Tipos e seleção de acoplamentos comuns: Guia essencial

Há muitos tipos de acoplamentos. De acordo com o fato de conterem elementos elásticos em seu interior, eles podem ser divididos em acoplamentos elásticos e acoplamentos rígidos. Os acoplamentos rígidos também são divididos em acoplamentos rígidos fixos e acoplamentos rígidos móveis com base em suas características estruturais.

Devido aos requisitos estruturais da máquina, aos erros de fabricação e instalação, às mudanças na temperatura de trabalho e à deformação após o carregamento, muitas vezes não é possível garantir o alinhamento dos dois eixos conectados pelo acoplamento, o que resulta em um deslocamento relativo dentro de uma determinada faixa, conforme mostrado na Figura 1.

a) Deslocamento axial
b) Deslocamento radial
c) Deslocamento angular
d) Deslocamento abrangente

Se esses deslocamentos não forem compensados, cargas adicionais serão geradas no acoplamento, nos eixos e nos rolamentos, podendo até causar vibrações severas. Portanto, esses fatores devem ser considerados de forma abrangente ao selecionar o tipo de acoplamento.

I. Características e aplicações dos acoplamentos comuns

1. Acoplamento rígido fixo

Esse tipo de acoplamento tem uma estrutura simples, baixo custo, nenhum desempenho de compensação, não pode amortecer e reduzir a vibração e exige alta precisão de instalação para os dois eixos. Esse tipo de acoplamento é frequentemente usado em condições com pouca vibração, conectando dois eixos com velocidade média a alta e baixa rigidez que exigem alto alinhamento. As características e aplicações dos acoplamentos rígidos fixos comumente usados são mostradas na Tabela 1.

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

Acoplamento de flange Tipo GY Tipo de GYS Fácil de usar e manter, boa rigidez e alta capacidade de carga. Quando a precisão do alinhamento dos dois eixos não é alta, a carga dinâmica adicional é grande. Quando fabricado com alta precisão, pode ser usado para transmissão em alta velocidade. Há duas formas: Tipo GY (conectado e alinhado com parafusos escareados) e tipo GYS (conectado com parafusos comuns e alinhado com as superfícies convexas e côncavas da face da extremidade do meio-acoplamento).

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

2. Acoplamento rígido móvel

Esse tipo de acoplamento usa seus próprios elementos relativamente móveis ou folgas para permitir um certo deslocamento relativo entre os dois eixos conectados, proporcionando alguma capacidade de compensação de deslocamento. Suas características e aplicações são mostradas na Tabela 2.

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

Acoplamento de engrenagem Alta capacidade de carga, operação confiável, com uma pequena quantidade de capacidade de compensação de deslocamento abrangente, baixos requisitos de precisão de instalação, mas estrutura complexa, alto custo de fabricação, ruído e não pode amortecer e reduzir a vibração. Adequado para máquinas pesadas com partidas frequentes e operações frequentes de avanço/retrocesso.	Acoplamento transversal Estrutura simples, tamanho radial pequeno, pode compensar o deslocamento radial e angular. Usado principalmente em ocasiões com operação estável, baixa velocidade, alto torque e pequeno impacto.
Acoplamento universal Tamanho radial pequeno, estrutura compacta. Usado principalmente para transmissão com um grande ângulo entre dois eixos (α<45°) ou grande deslocamento angular durante a operação. Para evitar cargas dinâmicas adicionais, eles costumam ser usados em pares.	Estrutura simples, leve, operação confiável, fácil montagem e desmontagem, com uma pequena quantidade de compensação para o deslocamento relativo dos dois eixos. Usado em ambientes úmidos, empoeirados e de alta temperatura, não é adequado para partidas frequentes, operações frequentes de avanço/retrocesso e cargas de impacto severas e ocasiões de vibração torcional.

3. Acoplamento elástico

Esse tipo de acoplamento é equipado com elementos elásticos, que não só podem compensar o deslocamento relativo entre os dois eixos, mas também têm funções de amortecimento e absorção de vibração. Os materiais dos elementos elásticos incluem não metálicos (borracha, plástico, etc.) e metálicos (aço para molas).

O primeiro é leve e tem grande capacidade de amortecimento e absorção de vibrações, estrutura simples e propriedades de isolamento, mas deve-se prestar atenção ao controle da temperatura de trabalho e evitar a exposição à luz solar, chuva e contato com óleos, ácidos, álcalis e solventes orgânicos; o segundo tem alta resistência e longa vida útil, mas é caro. Atualmente, os acoplamentos elásticos são amplamente utilizados, e suas características de aplicação são mostradas na Tabela 3.

Tabela 3 Tipos, características e aplicações de acoplamentos elásticos flexíveis

Acoplamento de pino com luva 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°C. 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°C. 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°C. Adequado para ambientes úmidos e empoeirados, partidas e reversões frequentes e ocasiões de grande impacto, com velocidade de borda externa não superior a 30 m/s, amplamente utilizado em máquinas de elevação.	Acoplamento de diafragma Estrutura compacta, alta resistência, longa vida útil, com características 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, com temperatura de trabalho de -20 a +250°C.

II. Seleção de acoplamentos

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

• O tamanho e a natureza da carga;
• A velocidade do eixo;
• O tamanho e a natureza do deslocamento relativo entre os dois eixos;
• O ambiente de trabalho e o espaço permitido, etc.

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

Depois de selecionar o tipo de acoplamento, o torque calculado Tc do acoplamento pode ser obtido, e o modelo de acoplamento apropriado pode ser selecionado a partir do padrão com base no diâmetro do eixo, no torque calculado e na velocidade.

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

Solução:

1. Selecione o tipo de acoplamento

Considerando a alta velocidade do eixo, o torque moderado, a partida frequente e o deslocamento relativo geral entre o motor e os eixos do redutor, um acoplamento de pino com luva elástica é selecionado de acordo com a Tabela 3.

2. Selecione o modelo de acoplamento

(1) Calcule o torque T_c

A variação de torque do misturador de areia é moderada, verifique o coeficiente da condição de trabalho, considere K=1,7, portanto

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

(2) Selecione o modelo

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

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

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

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