¡Todos los acoplamientos de un vistazo!
Tolerancias de desalineación y excentricidad
Errores de descentramiento y excentricidad del eje
Al igual que todas las piezas mecánicas, los ejes están sujetos a tolerancias de fabricación y montaje que, por lo general, no pueden eliminarse por completo, ni siquiera con medidas técnicas exhaustivas. Si estas desviaciones no se tienen en cuenta en el diseño, pueden producirse vibraciones, ruidos de funcionamiento y desgaste o daños en los ejes y sus cojinetes. Los acoplamientos adecuados no solo son capaces de compensar eficazmente los errores de desalineación y descentramiento, sino que también simplifican en gran medida el proceso de montaje, reduciendo así la mano de obra total necesaria. Los errores de desplazamiento y descentramiento del eje pueden variar en su naturaleza y siempre deben tenerse en cuenta a la hora de seleccionar el acoplamiento adecuado.
Error: Radial
Los ejes de los árboles son paralelos, pero están desplazados lateralmente y no están alineados.
Error: Ángulo
Los ejes de los árboles no se encuentran en el mismo plano, sino que se cruzan formando un ángulo determinado.
Error: Axial
The shafts move axially along the axis of rotation.
Error: Runout
The shafts move radially out of the center of the axis of rotation.
Usos y aplicaciones, tipos de acoplamiento
Las aplicaciones de los acoplamientos se pueden dividir generalmente en dos clases.
Control de movimiento
El movimiento rotatorio se transmite con una precisión y exactitud muy elevadas para aplicaciones de control de posición y movimiento. Esto requiere un tipo de acoplamiento con una alta rigidez torsional y sin holgura en la dirección de rotación. Entre las aplicaciones típicas se incluyen: servomotores y motores paso a paso para ejes lineales, robots industriales, bancos de pruebas, etc.
Transmisión de par y potencia
En lo que respecta a la transmisión de par y potencia, la atención se centra en la transmisión pura de la fuerza. Esto requiere acoplamientos que puedan soportar pares elevados y cargas pesadas, al tiempo que funcionan de forma fiable en condiciones adversas. Entre las aplicaciones típicas se incluyen: sistemas de transporte, bombas y agitadores, máquinas de embalaje, etc.
Acoplamientos de fuelle y acoplamientos de viga
Los acoplamientos de fuelle metálico ofrecen una alta rigidez torsional. Esto los hace excelentes para movimientos precisos y controlados.
Los acoplamientos de viga tienen una rigidez torsional menor en comparación con los acoplamientos de fuelle, pero pueden compensar desalineaciones más altas del eje.
Acoplamientos de mandíbulas de elastómero y acoplamientos Oldham
Los acoplamientos de mandíbulas de elastómero están diseñados para la transmisión de pares elevados y pueden utilizarse en todo tipo de aplicaciones.
Los acoplamientos Oldham transmiten menos par, pero pueden compensar desalineaciones mayores del eje.
Información sobre el montaje
Profundidad de inserción del eje
Para una fijación correcta de los cubos de acoplamiento, el eje debe instalarse según la profundidad de inserción recomendada l2. La profundidad de inserción del eje l2 se especifica en la hoja de especificaciones del acoplamiento correspondiente.
Si la profundidad de inserción es demasiado baja, el eje podría salirse del acoplamiento o el cubo de sujeción podría romperse. Si el eje se inserta demasiado, esto puede causar interferencias dentro del acoplamiento, lo que provocaría daños.
Compensación del desplazamiento del eje
Al igual que todas las piezas mecánicas, los ejes están sujetos a tolerancias de fabricación y montaje que, por lo general, no pueden eliminarse por completo, ni siquiera con medidas técnicas exhaustivas. Los acoplamientos pueden compensar las desalineaciones resultantes y, al mismo tiempo, garantizar la transmisión del par necesario.
Sin embargo, si las desalineaciones superan los valores permitidos, se producirán vibraciones que pueden acortar rápidamente la vida útil del acoplamiento. Por este motivo, la desviación real del eje nunca debe superar los valores permitidos especificados.
Los valores de desplazamiento del eje admisibles que figuran en la hoja de normas solo tienen en cuenta la desalineación lateral, angular o axial. En caso de desalineaciones combinadas que consistan en dos o más errores, cada valor admisible se reduce a la mitad del valor especificado en la hoja de normas.
En general, se recomienda limitar las desalineaciones a no más de un tercio del valor admisible indicado en la hoja de normas. Esto se debe a que la desalineación del eje no solo se produce durante el montaje, sino que a menudo se desarrolla durante el funcionamiento como resultado de vibraciones, expansión térmica o desgaste de los cojinetes.
Fijación del eje al cubo
Se debe seleccionar el tipo de fijación adecuado para garantizar un montaje sencillo y fiable del cubo de acoplamiento en el eje. Se dispone de los siguientes tipos de fijación entre el eje y el cubo:
Cubo de sujeción
La fijación con cubos de sujeción es totalmente no positiva, ya que se reduce la altura de la ranura mediante tornillos de cabeza hueca. En este tipo, el cubo de acoplamiento se fija de forma sencilla y segura con una alta fuerza de sujeción, sin dañar la superficie de los ejes.
Tornillo prisionero
Cuando se utilizan para la fijación, los tornillos prisioneros se insertan radialmente para crear una conexión positiva y no positiva con la superficie del eje. Los orificios de alineación perforados en el diámetro de montaje permiten posicionar con precisión el cubo de acoplamiento. Al mismo tiempo, esto evita daños en el punto de sujeción.
Combinación con chaveta
La combinación de la fijación con tornillo prisionero o cubo de sujeción con chavetas evita el deslizamiento del par y garantiza un posicionamiento angular preciso de los ejes. Este tipo de fijación también proporciona una transmisión de par máxima.
Información técnica / Definición de términos
El par que el acoplamiento puede transmitir de forma continua. Este valor tiene en cuenta las fluctuaciones de carga durante el funcionamiento, de modo que no es necesario reducir el par nominal al seleccionar el acoplamiento (excepto en el caso de los acoplamientos de deslizamiento transversal). El acoplamiento debe seleccionarse de modo que el par de carga generado durante el funcionamiento continuo no supere el par nominal.
El par que el acoplamiento puede transmitir a corto plazo.
La velocidad máxima del acoplamiento del eje se calculó basándose en una velocidad circunferencial de 33 m/s. Las pruebas han confirmado que a esta velocidad el acoplamiento del eje no sufre daños.
Especifica la inercia o resistencia rotacional del acoplamiento del eje al girar alrededor de su propio eje. Cuanto menor sea el momento de inercia, menor será el par de carga cuando el motor arranca y se detiene.
La rigidez torsional estática indica en cuántos grados se tuerce un acoplamiento de eje en función del par aplicado. Por lo general, la rigidez torsional se expresa en par por radian (Nm/rad). Para facilitar el diseño, la rigidez torsional también se puede convertir a grados por Nm.
En este caso, se aplica lo siguiente:
2π rad = 360° → 1 rad = 360°/2π = 180°/π ≈ 57,3°.
Ejemplo:
Acoplamiento de eje con una rigidez torsional de 500 Nm/rad = 500 Nm/57,3° → recíproco 57,3°/500 Nm ≈ 0,1146°/1 Nm
El par de deslizamiento se refiere al par al que el eje comienza a deslizarse fuera del cubo de sujeción. Esto supone que el cubo de sujeción se instaló con el par de apriete especificado.
Los valores de par de deslizamiento indicados en la tabla e obtuvieron a partir de pruebas experimentales. Se basan en una tolerancia del eje de h7, una dureza del eje de 34 a 40 HRC y el par de apriete del tornillo para el cubo de sujeción indicado en la tabla.
El par de carga debe ser inferior al par de deslizamiento para el que está diseñado el acoplamiento. También es necesario tener en cuenta que los pares de deslizamiento indicados en la tabla son inferiores a los valores máximos de par indicados. Si no se especifica ningún par de deslizamiento, se puede alcanzar el par máximo.
Dado que el par de deslizamiento varía en función de las condiciones de funcionamiento, se debe comprobar la idoneidad del acoplamiento seleccionado en condiciones reales.
Si la temperatura ambiente es superior a 86 °F (30 °C), el par nominal y el par máximo deben ajustarse utilizando los factores de corrección de temperatura.
Los diagramas muestran el cambio en la rigidez torsional estática dentro del rango de temperatura de funcionamiento admisible, suponiendo que la rigidez torsional estática
a 68 °F (20 °C) es del 100 %. La rigidez torsional de los acoplamientos disminuye al aumentar la temperatura.
Cuando los extremos del eje se instalan en disposiciones excéntricas, el acoplamiento intenta constantemente volver a su posición neutra. La fuerza resultante se denomina fuerza de restauración.
Si los acoplamientos se instalan con la menor excentricidad posible, las fuerzas de restauración resultantes son menores. Esto también reduce la fuerza que actúa sobre el cojinete del eje.
Los gráficos muestran la relación entre la fuerza y la excentricidad.
Si el acoplamiento está sometido a presión, es decir, a una carga compresiva en dirección axial, tenderá a volver a su posición neutra. La fuerza que contrarresta la fuerza compresiva se denomina fuerza de restauración.
Al reducir la compresión que actúa sobre un acoplamiento, se reduce la fuerza de restauración y la fuerza ejercida en dirección axial. Esto debe tenerse siempre en cuenta al dimensionar el acoplamiento.
Los gráficos muestran la relación entre la fuerza y la compresión.