Tipos comunes de acoplamiento y selección: Guía esencial

Existen muchos tipos de acoplamientos. Según contengan o no elementos elásticos en su interior, pueden dividirse en acoplamientos elásticos y acoplamientos rígidos. Los acoplamientos rígidos se dividen a su vez en acoplamientos rígidos fijos y acoplamientos rígidos móviles en función de sus características estructurales.

Debido a los requisitos estructurales de la máquina, los errores de fabricación e instalación, los cambios en la temperatura de trabajo y la deformación después de la carga, a menudo no se puede garantizar que los dos ejes conectados por el acoplamiento estén alineados, lo que da lugar a un desplazamiento relativo dentro de un cierto rango, como se muestra en la figura 1.

a) Desplazamiento axial
b) Desplazamiento radial
c) Desplazamiento angular
d) Desplazamiento global

Si estos desplazamientos no se compensan, se generarán cargas adicionales en el acoplamiento, los ejes y los cojinetes, e incluso pueden provocar vibraciones graves. Por lo tanto, estos factores deben considerarse exhaustivamente a la hora de seleccionar el tipo de acoplamiento.

I. Características y aplicaciones de los acoplamientos comunes

1. Acoplamiento rígido fijo

Este tipo de acoplamiento tiene una estructura simple, un coste bajo, no tiene rendimiento de compensación, no puede amortiguar y reducir las vibraciones, y requiere una gran precisión de instalación de los dos ejes. Este tipo de acoplamiento se utiliza a menudo en condiciones con muy poca vibración, conectando dos ejes con velocidad media a alta y baja rigidez que requieren una alta alineación. Las características y aplicaciones de los acoplamientos rígidos fijos más utilizados se muestran en la Tabla 1.

Tabla 1 Tipos, características y aplicaciones de los acoplamientos rígidos fijos más comunes

Acoplamiento de brida Tipo GY Tipo GYS Fácil de usar y mantener, buena rigidez y gran capacidad de carga. Cuando la precisión de alineación de los dos ejes no es alta, la carga dinámica adicional es grande. Cuando se fabrica con alta precisión, se puede utilizar para la transmisión de alta velocidad. Existen dos formas: Tipo GY (conectado y alineado con pernos escariados) y tipo GYS (conectado con pernos ordinarios y alineado con las superficies convexas y cóncavas de la cara extrema del semiacoplamiento).

Manguito de acoplamiento Tamaño radial pequeño, requiere una gran distancia de movimiento axial durante el montaje y desmontaje, adecuado para ocasiones en las que los dos ejes pueden alinearse estrictamente, la carga no es grande y relativamente estable, y el acoplamiento requiere un tamaño radial pequeño. Además, puede utilizarse como acoplamiento de seguridad.

2. Acoplamiento rígido móvil

Este tipo de acoplamiento utiliza sus propios elementos relativamente móviles o huecos para permitir un cierto desplazamiento relativo entre los dos ejes conectados, proporcionando cierta capacidad de compensación de desplazamiento. Sus características y aplicaciones se muestran en la Tabla 2.

Tabla 2 Tipos, características y aplicaciones de los acoplamientos rígidos móviles más comunes

Acoplamiento de engranajes Alta capacidad de carga, funcionamiento fiable, con una pequeña capacidad de compensación de desplazamiento integral, bajos requisitos de precisión de instalación, pero estructura compleja, alto coste de fabricación, ruido, y no puede amortiguar y reducir la vibración. Adecuado para maquinaria pesada con arranques frecuentes y operaciones frecuentes de avance/retroceso.	Acoplamiento deslizante transversal Estructura simple, tamaño radial pequeño, puede compensar el desplazamiento radial y angular. Se utiliza principalmente en ocasiones con funcionamiento estable, baja velocidad, alto par y pequeño impacto.
Acoplamiento universal Tamaño radial pequeño, estructura compacta. Se utilizan principalmente para transmisiones con un gran ángulo entre dos ejes (α<45°) o un gran desplazamiento angular durante el funcionamiento. Para evitar cargas dinámicas adicionales, suelen utilizarse por parejas.	Estructura sencilla, peso ligero, funcionamiento fiable, fácil montaje y desmontaje, con una pequeña compensación del desplazamiento relativo de los dos ejes. Utilizado en ambientes húmedos, polvorientos y de alta temperatura, no es adecuado para arranques frecuentes, operaciones frecuentes de avance/retroceso y cargas de impacto severas y ocasiones de vibración torsional.

3. Acoplamiento elástico

Este tipo de acoplamiento está equipado con elementos elásticos, que no sólo pueden compensar el desplazamiento relativo entre los dos ejes, sino que también tienen funciones de amortiguación y absorción de vibraciones. Los materiales de los elementos elásticos pueden ser no metálicos (caucho, plástico, etc.) o metálicos (acero para muelles).

El primero es ligero y tiene una gran capacidad de amortiguación y absorción de vibraciones, una estructura sencilla y propiedades aislantes, pero hay que prestar atención al control de la temperatura de trabajo y evitar la exposición a la luz solar, la lluvia y el contacto con aceites, ácidos, álcalis y disolventes orgánicos; el segundo tiene una gran resistencia y una larga vida útil, pero es costoso. En la actualidad, los acoplamientos elásticos se utilizan ampliamente, y sus características de aplicación se muestran en la Tabla 3.

Tabla 3 Tipos, características y aplicaciones de los acoplamientos elásticos flexibles

Acoplamiento de pasador con casquillo elástico Estructura simple, fácil de montar y desmontar, con cierta capacidad para compensar el desplazamiento relativo entre ejes, puede amortiguar y absorber vibraciones, la temperatura de trabajo es de -20 a +70℃. Se utiliza para la transmisión de media y alta velocidad con frecuentes arranques y retrocesos de par medio y pequeño.

Acoplamiento de pasador elástico Estructura simple, fácil de fabricar y mantener, la temperatura de trabajo es de -20 a +70℃. Adecuado para la transmisión de velocidad media y baja con arranque frecuente y la inversión de par más grande.

Acoplamiento de neumáticos Estructura simple, operación confiable, buena capacidad de compensación de desplazamiento integral, fuerte reducción de vibración. La temperatura de trabajo es de -20 a +80℃. Adecuado para ambientes húmedos y polvorientos, arranque frecuente y marcha atrás, y grandes ocasiones de impacto, con una velocidad de borde exterior no superior a 30m / s, ampliamente utilizado en maquinaria de elevación.

Acoplamiento de diafragma Estructura compacta, alta resistencia, larga vida útil, con características de resistencia a ácidos, álcalis y corrosión, y sin necesidad de lubricación. Se puede utilizar en condiciones de alta temperatura, alta velocidad y medios corrosivos, ampliamente utilizado en diversas transmisiones mecánicas, temperatura de trabajo -20 a +250℃.

II. Selección de acoplamientos

La selección de los tipos de acoplamiento debe centrarse en los siguientes aspectos:

• El tamaño y la naturaleza de la carga;
• La velocidad del eje;
• El tamaño y la naturaleza del desplazamiento relativo entre los dos ejes;
• El entorno de trabajo y el espacio disponible, etc.

Por ejemplo, para ejes de baja velocidad con cargas estables, si la rigidez del eje es alta y la alineación es estricta, se puede seleccionar un acoplamiento rígido fijo según la Tabla 1; si la rigidez del eje es baja y hay desplazamiento relativo, se puede seleccionar un acoplamiento rígido móvil según la Tabla 2; para ejes de alta velocidad con gran impacto y vibración y desplazamiento relativo, se puede seleccionar un acoplamiento elástico móvil según la Tabla 3; para dos ejes con gran desplazamiento angular, se debe seleccionar un acoplamiento universal. Para ejes con grandes cargas dinámicas y velocidades muy altas, debe seleccionarse un acoplamiento ligero con baja inercia rotacional.

Después de seleccionar el tipo de acoplamiento, se puede obtener el par calculado Tc del acoplamiento, y se puede seleccionar el modelo de acoplamiento adecuado de la norma en función del diámetro del eje, el par calculado y la velocidad.

Ejemplo 16-1 Selección del acoplamiento entre el motor y el reductor en una mezcladora de arena. Dada la potencia nominal del motor P=15kW, la velocidad a plena carga n=1460r/min, el diámetro del eje del motor d ₁ =42mm, diámetro del eje de entrada del reductor d ₂ =40mm.

Solución:

1. Seleccione el tipo de acoplamiento

Teniendo en cuenta la alta velocidad del eje, el par moderado, el arranque frecuente y el desplazamiento relativo general entre los ejes del motor y del reductor, se selecciona un acoplamiento elástico de pasador de manguito de acuerdo con la Tabla 3.

2. Seleccione el modelo de acoplamiento

(1) Calcule el par T_c

La variación de par de la mezcladora de arena es moderada, compruebe el coeficiente de condición de trabajo, tome K=1.7, así

T_c=KT=1.7×9550P/n=1.7×9550×15/1460N·m=166.8N·m

(2) Seleccione el modelo

De acuerdo con GB/T 4323-2002, el modelo de acoplamiento se selecciona como LT6 (el material del semiacoplamiento es acero), de acuerdo con GB/T 4323-2002:

• El par nominal T_n =250N-m>T_c ;
• La velocidad admisible [n]=3800r/min>n, adecuada.

El semiacoplamiento del extremo del eje del motor utiliza un orificio de eje tipo Y, diámetro del orificio del eje d₁ =42mm, longitud del orificio del eje L=112mm; el semiacoplamiento del extremo del eje del reductor utiliza un J₁ tipo orificio del eje, diámetro del orificio del eje d₂ =40 mm, longitud del orificio del eje L₁ =84mm. La marca de acoplamiento es:

Acoplamiento LT6 (Y42×112)/(J ₁ 40×84) GB/T 4323-2002