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Un acoplamiento es un dispositivo que se utiliza para conectar dos ejes juntos en sus extremos con el fin de transmitir potencia. El propósito principal de los acoplamientos es unir dos piezas de equipo giratorio mientras se permite cierto grado de desalineación o movimiento final o ambos. En un contexto más general, un acoplamiento también puede ser un dispositivo mecánico que sirve para conectar los extremos de piezas u objetos adyacentes. [1] Los acoplamientos normalmente no permiten la desconexión de los ejes durante la operación, sin embargo, hay acoplamientos limitadores de torque que pueden deslizarse o desconectarse cuando se excede algún límite de torque. La selección, instalación y mantenimiento de los acoplamientos puede reducir el tiempo de mantenimiento y los costos de mantenimiento.
Los acoplamientos de eje se utilizan en maquinaria para varios propósitos. Una función principal es transferir energía de un extremo a otro (por ejemplo: transferencia de energía del motor a la bomba a través del acoplamiento).
Otros usos habituales:
Los acoplamientos rígidos con abrazadera o compresión vienen en dos partes y encajan entre sí alrededor de los ejes para formar un manguito. Ofrecen más flexibilidad que los modelos con mangas y se pueden usar en ejes que se fijan en su lugar. Por lo general, son lo suficientemente grandes como para que los tornillos puedan pasar completamente a través del acoplamiento y en la segunda mitad para garantizar una sujeción segura. Acoplamientos rígidos bridadosestán diseñados para cargas pesadas o equipos industriales. Constan de mangas cortas rodeadas por un reborde perpendicular. Se coloca un acoplamiento en cada eje para que las dos bridas se alineen cara a cara. Luego, se puede instalar una serie de tornillos o pernos en las bridas para mantenerlas juntas. Debido a su tamaño y durabilidad, las unidades con bridas se pueden utilizar para alinear los ejes antes de unirlos.
El acoplamiento rígido se usa solo cuando la desalineación entre los ejes del equipo es muy pequeña o no hay desalineación en el sistema. Cuando el equipo es apropiado para soportar la carga reaccionaria que se produce al intentar flexionar acoplamientos rígidos. Este tipo de acoplamiento se prefiere principalmente para aplicaciones verticales como bombas verticales. En esos casos, los acoplamientos rígidos son un medio muy eficaz para conectar los ejes de las máquinas. Pero los acoplamientos rígidos sirven para conectar dos ejes de dos equipos rotativos y que permiten transmitir potencia y par de una máquina a otra. Eso también se puede utilizar en máquinas que tienen ejes de diferentes tamaños.
Que los acoplamientos se deben utilizar sólo cuando el eje de ambos equipos no tenga desalineación y cuando los ejes de la máquina y el acoplamiento rígido sean lo suficientemente largos para aceptar las fuerzas y momentos producidos por la deflexión mecánica del eje sobre estos.
Dimensiones de acoplamiento rígido, la dimensión también es un factor de medida durante la selección del acoplamiento más adecuado para su maquinaria. Porque el acoplamiento rígido se usa donde se requiere muy menos dbse porque el espaciador no se usa con este tipo de disposición. La alineación del eje es muy inferior. Para maquinaria rotativa, cuando dos ejes de máquina están conectados de manera rígida y adecuada, ambas máquinas funcionan como un solo eje.
Los acoplamientos rígidos se utilizan cuando se requiere una alineación precisa del eje (los ejes ya están alineados); cualquier desalineación del eje afectará el rendimiento del acoplamiento así como su vida, porque los acoplamientos rígidos no tienen la capacidad de compensar las desalineaciones. Debido a esto, su aplicación es limitada y generalmente se usan en aplicaciones que involucran controladores verticales. [2]
Un acoplamiento de viga , también conocido como acoplamiento helicoidal , es un acoplamiento flexible para transmitir el par entre dos ejes al tiempo que permite la desalineación angular, el desplazamiento paralelo e incluso el movimiento axial, de un eje con respecto al otro. Este diseño utiliza una sola pieza de material y se vuelve flexible al eliminar el material a lo largo de una trayectoria en espiral, lo que da como resultado una viga flexible curvada de forma helicoidal. Dado que está hecho de una sola pieza de material, el acoplamiento estilo viga no exhibe el juego que se encuentra en algunos acoplamientos de varias piezas. Otra ventaja de ser un acoplamiento totalmente mecanizado es la posibilidad de incorporar características en el producto final mientras se mantiene la integridad de la pieza única.
Los cambios en el avance de la viga helicoidal proporcionan cambios en las capacidades de desalineación, así como otras características de rendimiento, como la capacidad de torsión y la rigidez torsional. Incluso es posible tener múltiples inicios dentro de la misma hélice.
El material utilizado para fabricar el acoplamiento de vigas también afecta su rendimiento e idoneidad para aplicaciones específicas como la alimentaria, médica y aeroespacial. Los materiales son típicamente aleación de aluminio y acero inoxidable, pero también se pueden fabricar en acetal , acero martensítico y titanio . Las aplicaciones más comunes son la conexión de codificadores rotativos a ejes y el control de movimiento para robótica .
Un acoplamiento de viga con características opcionales mecanizadas en él
El aumento del número de bobinas permite una mayor desalineación angular
Fuelles de metal
poca reacción
Se utiliza para una alineación ligeramente imperfecta de los dos ejes.
Esta es una forma modificada del acoplamiento de brida de tipo protegido. Este tipo de acoplamiento tiene pasadores y funciona con pernos de acoplamiento. Los casquillos de goma o cuero se utilizan sobre los pasadores. El acoplamiento tiene dos mitades de construcción diferente. Los pasadores se sujetan rígidamente con tuercas a una de las bridas y se mantienen sueltos en la otra brida. Este acoplamiento se utiliza para conectar ejes que tienen una pequeña desalineación paralela, desalineación angular o desalineación axial. En este acoplamiento, el casquillo de goma absorbe los golpes y vibraciones durante su funcionamiento. Este tipo de acoplamiento se utiliza principalmente para acoplar motores eléctricos y máquinas.
Hay varios tipos de acoplamientos de velocidad constante (CV): junta Rzeppa , junta cardán doble y acople Thompson .
En este acoplamiento, el manguito o manguito se hace en dos mitades de hierro fundido y se unen mediante espárragos o pernos de acero dulce. Las ventajas de este acoplamiento es que es posible montar o desmontar el acoplamiento sin cambiar la posición del eje. Este acoplamiento se utiliza para la transmisión de potencia pesada a velocidad moderada.
Los acoplamientos de diafragma transmiten el par desde el diámetro exterior de una placa flexible al diámetro interior, a través del carrete o pieza espaciadora, y luego desde el diámetro interior al exterior. La deformación de una placa o una serie de placas desde el diámetro interior hasta el diámetro exterior logra la desalineación.
Los acoplamientos de disco transmiten el par de un perno impulsor a uno impulsado tangencialmente en un círculo de perno común. El par se transmite entre los pernos a través de una serie de discos delgados de acero inoxidable ensamblados en un paquete. La desalineación se logra deformando el material entre los pernos.
Un acoplamiento elástico transmite el par de torsión u otra carga por medio de un componente elástico. Un ejemplo es el acoplamiento utilizado para unir un aparejo de windsurf (vela, mástil y componentes) a la tabla de vela. [3] En la terminología del windsurf se le suele llamar "junta universal", pero los diseños modernos suelen estar basados en un material fuerte y flexible, y mejor técnicamente se describen como un acoplamiento elástico. Pueden tener forma de tendón o de reloj de arena y están fabricados con un material elástico resistente y duradero. En esta aplicación, el acoplamiento no transmite el par, sino que transmite la potencia de la vela a la tabla, creando empuje (una parte de la potencia de la vela también se transmite a través del cuerpo del ciclista).
Los acoplamientos flexibles se utilizan generalmente para transmitir el par de un eje a otro cuando los dos ejes están ligeramente desalineados. Pueden adaptarse a diversos grados de desalineación de hasta 1,5 ° y algunas desalineaciones paralelas. También se pueden utilizar para amortiguar las vibraciones o reducir el ruido. En aplicaciones de eje giratorio, un acoplamiento flexible puede proteger los componentes del eje impulsor y conducido (como cojinetes) de los efectos dañinos de condiciones tales como ejes desalineados, vibración, cargas de impacto y expansión térmica de los ejes u otros componentes.
Al principio, los acoplamientos flexibles se separan en dos grupos esenciales, metálicos y elastoméricos. Los tipos metálicos utilizan piezas ajustadas libremente que ruedan o se deslizan unas contra otras o, por otro lado, piezas no móviles que se doblan para eliminar la desalineación. Los tipos elastoméricos, nuevamente, ganan flexibilidad a partir de elementos elásticos, elásticos o plásticos que no se mueven y que transmiten el par entre los cubos metálicos.
Un acoplamiento de engranajes es un dispositivo mecánico para transmitir par entre dos ejes que no son colineales . Consiste en una junta flexible fijada a cada eje. Las dos articulaciones están conectadas por un tercer eje, llamado husillo.
Cada articulación consta de un par de engranajes internos / externos con una relación de engranajes de 1: 1 . Los flancos de los dientes y el diámetro exterior del engranaje externo están coronados para permitir el desplazamiento angular entre los dos engranajes. Mecánicamente, los engranajes equivalen a estrías giratorias con perfiles modificados. Se les llama engranajes debido al tamaño relativamente grande de los dientes.
Los acoplamientos de engranajes y las juntas universales se utilizan en aplicaciones similares. Los acoplamientos de engranajes tienen densidades de par más altas que las juntas universales diseñadas para adaptarse a un espacio dado, mientras que las juntas universales inducen vibraciones más bajas . El límite de la densidad de torsión en las juntas universales se debe a las secciones transversales limitadas de la cruceta y el yugo. Los dientes del engranaje en un acoplamiento de engranajes tienen un gran juego para permitir una desalineación angular. El exceso de reacción puede contribuir a la vibración. [ cita requerida ]
Los acoplamientos de engranajes generalmente se limitan a desalineaciones angulares, es decir, el ángulo del husillo con respecto a los ejes de los ejes conectados, de 4 a 5 °. [ cita requerida ] Las juntas universales son capaces de mayores desalineaciones.
Los acoplamientos de engranajes de junta única también se utilizan para conectar dos ejes nominalmente coaxiales. En esta aplicación, el dispositivo se denomina acoplamiento flexible o flexible de tipo engranaje . La junta única permite desalineaciones menores, como errores de instalación y cambios en la alineación del eje debido a las condiciones de funcionamiento. Estos tipos de acoplamientos de engranajes generalmente se limitan a desalineaciones angulares de 1 / 4–1 / 2 °. [ cita requerida ]
Giubo (a veces mal escrito comoguibo), también conocido comodisco flexibleo articulación Boschi
Un acoplamiento de rejilla se compone de dos cubos de eje, un resorte de rejilla metálica y un kit de cubierta dividida. El par se transmite entre los dos cubos del eje de acoplamiento a través del elemento de resorte de rejilla metálica.
Al igual que los acoplamientos de disco y engranajes metálicos, los acoplamientos de rejilla tienen una alta densidad de par . Un beneficio de los acoplamientos de rejilla, sobre los acoplamientos de engranajes o de disco, es la capacidad que tienen sus elementos de resorte de acoplamiento de rejilla para absorber y distribuir la energía de impacto de carga máxima a lo largo del tiempo. Esto reduce la magnitud de las cargas máximas y ofrece cierta capacidad de amortiguación de vibraciones. Un aspecto negativo del diseño del acoplamiento de rejilla es que, por lo general, su capacidad para adaptarse a la desalineación es muy limitada. [4]
Los acoplamientos altamente flexibles se instalan cuando la resonancia o la vibración de torsión pueden ser un problema, ya que están diseñados para eliminar los problemas de vibración de torsión y equilibrar los impactos de los golpes.
Se utilizan en instalaciones donde los sistemas requieren un alto nivel de flexibilidad torsional y capacidad de desalineación. Este tipo de acoplamiento proporciona una amortiguación efectiva de las vibraciones torsionales y una alta capacidad de desplazamiento, lo que protege el accionamiento. El diseño de los acoplamientos elásticos altamente flexibles facilita el montaje. Estos acoplamientos también compensan los desplazamientos del eje (radial, axial y angular) y el par se transmite en cizallamiento. [5] Dependiendo del tamaño y rigidez del acoplamiento, la parte flexible puede ser de una o varias filas. [6]
Las uniones Hirth utilizan dientes cónicos en dos extremos del eje engranados para transmitir la torsión.
Un acoplamiento magnético utiliza fuerzas magnéticas para transmitir la potencia de un eje a otro sin ningún contacto. Esto permite una separación completa del medio. Por lo tanto, puede proporcionar la capacidad de separar herméticamente dos áreas mientras continúa transmitiendo energía mecánica de una a la otra, lo que hace que estos acoplamientos sean ideales para aplicaciones donde la prevención de la contaminación cruzada es esencial.
Un acoplamiento Oldham tiene tres discos, uno acoplado a la entrada, otro acoplado a la salida y un disco intermedio que se une a los dos primeros por machihembrado . La lengüeta y la ranura de un lado son perpendiculares a la lengüeta y la ranura del otro. El disco del medio gira alrededor de su centro a la misma velocidad que los ejes de entrada y salida. Su centro traza una órbita circular, dos veces por rotación, alrededor del punto medio entre los ejes de entrada y salida. A menudo, se utilizan resortes para reducir el juego del mecanismo. Una ventaja de este tipo de acoplamiento, en comparación con dos juntas universales, es su tamaño compacto. El acoplador lleva el nombre de John Oldham, quien lo inventó en Irlanda., en 1821, para resolver un problema en el diseño de un vaporizador de paletas .
Acoplador Oldham, ensamblado
Acoplador Oldham, desmontado
Un acoplamiento de manguito consiste en una tubería cuyo orificio se termina con la tolerancia requerida según el tamaño del eje. En función del uso del acoplamiento se realiza un chavetero en el orificio para transmitir el par mediante la llave. Se proporcionan dos orificios roscados para bloquear el acoplamiento en su posición.
Los acoplamientos de manguito también se conocen como acoplamientos de caja . En este caso, los extremos del eje se acoplan entre sí y se apoyan entre sí que están envueltos por manguitos o manguitos .
Las llaves hundidas con cabeza de cuña sujetan los dos ejes y el manguito juntos (este es el tipo más simple de acoplamiento). Está hecho de hierro fundido y es muy simple de diseñar y fabricar. Consiste en un tubo hueco cuyo diámetro interior es igual al diámetro de los ejes. El tubo hueco se coloca sobre dos o más extremos de los ejes con la ayuda de una llave cónica hundida. Una chaveta y un manguito son útiles para transmitir potencia de un eje a otro.
Un candado cónico es una forma de dispositivo de bloqueo del eje sin llave [7] que no requiere que se retire ningún material del eje. La idea básica es similar a un acoplamiento de abrazadera, pero el momento de rotación está más cerca del centro del eje. [8] Un dispositivo de acoplamiento alternativo a la llave paralela tradicional , la cerradura cónica elimina la posibilidad de juego debido a chaveteros desgastados. [9] [10] [11] Es más robusto que usar una llave porque el mantenimiento solo requiere una herramienta y la rotación balanceada autocentrante significa que dura más que una junta con llave, pero la desventaja es que cuesta más. [cita requerida ]
Un acoplamiento flexible hecho de dos resortes de contra-bobinado con un rodamiento de bolas en el centro, que permite la transferencia de par desde el eje de entrada al de salida. No requiere lubricación para funcionar de manera constante, ya que no tiene componentes internos. [12]
Las juntas de trapo se utilizan comúnmente en los enlaces de dirección y trenes de transmisión de automóviles . Cuando se utilizan en un tren de transmisión, a veces se les conoce como giubos .
El mantenimiento de los acoplamientos requiere una inspección periódica programada de cada acoplamiento. Consiste en:
Sin embargo, incluso con el mantenimiento adecuado, los acoplamientos pueden fallar. Las razones subyacentes de la falla, además del mantenimiento, incluyen:
La única forma de mejorar la vida útil del acoplamiento es comprender qué causó la falla y corregirla antes de instalar un nuevo acoplamiento. Algunas señales externas que indican una posible falla del acoplamiento incluyen:
Los acoplamientos normalmente se equilibran en la fábrica antes de ser enviados, pero ocasionalmente se desequilibran durante el funcionamiento. El equilibrio puede ser difícil y costoso, y normalmente se realiza solo cuando las tolerancias operativas son tales que el esfuerzo y el gasto están justificados. La cantidad de desequilibrio de acoplamiento que puede tolerar cualquier sistema viene dictada por las características de las máquinas conectadas específicas y puede determinarse mediante un análisis detallado o la experiencia. [13]
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