Tipos de acoplamentos comuns e seleção: Guia essencial

Existem muitos tipos de acoplamentos. De acordo com o facto de conterem ou não elementos elásticos no seu interior, podem ser divididos em acoplamentos elásticos e acoplamentos rígidos. Os engates rígidos são ainda divididos em engates rígidos fixos e engates rígidos móveis com base nas suas características estruturais.

Devido aos requisitos estruturais da máquina, aos erros de fabrico e de instalação, às alterações da temperatura de trabalho e à deformação após o carregamento, o alinhamento dos dois veios ligados pelo acoplamento não pode ser frequentemente garantido, resultando num deslocamento relativo dentro de um determinado intervalo, como se mostra na Figura 1.

a) Deslocamento axial
b) Deslocamento radial
c) Deslocação angular
d) Deslocação global

Se estas deslocações não forem compensadas, serão geradas cargas adicionais no acoplamento, nos veios e nas chumaceiras, podendo mesmo causar vibrações graves. Por isso, estes factores devem ser considerados de forma abrangente ao selecionar o tipo de acoplamento.

I. Características e aplicações dos acoplamentos comuns

1. Acoplamento rígido fixo

Este tipo de acoplamento tem uma estrutura simples, baixo custo, nenhum desempenho de compensação, não pode amortecer e reduzir a vibração, e requer uma elevada precisão de instalação para os dois veios. Este tipo de acoplamento é frequentemente utilizado em condições com muito pouca vibração, ligando dois veios com velocidade média a elevada e baixa rigidez que requerem um alinhamento elevado. As características e aplicações dos acoplamentos rígidos fixos normalmente utilizados são apresentadas na Tabela 1.

Tabela 1 Tipos, características e aplicações de acoplamentos rígidos fixos comuns

Acoplamento de flange Tipo GY Tipo GYS Fácil de utilizar e manter, boa rigidez e elevada capacidade de carga. Quando a precisão do alinhamento dos dois veios não é elevada, a carga dinâmica adicional é grande. Quando fabricado com alta precisão, pode ser utilizado para transmissão a alta velocidade. Existem duas formas: Tipo GY (ligado e alinhado com parafusos escareados) e tipo GYS (ligado com parafusos normais e alinhado com as superfícies convexas e côncavas da face final do meio-acoplamento).

Acoplamento de manga Tamanho radial pequeno, requer uma grande distância de movimento axial durante a montagem e desmontagem, adequado para ocasiões em que os dois veios podem ser estritamente alinhados, a carga não é grande e relativamente estável, e o acoplamento requer um tamanho radial pequeno. Além disso, pode ser utilizado como um acoplamento de segurança.

2. Acoplamento rígido móvel

Este tipo de acoplamento utiliza os seus próprios elementos relativamente móveis ou folgas para permitir um certo deslocamento relativo entre os dois veios ligados, proporcionando alguma capacidade de compensação de deslocamento. As suas características e aplicações são apresentadas na Tabela 2.

Tabela 2 Tipos, características e aplicações de acoplamentos rígidos móveis comuns

Acoplamento de engrenagens Elevada capacidade de carga, funcionamento fiável, com uma pequena quantidade de capacidade de compensação de deslocamento abrangente, baixos requisitos de precisão de instalação, mas estrutura complexa, elevado custo de fabrico, ruído, e não pode amortecer e reduzir a vibração. Adequado para máquinas pesadas com arranque frequente e operações frequentes de avanço/retrocesso.

Acoplamento transversal Estrutura simples, tamanho radial pequeno, pode compensar a deslocação radial e angular. Utilizado principalmente em ocasiões com funcionamento estável, baixa velocidade, binário elevado e pequeno impacto.

Acoplamento universal Tamanho radial pequeno, estrutura compacta. Utilizados principalmente para transmissão com um grande ângulo entre dois veios (α<45°) ou grande deslocação angular durante o funcionamento. Para evitar cargas dinâmicas adicionais, são frequentemente utilizados em pares.

Estrutura simples, leve, funcionamento fiável, fácil montagem e desmontagem, com uma pequena quantidade de compensação para a deslocação relativa dos dois veios. Utilizado em ambientes húmidos, poeirentos e de alta temperatura, não é adequado para arranques frequentes, operações frequentes de avanço/retrocesso e cargas de impacto severas e ocasiões de vibração de torção.

3. Acoplamento elástico

Este tipo de acoplamento está equipado com elementos elásticos, que não só podem compensar o deslocamento relativo entre os dois veios, como também têm funções de amortecimento e absorção de vibrações. Os materiais dos elementos elásticos incluem materiais não metálicos (borracha, plástico, etc.) e metálicos (aço para molas).

O primeiro é leve e tem uma forte capacidade de amortecimento e de absorção de vibrações, uma estrutura simples e propriedades de isolamento, mas é necessário prestar atenção ao controlo da temperatura de trabalho e evitar a exposição à luz solar, à chuva e o contacto com óleos, ácidos, álcalis e solventes orgânicos; o segundo tem uma elevada resistência e uma longa vida útil, mas é dispendioso. Atualmente, os acoplamentos elásticos são amplamente utilizados e as suas características de aplicação são apresentadas no quadro 3.

Tabela 3 Tipos, características e aplicações de acoplamentos flexíveis elásticos

Acoplamento de pino de manga elástica Estrutura simples, fácil de montar e desmontar, com uma certa capacidade de compensar o deslocamento relativo entre os eixos, pode amortecer e absorver vibrações, a temperatura de trabalho é de -20 a +70 ℃. Usado para transmissão de média e alta velocidade com partida e reversão frequentes de torque médio e pequeno.

Acoplamento de pino elástico Estrutura simples, fácil de fabricar e manter, a temperatura de trabalho é de -20 a +70 ℃. Adequado para transmissão de média e baixa velocidade com partida e reversão frequentes de torque maior.

Acoplamento de pneus Estrutura simples, operação confiável, boa capacidade de compensação de deslocamento abrangente, forte redução de vibração. A temperatura de trabalho é de -20 a +80 ℃. Adequado para ambientes úmidos e empoeirados, partida e reversão frequentes e ocasiões de grande impacto, com uma velocidade de borda externa não superior a 30m / s, amplamente utilizada em máquinas de elevação.

Acoplamento de membrana Estrutura compacta, alta resistência, longa vida útil, com caraterísticas de resistência a ácidos, álcalis e corrosão, e sem necessidade de lubrificação. Pode ser usado em condições de alta temperatura, alta velocidade e meios corrosivos, amplamente utilizado em várias transmissões mecânicas, temperatura de trabalho -20 a +250 ℃.

II. Seleção dos acoplamentos

A seleção dos tipos de acoplamento deve centrar-se nos seguintes aspectos:

• A dimensão e a natureza da carga;
• A velocidade do veio;
• A dimensão e a natureza do deslocamento relativo entre os dois veios;
• O ambiente de trabalho e o espaço disponível, etc.

Por exemplo, para veios de baixa velocidade com cargas estáveis, se a rigidez do veio for elevada e o alinhamento for rigoroso, pode ser selecionado um acoplamento rígido fixo de acordo com o Quadro 1; se a rigidez do veio for baixa e houver deslocamento relativo, pode ser selecionado um acoplamento rígido móvel de acordo com o Quadro 2; para veios de alta velocidade com grande impacto e vibração e deslocamento relativo, pode ser selecionado um acoplamento elástico móvel de acordo com o Quadro 3; para dois veios com grande deslocamento angular, deve ser selecionado um acoplamento universal. Para veios com grandes cargas dinâmicas e velocidades muito elevadas, deve ser selecionado um acoplamento leve com baixa inércia rotacional.

Depois de selecionar o tipo de acoplamento, o binário calculado Tc do acoplamento pode ser obtido e o modelo de acoplamento adequado pode ser selecionado a partir da norma com base no diâmetro do eixo, no binário calculado e na velocidade.

Exemplo 16-1 Seleção do acoplamento entre o motor e o redutor num misturador de areia. Dada a potência nominal do motor P=15kW, a velocidade a plena carga n=1460r/min, o diâmetro do veio do motor d ₁ =42mm, diâmetro do veio de entrada do redutor d ₂ =40mm.

Solução:

1. Selecionar o tipo de acoplamento

Tendo em conta a elevada velocidade do veio, o binário moderado, o arranque frequente e o deslocamento relativo geral entre o motor e os veios do redutor, é selecionado um acoplamento de pino com manga elástica de acordo com a Tabela 3.

2. Selecionar o modelo de acoplamento

(1) Calcular o binário T_c

A variação do binário do misturador de areia é moderada, verifique o coeficiente de condição de trabalho, tome K=1,7, assim

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

(2) Selecionar o modelo

De acordo com GB/T 4323-2002, o modelo de acoplamento é selecionado como LT6 (o material do meio-acoplamento é aço), de acordo com GB/T 4323-2002:

• O binário nominal T_n =250N-m>T_c ;
• A velocidade admissível [n]=3800r/min>n, adequada.

O meio-acoplamento da extremidade do veio do motor utiliza um orifício de veio do tipo Y, diâmetro do orifício do veio d₁ =42mm, comprimento do furo do veio L=112mm; o meio-acoplamento da extremidade do veio do redutor utiliza um J₁ tipo de furo do veio, diâmetro do furo do veio d₂ =40mm, comprimento do furo do veio L₁ =84mm. A marca de acoplamento é:

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