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Una investigación sobre las capacidades de transmisión de potencia aumentadas de las conexiones de prensado diseñadas elástico-plásticas usando un dispositivo de unión desmontable

Autores: Falter, Jan; Herburger, Daniel; Binz, Hansgeorg; Kreimeyer, Matthias

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2024

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Acceso abierto

Artículo científico


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 13

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Los sistemas de transmisión son una parte importante de la ingeniería mecánica general, la ingeniería automotriz y varios otros campos, siendo las conexiones eje-cubo una parte importante de dichos sistemas. Los aspectos decisivos en el desarrollo de estos sistemas hoy en día son, por ejemplo, altas fuerzas y torques transmitibles, bajas masas y la producción más económica posible de componentes. Un posible aumento triple en la capacidad de transmisión de fuerza y torque se puede lograr utilizando conexiones de ajuste por prensado con un diseño elástico-plástico en lugar de las alternativas diseñadas elásticamente regulares. Un diseño elástico-plástico de la conexión de ajuste por prensado se logra utilizando una interferencia grande. Se requiere una geometría de transición grande en el eje (que reemplaza el chaflán convencional) para unir dicha interferencia. Los requisitos de material y espacio tienen un impacto negativo en aplicaciones livianas y espacios de construcción limitados. Por lo tanto, el objetivo de la investigación presentada en este documento es diseñar y analizar un dispositivo de unión desmontable que sustituya esta geometría. Se realizó un estudio de simulación para determinar la geometría del dispositivo de unión que mejora el estado de tensiones y, consecuentemente, la capacidad de transmisión de fuerza y torque de la conexión. Además, se analiza la influencia de las tolerancias de fabricación del dispositivo de unión y del eje, los riesgos correspondientes y las medidas para mitigarlos mediante análisis de elementos finitos. Los resultados muestran que grandes radios de transición, habilitados mediante el uso de un dispositivo de unión, conducen a una distribución homogénea de la deformación plástica y la presión en la conexión de ajuste por prensado, incluso para grandes interferencias y materiales de cubo blandos como las aleaciones de aluminio forjado. La influencia de las tolerancias de fabricación en el estado de tensiones se cuantificó, lo que llevó a pautas de diseño que minimizan el riesgo, por ejemplo, de la colisión de la cara frontal de un eje y un cubo, al tiempo que maximizan la transmisión de potencia de la conexión. Los resultados muestran la capacidad de un dispositivo de unión desmontable para permitir conexiones de ajuste por prensado elástico-plástico y el correspondiente aumento triple en la capacidad de transmisión de fuerza y torque en aplicaciones livianas, resultado de la sustitución de la geometría de transición que consume espacio de instalación y aumenta la masa del eje.

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