Un acoplamiento es un dispositivo que se utiliza para conectar dos ejes entre sí en sus extremos con el fin de transmitir potencia. El objetivo principal de los acoplamientos es unir dos piezas de equipo giratorio permitiendo al mismo tiempo 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 el funcionamiento; sin embargo, hay acoplamientos con limitación de par que pueden deslizarse o desconectarse cuando se excede algún límite de par. La selección, instalación y mantenimiento de los acoplamientos pueden reducir el tiempo y el coste 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, transferir energía del motor a la bomba a través del acoplamiento).
Otros usos comunes:
Un acoplamiento de viga , también conocido como acoplamiento helicoidal , es un acoplamiento flexible para transmitir torque 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 mediante la eliminación del material a lo largo de una trayectoria en espiral, lo que da como resultado una viga flexible curva de forma helicoidal. Dado que está hecho de una sola pieza de material, el acoplamiento estilo viga no presenta 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 manteniendo la integridad de la pieza única.
Los cambios en el avance de la viga helicoidal proporcionan cambios en las capacidades de desalineación, así como en 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 a su rendimiento e idoneidad para aplicaciones específicas como las alimentarias, médicas y aeroespaciales. Los materiales suelen ser aleaciones de aluminio y acero inoxidable, pero también se pueden fabricar en acetal , acero martensítico y titanio . Las aplicaciones más comunes son la fijación de codificadores rotatorios a ejes y el control de movimiento para robótica .
Los acoplamientos de vigas pueden recibir 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 utilizar un acoplamiento de viga flexible para unir dos ejes giratorios es reducir la vibración y las cargas de reacción, lo que a su vez reducirá el desgaste general de la maquinaria y prolongará la vida útil del equipo.
El acoplamiento de brida con pasador 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. Sobre los pasadores se utilizan casquillos de goma o cuero. 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 casquillo de goma absorbe golpes y vibraciones durante sus operaciones. Este tipo de acoplamiento se utiliza principalmente para acoplar motores eléctricos y máquinas.
Existen varios tipos de acoplamientos de velocidad constante (CV): junta Rzeppa , junta cardán doble y acoplamiento Thompson .
En este acoplamiento, el manguito o manguito se convierte en dos mitades de hierro fundido y se unen mediante pernos o pernos de acero dulce. La ventaja 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 torsión 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 serie de placas desde el diámetro interno hasta el diámetro exterior logra la desalineación.
Los acoplamientos de disco transmiten el torque desde un perno conductor a un perno conducido tangencialmente en un círculo de pernos común. El torque 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 par u otra carga por medio de un componente elástico. Un ejemplo es el acoplamiento que se utiliza para unir un aparejo de windsurf (vela, mástil y componentes) a la tabla de vela. [2] En la terminología del windsurf se suele denominar "junta universal", pero los diseños modernos suelen basarse en un material resistente y flexible, y técnicamente se describe mejor 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 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). [ cita necesaria ]
Los acoplamientos flexibles se utilizan generalmente para transmitir par de un eje a otro cuando los dos ejes están ligeramente desalineados. Pueden adaptarse a distintos grados de desalineación de hasta 1,5° y cierta desalineación paralela. 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 los cojinetes) de los efectos nocivos de condiciones como ejes desalineados, vibraciones, 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 montadas libremente que ruedan o se deslizan entre sí o, por otro lado, piezas inmóviles que se doblan para corregir la desalineación. Los tipos elastoméricos, por otra parte, ganan flexibilidad a partir de elementos elásticos o plásticos resistentes, inmóviles, que transmiten torsión entre cubos metálicos.
Un acoplamiento de engranajes es un dispositivo mecánico para transmitir par entre dos ejes que no son colineales . Consta de una junta flexible fijada a cada eje. Las dos articulaciones están conectadas por un tercer eje, llamado huso.
Cada junta consta de un par de engranajes interno/externo con relación de transmisión 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 llaman engranajes debido al tamaño relativamente grande de los dientes.
En aplicaciones similares se utilizan acoplamientos de engranajes y juntas universales . 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 de la densidad de torsión en las juntas universales se debe a las secciones transversales limitadas de la cruz y el yugo. Los dientes de los engranajes en un acoplamiento de engranajes tienen un gran juego para permitir la desalineación angular. El exceso de juego puede contribuir a la vibración. [ cita necesaria ]
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 necesaria ] Las juntas universales son capaces de sufrir 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 operación. Estos tipos de acoplamientos de engranajes generalmente se limitan a desalineaciones angulares de 1/4 a 1/2°. [ cita necesaria ]
Un acoplamiento de rejilla se compone de dos cubos de eje, un resorte de rejilla metálico 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 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 del acoplamiento de rejilla es que generalmente tiene una capacidad muy limitada para adaptarse a la desalineación. [3]
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.
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 eficaz de las vibraciones torsionales y una gran 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 corte. [4] Dependiendo del tamaño y la rigidez del acoplamiento, la parte flexible puede ser de una o varias filas. [5]
Las juntas Hirth utilizan dientes cónicos en dos extremos del eje entrelazados para transmitir torsión.
El acoplamiento de mandíbula también se conoce como acoplamiento de araña o Lovejoy.
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. Puede proporcionar 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.
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 mediante machihembrado . La lengüeta y ranura de un lado es perpendicular a la lengüeta y 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 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 barco de vapor .
Las juntas de trapo se usan comúnmente en varillajes de dirección y trenes de transmisión de automóviles . Cuando se utilizan en un tren de transmisión, a veces se les conoce como giubos .
Los acoplamientos rígidos se utilizan cuando se requiere una alineación precisa del eje; cualquier desalineación del eje afectará el rendimiento del acoplamiento así como su vida útil, porque los acoplamientos rígidos no tienen la capacidad de compensar la desalineación. Debido a esto, su aplicación es limitada y generalmente se usan en aplicaciones que involucran controladores verticales.
Los acoplamientos rígidos con abrazadera o de compresión vienen en dos partes y encajan alrededor de los ejes para formar un manguito. Ofrecen más flexibilidad que los modelos con mangas y se pueden utilizar en ejes fijos. Por lo general, son lo suficientemente grandes como para que los tornillos puedan pasar a través del acoplamiento y dentro de la segunda mitad para garantizar una sujeción segura. Los acoplamientos rígidos con bridas están diseñados para cargas pesadas o equipos industriales. Consisten en mangas cortas rodeadas por un reborde perpendicular. Se coloca un acoplamiento en cada eje de modo 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.
Un acoplamiento de manguito consta de un tubo cuyo diámetro interior tiene un acabado con la tolerancia requerida según el tamaño del eje. Según el uso del acoplamiento, se realiza una chaveta en el orificio para transmitir el par mediante 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 están acoplados y apoyados entre sí y están envueltos por un manguito o manguito .
Unas chavetas hundidas con cabeza cilíndrica mantienen juntos los dos ejes y el manguito (este es el tipo más simple de acoplamiento). Está hecho de hierro fundido y es muy sencillo de diseñar y fabricar. Consiste en un tubo hueco cuyo diámetro interior es el mismo que el diámetro de los ejes. El tubo hueco se coloca sobre dos o más extremos de los ejes con la ayuda de la chaveta cónica. Una chaveta y un manguito son útiles para transmitir potencia de un eje a otro.
Un bloqueo cónico es una forma de dispositivo de bloqueo de eje sin llave [6] 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. [7] Un dispositivo de acoplamiento alternativo a la llave paralela tradicional , la cerradura cónica elimina la posibilidad de juego debido a chaveteros desgastados. [8] [9] [10] Es más robusto que usar una llave porque el mantenimiento solo requiere una herramienta y la rotación equilibrada autocentrada significa que dura más que una junta con llave, pero la desventaja es que cuesta más. [11]
Un acoplamiento flexible hecho de dos resortes contraenrollados con un rodamiento de bolas en el centro, que permite la transferencia de torque desde el eje de entrada al de salida. No requiere lubricación para funcionar de manera constante ya que no tiene componentes internos. [12]
El mantenimiento de los acoplamientos requiere una inspección programada periódicamente de cada acoplamiento. Consiste en:
Sin embargo, incluso con un mantenimiento adecuado, los acoplamientos pueden fallar. Las razones subyacentes de la falla, distintas al mantenimiento, incluyen:
Los signos externos 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 sólo cuando las tolerancias operativas son tales que el esfuerzo y el gasto están justificados. La cantidad de desequilibrio del 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. [13]
Explore el mantenimiento del acoplamiento y los signos reveladores de falla para maximizar la vida útil del acoplamiento y garantizar operaciones confiables del sistema.
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