Componentes do eixo expansível a ar e as suas funções

Os componentes do eixo expansível a ar são as peças modulares que transformam ar comprimido numa força de aperto radial uniforme, permitindo que um único eixo bloqueie e liberte núcleos de papel, filme, folha e não tecido em poucos segundos. Quer esteja a escolher um eixo, a diagnosticar um deslizamento ou a adaptar um eixo a um diâmetro interior de núcleo diferente, a forma mais rápida de decidir bem é perceber o que cada peça faz. Este guia percorre todos os componentes de ponta a ponta e mostra depois como os quatro modelos mais comuns reorganizam essas mesmas peças.

Se está agora a conhecer esta tecnologia, comece pelo nosso texto introdutório sobre o funcionamento de um eixo expansível a ar e pela comparação entre eixo expansível a ar e eixo diferencial, antes de entrar na análise peça a peça apresentada abaixo.

1. Corpo principal do eixo (tubo de aço central ou barra maciça)

O corpo é a estrutura que sustenta todo o conjunto. Normalmente é um tubo de aço rectificado com precisão (ou uma barra maciça, no caso de eixos curtos ou de serviço pesado), e é ele que suporta:

• a carga axial da bobina já enrolada;
• o binário transmitido pelo accionamento de desbobinagem e rebobinagem;
• o fornecimento de ar comprimido aos elementos insufláveis;
• as superfícies de montagem dos munhões de extremidade e da entrada de ar.

Como toda a acção de aperto é gerada por peças montadas neste corpo, o próprio corpo tem de ser concêntrico (baixo valor de TIR), equilibrado para a velocidade de trabalho e isento de mossas. Um corpo empenado ou ovalizado é uma das principais origens dos problemas tratados no nosso artigo sobre eixo expansível a ar a deslizar durante a rebobinagem.

2. Válvula de entrada de ar (orifício de insuflação)

A válvula de entrada de ar é o ponto de ligação entre a rede de ar comprimido da fábrica (habitualmente 0.5–0.8 MPa / 5–8 bar) e o interior do corpo do eixo. Na maioria dos eixos de produção utiliza-se um engate rápido montado na face do munhão, com uma passagem interna que conduz o ar ao longo de todo o eixo.

Ao avaliar este componente, tenha em conta:

• Taxa de fuga: uma válvula em bom estado mantém a pressão do sistema dentro de ±0.02 MPa ao longo de um turno completo. Se se vê constantemente a repor pressão, leia o nosso guia sobre perda de pressão no eixo expansível a ar.
• Material da vedação: o Buna-N é o padrão; o Viton é exigido em linhas de alta temperatura ou com bandas carregadas de solventes.
• Alimentação rotativa ou fixa: em linhas reversíveis, ou quando o eixo não pode ser bloqueado axialmente, monta-se em vez disso uma união rotativa (junta de ar rotativa).

3. Munhões de extremidade e superfícies de rolamento

Os munhões de extremidade são os diâmetros de apoio rectificados com precisão em cada extremidade do corpo. Trabalham nos mancais de apoio da estrutura lateral da máquina ou em mandris dedicados (por exemplo, a nossa gama de mandril de segurança para eixo expansível a ar). Como o eixo inteiro fica em consola a partir dos rolamentos quando se monta uma bobina, a rectitude e a concentricidade dos munhões determinam directamente a concentricidade da bobina e a uniformidade da tensão.

As configurações de munhão mais frequentes são:

• Munhões redondos, com parafusos de fixação ou ranhuras de chaveta, para montagem directa em mancal de apoio.
• Munhões quadrados ou sextavados, para alojamentos de mandril pneumático — frequentes em máquinas de impressão, onde a rapidez da troca de bobina conta.
• Munhões com flange, para aparafusamento directo à estrutura da máquina.

4. Elemento de aperto insuflável (bexiga, luva ou tubo de borracha)

O elemento de aperto insuflável é a peça que executa o trabalho. É uma bexiga de borracha, uma luva de poliuretano ou um tubo de borracha colado ao corpo do eixo (ou enfiado sobre ele) e ligado à alimentação de ar através de furos radiais. Quando o ar entra, o elemento expande-se radialmente e pressiona o interior do núcleo.

O material e a forma deste elemento dependem do tamanho do núcleo, da tensão da banda e da velocidade da linha:

• Bexiga (tubo) de borracha. Borracha natural ou EPDM — ampla gama de diâmetros interiores, núcleos de papel, folha metálica.
• Luva de poliuretano. PU 70–90A — núcleos de filme, linhas de alta velocidade.
• Bexiga segmentada. Borracha reforçada — núcleos pequenos, vários diâmetros interiores.

É nos modos de falha deste componente que se concentra a maioria dos sintomas descritos em eixo expansível a ar não expande: causas e soluções — fugas por micro-orifício, descolamento do corpo e endurecimento por contaminação com óleo manifestam-se todos aqui.

5. Chavetas de aperto (patilhas, lâminas ou tiras)

As chavetas de aperto são os dentes de carga que mordem o interior do núcleo e impedem o deslizamento. Assentam sobre o elemento insuflável e convertem a expansão radial deste num travamento mecânico positivo. É a forma da chaveta que define os quatro grandes tipos de eixo expansível a ar:

• Tipo patilha (lug): patilhas curtas e largas, que mordem de forma agressiva núcleos de parede espessa (cartão, cartolina pesada). Indicado para trocas rápidas e binário elevado.
• Tipo lâmina (leaf): lâminas longas e estreitas, que flexionam ao expandir — indicadas para núcleos de parede fina (filme, papel leve) e para trabalhar com vários diâmetros interiores num só eixo.
• Tipo tira (strip): tiras contínuas metálicas ou reforçadas, que agarram todo o comprimento do núcleo. Usadas em máquinas muito largas, onde as patilhas deformariam o núcleo.
• Manual / mecânico: sem qualquer alimentação de ar; as chavetas são expandidas por uma barra de tracção e uma porca de bloqueio. Útil onde não há ar comprimido disponível.

Comparamos estas opções no nosso guia dos 4 principais tipos de eixo expansível a ar e na análise eixo tipo patilha vs tipo lâmina.

6. Tampas de extremidade e anéis de retenção

As tampas de extremidade fecham a cavidade da bexiga em cada extremidade do eixo e mantêm as chavetas de aperto na posição. São normalmente em alumínio ou aço e funcionam também como ressalto que limita até onde o elemento de aperto pode expandir — sem elas, a bexiga dilataria para além da gama útil de diâmetros interiores.

Nos eixos de produção, os anéis de retenção (anéis elásticos ou braçadeiras aparafusadas) fixam as tampas de extremidade, permitindo retirá-las para intervenção na bexiga. Se o seu eixo fuga pelas tampas de extremidade e não pelo corpo, veja o procedimento de reparação do eixo expansível a ar.

7. Espaçadores e colares de encosto do núcleo

Os espaçadores deslizam ao longo do corpo do eixo para definir a largura máxima da bobina e manter as chavetas de aperto alinhadas com o diâmetro interior do núcleo. Em linhas com várias larguras é comum ver um conjunto de espaçadores e calços empilhados — quando é preciso mudar de largura, o operador volta a empilhar os espaçadores em vez de trocar de eixo.

Os colares de encosto do núcleo são aparafusados ao corpo do eixo na extremidade de desbobinamento, para posicionar o núcleo na posição axial correcta. São determinantes para um guiamento de banda repetível em máquinas de impressão e em equipamentos de corte longitudinal.

8. Acessórios opcionais (mandris de segurança, uniões rotativas, sensores)

Um eixo expansível a ar moderno raramente se resume a um corpo mais uma bexiga. As opções mais comuns incluem:

• Mandris de segurança para trocas rápidas de bobina — ver a nossa linha de mandris de segurança.
• Uniões rotativas para fornecimento contínuo de ar quando o eixo roda solidariamente com a bobina.
• Manómetros ou transdutores de pressão para confirmar a pressão de insuflação em cada ciclo.
• Luvas de desgaste entre o corpo e a bexiga, para tornar mais rápida a substituição da bexiga no local.

Estes acessórios são habitualmente especificados em conjunto com o corpo do eixo, por isso, ao pedir um orçamento — seja para um eixo expansível a ar personalizado ou para um eixo standard para máquinas de corte longitudinal — indique explicitamente as opções necessárias.

Como os componentes trabalham em conjunto

Em funcionamento, o ar comprimido entra pela válvula de admissão, percorre a passagem central e pressuriza a bexiga através dos furos radiais. A bexiga expande para fora, empurra as chavetas de aperto radialmente contra a parede do núcleo e bloqueia-o ao eixo em 1 a 3 segundos. Para libertar, o operador purga o ar pela mesma válvula; a elasticidade da borracha retrai as chavetas e o núcleo sai livremente.

O desempenho do conjunto é definido por três valores:

1. Concentricidade do eixo (TIR ≤ 0.05 mm em eixos de precisão — ver o nosso guia de precisão e qualidade)
2. Pressão do ar (adequada à resistência da parede do núcleo e ao tipo de elemento de aperto)
3. Geometria do elemento de aperto (padrão patilha / lâmina / tira ajustado à gama de diâmetros interiores)

Se algum destes parâmetros estiver mal especificado, surgem deslizamentos, esmagamento do núcleo ou dificuldade de carga e descarga — os sintomas abordados na nossa série de diagnóstico do eixo expansível a ar.

Como adequar os componentes à sua aplicação

Antes de encomendar um eixo, percorra esta lista curta:

1. Gama de diâmetros interiores do núcleo — meça ambas as extremidades. Escolha um modelo de lâminas ou de tiras se a linha trabalha com vários diâmetros.
2. Resistência da parede do núcleo — os núcleos de cartão toleram patilhas; os núcleos de filme fino exigem lâminas ou tiras.
3. Velocidade e tensão de trabalho — velocidades e tensões mais elevadas pedem bexigas de PU e elementos de aperto reforçados.
4. Largura e peso da bobina — determinam o diâmetro do eixo e a dimensão dos rolamentos.
5. Disponibilidade de ar comprimido — se não houver ar comprimido, opte por um eixo mecânico manual.

Para as contas de selecção, o nosso guia de escolha do eixo expansível a ar para a sua máquina desenvolve cada um destes pontos.

Práticas de manutenção que prolongam a vida dos componentes

Um eixo expansível a ar bem construído é um bem reparável, não um consumível — a maioria dos eixos de produção dura 5 a 10 anos com cuidados de rotina. Os três hábitos que mais prolongam a vida dos componentes:

• Purgar a alimentação de ar a montante da válvula de entrada, para manter óleo e água fora da bexiga.
• Inspeccionar as chavetas de aperto a cada 6 meses, procurando lascamento ou desgaste irregular.
• Armazenar o eixo na horizontal, em suporte próprio, quando não estiver em uso.

Se um componente acabar por falhar, o nosso guia de reparação do eixo expansível a ar explica a substituição da bexiga e das chavetas, e o nosso guia de dimensionamento de eixos expansíveis a ar indica quando é mais rentável encomendar uma substituição personalizada.

Pontos essenciais

• Um eixo expansível a ar é constituído por oito grupos funcionais: corpo, entrada de ar, munhões, elemento insuflável, chavetas de aperto, tampas de extremidade, espaçadores e acessórios.
• O par que efectivamente bloqueia o núcleo é o elemento insuflável em conjunto com as chavetas de aperto.
• Adequar o tipo de elemento de aperto (patilha / lâmina / tira / manual) à resistência da parede do núcleo é o factor mais determinante para trabalhar sem deslizamentos.
• A inspecção periódica da bexiga, das chavetas e das vedações mantém um eixo de qualidade em serviço durante muitos anos.

Para aprofundar a selecção e o diagnóstico, os guias de eixo expansível a ar da XW Machinery cobrem todas as etapas, da primeira especificação à manutenção em linha.

Para fornecedores e especificações, veja a nossa gama de eixos expansíveis a ar.