfície.

2. Inspeção em processo

• Inspeção de precisão dimensional:

• Diâmetro do fuso e do furo interno: Medido com micrômetro ou relógio comparador interno, com tolerâncias de acordo com IT7-IT8;

• Perpendicularidade da face final: Medida com um relógio comparador em uma mesa rotativa, com erro ≤0,02mm/100mm;

• Inspeção do perfil do dente:

• Use um testador de excentricidade da engrenagem para medir a excentricidade radial do anel da engrenagem (≤0,05 mm) e a excentricidade da face final (≤0,04 mm);

• Use um centro de medição de engrenagens para detectar erro de passo cumulativo (≤0,1 mm/100 mm) e erro de perfil de dente (≤0,015 mm);

• Rugosidade da superfície: Medida com um perfilômetro, com superfícies não coincidentes Ra≤12,5μm, superfícies coincidentes Ra≤3,2μm e superfícies dentais Ra≤0,8μm.

3. Inspeção de Tratamento Térmico

• Teste de dureza: use um testador de dureza Rockwell para medir a dureza da superfície do dente (camada cementada de acoplamentos de engrenagem ≥58HRC, núcleo 25-35HRC);

• Profundidade da camada cementada: Observada com um microscópio metalográfico para garantir a profundidade efetiva da camada (1,5-3 mm);

• Estrutura metalográfica: Verifique o grau de martensita da superfície do dente (≤ Grau 3), não sendo permitidos carbonetos de rede.

4. Inspeção do produto acabado

• Inspeção dimensional da montagem:

• Comprimento total do acoplamento: Medido com fita de aço, com erro ≤±1mm;

• Coaxialidade dos dois eixos: Após a montagem, use um relógio comparador para detectar o desvio circular radial (≤0,1 mm/m) e o movimento axial (≤0,2 mm);

• Teste de equilíbrio dinâmico: Para acoplamentos com velocidade ≥1000r/min, realizar testes de equilíbrio dinâmico (GB/T 9239) com um desequilíbrio ≤50g·mm/kg;

• Teste de suporte de carga: para grandes acoplamentos de engrenagem, realize testes de torque estático (carregando até 1,5 vezes o torque nominal, mantendo por 10 minutos sem deformação plástica);

• Desempenho de vedação: Para acoplamentos de engrenagem, realize testes de pressão (0,2 MPa) após a injeção de graxa, sem vazamento em 30 minutos.

5. Relatório de Inspeção de Fábrica

• Relatórios de certificação de matéria-prima e detecção de falhas;

• Registros de medições de dimensões principais e relatórios de inspeção de perfil dentário;

• Relatórios sobre dureza do tratamento térmico e profundidade da camada cementada;

• Resultados dos testes de equilíbrio dinâmico e torque estático do produto final.