Un acoplamiento es un dispositivo que se utiliza para conectar dos ejes entre sí por sus extremos con el fin de transmitir potencia. El propósito principal de los acoplamientos es unir dos piezas de equipo rotatorio permitiendo al mismo tiempo cierto grado de desalineación o movimiento de los extremos 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, existen acoplamientos limitadores 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 costo de mantenimiento.
Los acoplamientos de ejes se utilizan en maquinaria para diversos fines. Una función principal es transferir potencia de un extremo a otro (por ejemplo, el motor transfiere potencia 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 par entre dos ejes, permitiendo al mismo tiempo desalineación angular, desplazamiento paralelo e incluso movimiento axial de un eje en relación con el 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, lo que da como resultado una viga flexible curva de forma helicoidal. Dado que está hecho de una sola pieza de material, el acoplamiento de 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 al 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 en otras características de rendimiento, como la capacidad de torsión y la rigidez torsional. Incluso es posible tener múltiples arranques dentro de la misma hélice.
El material utilizado para fabricar el acoplamiento de vigas también afecta su rendimiento y su idoneidad para aplicaciones específicas, como la alimentación, la medicina y la industria aeroespacial. Los materiales suelen ser aleaciones de aluminio y acero inoxidable, pero también pueden fabricarse en acetal , acero martensítico y titanio . Las aplicaciones más habituales son la fijación de codificadores rotatorios a ejes y el control de movimiento para robótica .
Los acoplamientos de vigas pueden conocerse por distintos nombres según la industria. Estos nombres incluyen acoplamiento flexible, acoplamiento de vigas flexible, acoplamiento de ejes flexibles, flexión, acoplamiento helicoidal y acoplamiento de ejes.
El beneficio principal 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 de casquillo 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 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 los golpes y las vibraciones durante su funcionamiento. Este tipo de acoplamiento se utiliza principalmente para acoplar motores y máquinas eléctricas.
Existen varios tipos de acoplamientos de velocidad constante (CV): articulación Rzeppa , articulación cardán doble y acoplamiento Thompson .
En este acoplamiento, el manguito o manguito está formado por dos mitades de hierro fundido y se unen mediante pernos o espárragos de acero dulce. Las ventajas de este acoplamiento es que es posible montarlo o desmontarlo 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 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 una serie de placas desde el diámetro interior hasta el diámetro exterior produce la desalineación.
Los acoplamientos de disco transmiten el par de torsión de un perno impulsor a un perno impulsado tangencialmente en un círculo de pernos común. El par de torsión 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 utilizado para unir un aparejo de windsurf (vela, mástil y componentes) a la tabla de windsurf. [2] En la terminología del windsurf se le suele llamar "junta universal", pero los diseños modernos suelen basarse 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 fuerte 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 navegante). [ cita requerida ]
Los acoplamientos flexibles se utilizan generalmente para transmitir par de torsión de un eje a otro cuando los dos ejes están ligeramente desalineados. Pueden soportar 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 ejes giratorios, un acoplamiento flexible puede proteger los componentes del eje impulsor y del eje impulsado (como los cojinetes) de los efectos nocivos de condiciones tales como ejes desalineados, vibración, cargas de impacto y expansión térmica de los ejes u otros componentes.
En primer lugar, los acoplamientos flexibles se dividen en dos grupos principales: metálicos y elastoméricos. Los tipos metálicos utilizan piezas que se ajustan libremente y que giran o se deslizan unas contra otras o, por otro lado, piezas fijas que se doblan para compensar la desalineación. Los tipos elastoméricos, por otro lado, obtienen flexibilidad de elementos elásticos o plásticos resistentes y fijos que transmiten el par entre ejes metálicos.
Un acoplamiento de engranajes es un dispositivo mecánico para transmitir par entre dos ejes que no están alineados . Consiste en una articulación 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 estrías giratorias con perfiles modificados. Se denominan 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 determinado, mientras que las juntas universales inducen vibraciones más bajas . El límite de la densidad de par en las juntas universales se debe a las secciones transversales limitadas de la cruz y el yugo. Los dientes de engranaje en un acoplamiento de engranajes tienen un juego alto para permitir la desalineación angular. El exceso de juego 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 desalineaciones mayores.
Los acoplamientos de engranajes de junta simple también se utilizan para conectar dos ejes nominalmente coaxiales. En esta aplicación, el dispositivo se denomina acoplamiento flexible de tipo engranaje o acoplamiento flexible . La junta simple 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 a 1/2°. [ cita requerida ]
Un acoplamiento de rejilla se compone de dos ejes, un resorte de rejilla metálico y un kit de cubierta dividida. El par se transmite entre los dos ejes de acoplamiento a través del elemento de resorte de rejilla metálico.
Al igual que los acoplamientos de engranajes y discos metálicos, los acoplamientos de rejilla tienen una alta densidad de par . Una ventaja de los acoplamientos de rejilla, en comparación con los acoplamientos de engranajes o discos, es la capacidad que tienen sus elementos de resorte de acoplamiento de rejilla para absorber y distribuir la energía de impacto de la 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. [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 alta capacidad de desplazamiento, lo que protege el accionamiento. El diseño de los acoplamientos elásticos de alta flexibilidad facilita el montaje. Estos acoplamientos también compensan los desplazamientos del eje (radial, axial y angular) y el par se transmite en cizallamiento. [4] Dependiendo del tamaño y la rigidez del acoplamiento, la parte flexible puede ser de una o varias filas. [5]
Las articulaciones Hirth utilizan dientes cónicos en dos extremos del eje engranados entre sí para transmitir torque.
El acoplamiento de mandíbula también se conoce como acoplamiento de araña o acoplamiento Lovejoy.
Un acoplamiento magnético utiliza fuerzas magnéticas para transmitir la potencia de un eje a otro sin contacto. Esto permite una separación total del medio. Puede proporcionar la capacidad de separar herméticamente dos áreas mientras continúa transmitiendo potencia 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 está unido a los dos primeros mediante lengüeta y ranura . La lengüeta y ranura de un lado es perpendicular a la lengüeta y ranura del otro. El disco intermedio 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 recibe su 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 utilizan comúnmente en los enlaces de dirección y trenes de transmisión de automóviles . Cuando se utilizan en un tren de transmisión, a veces se las conoce como juntas de trapo .
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, por lo general, se utilizan en aplicaciones que involucran impulsores verticales.
Los acoplamientos rígidos de compresión o con abrazaderas vienen en dos partes y se ajustan entre sí alrededor de los ejes para formar un manguito. Ofrecen más flexibilidad que los modelos con manguito y se pueden utilizar en ejes que están fijos en su lugar. Por lo general, son lo suficientemente grandes como para que los tornillos puedan pasar a través del acoplamiento y hacia la segunda mitad para garantizar una sujeción segura. Los acoplamientos rígidos con bridas están diseñados para cargas pesadas o equipos industriales. Consisten en manguitos cortos rodeados por una brida perpendicular. Se coloca un acoplamiento en cada eje de modo que las dos bridas queden alineadas 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 consiste en un tubo cuyo orificio está terminado con la tolerancia requerida en función del tamaño del eje. En función del uso del acoplamiento, se realiza una ranura 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 se acoplan entre sí y se apoyan entre sí, y están envueltos por un manguito o manguito .
Una chaveta hundida con cabeza de chaveta mantiene unidos los dos ejes y el manguito (este es el tipo más simple de acoplamiento). Está hecha de hierro fundido y es muy fácil 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 hundida 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 , el bloqueo cónico elimina la posibilidad de juego debido al desgaste de las chaveteras. [8] [9] [10] Es más robusto que usar una llave porque el mantenimiento solo requiere una herramienta y la rotación equilibrada autocentrante significa que dura más que una unión con llave, pero la desventaja es que cuesta más. [11]
Un acoplamiento flexible formado por dos resortes contraenrollados con un cojinete de bolas en el centro, que permite la transferencia de par del 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 periódica de cada uno de ellos. Consiste en:
Sin embargo, incluso con un mantenimiento adecuado, los acoplamientos pueden fallar. Las razones subyacentes de falla, además del mantenimiento, incluyen:
Los signos externos que indican una posible falla del acoplamiento incluyen:
Los acoplamientos se equilibran normalmente en la fábrica antes de ser enviados, pero a veces se desequilibran durante el funcionamiento. El equilibrado 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 determinada por las características de las máquinas específicas conectadas y se puede determinar mediante un análisis detallado o la experiencia. [13]
Explore el mantenimiento de los acoplamientos y las señales reveladoras de fallas para maximizar la vida útil de los acoplamientos y garantizar operaciones confiables del sistema.
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