Acoplamiento
Un acoplamiento es un dispositivo que se utiliza para unir dos ejes en sus extremos con el fin de transmitir potencia. El propósito principal de los acoplamientos es unir dos piezas de un equipo rotativo y permitir 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. Los acoplamientos normalmente no permiten la desconexión de los ejes durante el funcionamiento; sin embargo, existen acoplamientos limitadores de par que pueden resbalar o desconectarse cuando se excede algún límite de par. La selección, instalación y mantenimiento de los acoplamientos puede reducir el tiempo y el costo de mantenimiento.
Usos
Los acoplamientos de eje se utilizan en maquinaria para varios propósitos. Una función principal es transferir potencia de un extremo a otro (p. ej., la potencia de transferencia del motor a la bomba a través del acoplamiento).
Otros usos comunes:
- Para alterar las características de vibración de las unidades giratorias
- Para conectar la conducción y la parte impulsada
- Para introducir protección
- Para reducir la transmisión de cargas de choque de un eje a otro
- Para deslizarse cuando se produce sobrecarga
Tipos
Haz
Un acoplamiento de viga, también conocido como acoplamiento helicoidal, es un acoplamiento flexible para transmitir torsión entre dos ejes mientras 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 mediante la eliminación de material a lo largo de una trayectoria en espiral que da como resultado una viga flexible curva de forma helicoidal. Dado que está hecho de una sola pieza de material, el acople estilo viga no presenta la holgura que se encuentra en algunos acoples de piezas múltiples. Otra ventaja de ser un acoplamiento completamente mecanizado es la posibilidad de incorporar características en el producto final mientras se mantiene la integridad de una sola pieza.
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 viga también afecta su rendimiento y su idoneidad para aplicaciones específicas, como la industria alimenticia, médica y aeroespacial. Los materiales suelen ser 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 rotatorios a ejes y control de movimiento para robótica.
Los acoplamientos de viga pueden tener varios nombres según la industria. Estos nombres incluyen acoplamiento flexible, acoplamiento de viga flexible, acoplamiento de eje flexible, flexión, acoplamiento helicoidal y acoplamiento de eje.
El principal beneficio de usar un acoplamiento de viga flexible para unir dos ejes giratorios es reducir las vibraciones y las cargas de reacción, lo que a su vez reducirá el desgaste general de la maquinaria y prolongará la vida útil del equipo.
Un acoplamiento de haz con características opcionales mecanizadas en él
Aumentar el número de bobinas permite una mayor desalineación angular
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Brida de pasador de casquillo
El acoplamiento de brida con pasador de buje se usa 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 mediante 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 buje de goma absorbe los golpes y vibraciones durante su funcionamiento. Este tipo de acoplamiento se utiliza principalmente para acoplar motores eléctricos y máquinas.
Velocidad constante
Hay varios tipos de acoplamientos de velocidad constante (CV): junta Rzeppa, junta doble cardán y acoplamiento Thompson.
Abrazadera o split-muff
En este acoplamiento, el manguito o manguito está formado por 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 transmisión de potencia pesada a velocidad moderada.
Diafragma
Los acoplamientos de diafragma transmiten la torsión desde el diámetro exterior de una placa flexible hasta el diámetro interior, a través del carrete o la pieza espaciadora, y luego desde el diámetro interior hasta el exterior. La deformación de una placa o serie de placas de D.I. a O.D logra la desalineación.
Disco
Los acoplamientos de disco transmiten el par desde un perno impulsor a un perno impulsado tangencialmente en un círculo de pernos 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.
Elástica
(feminine)
Un acoplamiento elástico transmite 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. En la terminología del windsurf, generalmente se le llama "junta universal", pero los diseños modernos generalmente se basan en un material fuerte y flexible, y se describen mejor técnicamente como un acoplamiento elástico. Pueden tener forma de tendón o de reloj de arena y están construidos con un material elástico resistente y duradero. En esta aplicación, el acoplamiento no transmite 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).
Flexible
Los acoplamientos flexibles generalmente se usan para transmitir torque de un eje a otro cuando los dos ejes están ligeramente desalineados. Pueden adaptarse a diversos grados de desalineación de hasta 1,5° y alguna desalineación paralela. También se pueden utilizar para amortiguar vibraciones o reducir el ruido. En aplicaciones de ejes giratorios, un acoplamiento flexible puede proteger los componentes del eje impulsor e impulsado (como los cojinetes) de los efectos nocivos de condiciones tales como ejes desalineados, vibraciones, cargas de choque 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 partes que se ajustan libremente que ruedan o se deslizan unas contra otras o, por otro lado, partes inmóviles que se doblan para compensar la desalineación. Los tipos elastoméricos, por otra parte, ganan flexibilidad a partir de elementos resistentes, inmóviles, elásticos o plásticos que transmiten torsión entre cubos metálicos.
Fluido
Equipo
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 transmisión de 1:1. Los flancos de los dientes y el diámetro exterior del engranaje externo están abombados para permitir el desplazamiento angular entre los dos engranajes. Mecánicamente, los engranajes son equivalentes a ranuras giratorias con perfiles modificados. Se llaman 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 torsión más altas que las juntas universales diseñadas para adaptarse a un espacio determinado, mientras que las juntas universales inducen vibraciones más bajas. El límite en la densidad de torsión en las juntas universales se debe a las secciones transversales limitadas de la cruz y el yugo. Los dientes del engranaje en un acoplamiento de engranajes tienen un alto juego para permitir la desalineación angular. El exceso de juego puede contribuir a la vibración.
Los acoplamientos de engranajes generalmente se limitan a desalineaciones angulares, es decir, el ángulo del husillo en relación con los ejes de los ejes conectados, de 4 a 5°. Las juntas universales son capaces de mayores desalineaciones.
Los acoplamientos de engranajes de unión simple también se utilizan para conectar dos ejes nominalmente coaxiales. En esta aplicación, el dispositivo se denomina acoplamiento flexible o tipo engranaje flexible. 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°.
Geislinger
Giubo
Cuadrícula
Un acoplamiento de rejilla se compone de dos cubos de eje, un resorte de rejilla metálico y un kit de tapa 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 discos y engranajes metálicos, los acoplamientos de rejilla tienen una alta densidad de par. Una ventaja 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 de acoplamiento de rejilla es que, por lo general, su capacidad para adaptarse a la desalineación es muy limitada.
Muy flexible
Los acoplamientos altamente flexibles se instalan cuando la resonancia o la vibración torsional pueden ser un problema, ya que están diseñados para eliminar los problemas de vibración torsional y equilibrar los impactos de choque.
Se utilizan en instalaciones donde el sistema requiere un alto nivel de flexibilidad torsional y capacidad de desalineación. Este tipo de acoplamiento proporciona una amortiguación eficaz de las vibraciones torsionales, y una gran capacidad de desplazamiento, que protege el accionamiento. El diseño de los acoplamientos elásticos de gran flexibilidad facilita el montaje. Estos acoplamientos también compensan los desplazamientos del eje (radial, axial y angular) y el par se transmite en cortante. Dependiendo del tamaño y rigidez del acoplamiento, la parte flexible puede ser de una o varias filas.
Articulaciones de Hirth
Las juntas Hirth usan dientes cónicos en dos extremos del eje engranados para transmitir el par.
Hidrodinámica
(feminine)Mandíbula
El acoplamiento de mandíbula también se conoce como acoplamiento de araña o Lovejoy.
Magnético
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 brindar la capacidad de separar herméticamente dos áreas mientras continúa transmitiendo potencia mecánica de una a otra, lo que hace que estos acoplamientos sean ideales para aplicaciones donde la prevención de la contaminación cruzada es esencial.
Oldham
Un acoplamiento Oldham consta de tres discos, uno acoplado a la entrada, otro acoplado a la salida y un disco central que se une a los dos primeros mediante machihembrado. La lengüeta y la ranura de un lado son perpendiculares a la lengüeta y la ranura del otro. El disco central 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 la holgura 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 barco de vapor.
Oldham coupler, assembled
Oldham coupler, disassembled
Junta de trapo
Las juntas trapezoidales se usan comúnmente en los mecanismos de dirección y los trenes de transmisión de los automóviles. Cuando se usan en un tren de transmisión, a veces se les conoce como giubos.
Rígido
Los acoplamientos rígidos se utilizan cuando se requiere una alineación precisa del eje; cualquier desalineación del eje afectará el rendimiento del acoplamiento y su vida útil, ya que los acoplamientos rígidos no tienen la capacidad de compensar la desalineación. Debido a esto, su aplicación es limitada y, por lo general, se usan en aplicaciones que involucran controladores verticales.
Los acoplamientos rígidos de abrazadera o de compresión vienen en dos partes y se ajustan alrededor de los ejes para formar un manguito. Ofrecen más flexibilidad que los modelos con manguito y se pueden usar en ejes que están fijos en su lugar. Por lo general, son lo suficientemente grandes como para que los tornillos puedan pasar completamente a través del acoplamiento y hacia la segunda mitad para garantizar una sujeción segura. Los acoplamientos rígidos bridados están diseñados para cargas pesadas o equipos industriales. Consisten en 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 unidas. Debido a su tamaño y durabilidad, las unidades con bridas se pueden usar para alinear los ejes antes de unirlos.
Schmidt
Manga, caja o manguito
Un acoplamiento de manguito consta de una tubería cuyo orificio tiene un acabado 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 por medio de la chaveta. 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 manguito o manguito.
Unas llaves hundidas de cabeza giratoria mantienen unidos los dos ejes y el manguito (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 ajusta sobre dos o más extremos de los ejes con la ayuda de la llave cónica hundida. Una chaveta y un manguito son útiles para transmitir potencia de un eje a otro eje.
Bloqueo de eje cónico
Un bloqueo cónico es una forma de dispositivo de bloqueo del eje sin llave 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. Un dispositivo de acoplamiento alternativo a la llave paralela tradicional, la cerradura cónica elimina la posibilidad de juego debido a chaveteros desgastados. Es más resistente que usar una llave porque el mantenimiento solo requiere una herramienta y la rotación equilibrada autocentrante significa que dura más que una junta con llave, pero la desventaja es que cuesta más.
Muelle gemelo
Un acoplamiento flexible hecho de dos resortes contrabobinados con un rodamiento de bolas en el centro, que permite la transferencia de torsión desde el eje de entrada al de salida. No requiere lubricación para funcionar de manera consistente ya que no tiene componentes internos.
Junta universal
Mantenimiento y avería
El mantenimiento del acoplamiento requiere una inspección periódica programada de cada acoplamiento. Consiste en:
- Realización de inspecciones visuales
- Verificación de signos de desgaste o fatiga
- Acoplamientos de limpieza regularmente
- Comprobación y cambio de lubricante regularmente si el acoplamiento está lubricado. Este mantenimiento se requiere anualmente para la mayoría de los acoplamientos y con más frecuencia para acoplamientos en entornos adversos o en condiciones de funcionamiento exigentes.
- Documentando el mantenimiento realizado en cada acoplamiento, junto con la fecha.
Sin embargo, incluso con el mantenimiento adecuado, los acoplamientos pueden fallar. Las razones subyacentes de la falla, además del mantenimiento, incluyen:
- Instalación inadecuada
- Pobre selección de acoplamientos
- Operación más allá de las capacidades de diseño.
Los signos externos que indican una posible falla del acoplamiento incluyen:
- El ruido anormal, como el chillido, el chillido o el charlatán
- Vibración excesiva o oscilación
- Sellos fallidos indicados por fuga de lubricantes o contaminación.
Saldo
Los acoplamientos normalmente se equilibran en la fábrica antes de enviarlos, pero ocasionalmente se desequilibran durante el funcionamiento. El balanceo 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 está dictada por las características de las máquinas conectadas específicas y puede determinarse mediante un análisis detallado o la experiencia.