Acoplamientos moviles

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1 ACOPLAMIENTOS MÓVILES Unidad 4. Acoplamientos de elementos de máquinas A nivel práctico es indispensable tener un control más preciso de la operación de las máquinas, esto implica que los operarios puedan realizar maniobras de acoplamiento y desacoplamiento en plena marcha.

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ACOPLAMIENTOS MÓVILES Unidad 4. Acoplamientos de elementos de máquinas

A nivel práctico es indispensable tener un control más preciso de la operación

de las máquinas, esto implica que los operarios puedan realizar maniobras de

acoplamiento y desacoplamiento en plena marcha.

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¿QUÉ ENCONTRAREMOS EN ESTE DOCUMENTO?

Introducción ....................................................................................................... 3

Componentes del embrague de fricción con accionamiento por diafragma ........ 4

Clasificación ....................................................................................................... 5

Tipos de acoplamientos móviles o embragues ................................................... 5

Embragues de fricción ....................................................................................... 6

Embragues de contacto positivo ........................................................................ 8

Embragues hidráulicos ...................................................................................... 9

Embragues neumáticos .................................................................................... 11

Embragues unidireccionales o mecanismos de rueda libre .............................. 11

Embragues magnéticos ................................................................................... 12

Sistemas de accionamiento ............................................................................... 13

Sistemas de accionamiento por fuerza muscular ............................................. 14

Sistemas accionados electrónicamente ........................................................... 17

Sistemas de accionamiento automático ........................................................... 18

Enlaces de interés ............................................................................................. 19

Dónde podemos encontrar más información .................................................... 19

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Introducción Cuando se acciona un motor eléctrico, se genera un pico de amperaje, el cual supera ampliamente el amperaje nominal del motor, lo cual incrementa el costo de operación de la máquina. En este orden de ideas, es ideal evitar detener los motores para realizar ajustes simples en el proceso u operación, y preferiblemente se desacopla el motor o elemento motriz por medio de un acoplamiento móvil permitiendo que el resto de la máquina se detenga y se puedan realizar los ajustes necesarios sin necesidad de incurrir en altos costos por accionamientos continuas del elemento motriz. Los acoplamientos móviles o embragues a diferencia de los fijos, si permiten desacoplar los ejes en plena operación, lo que permite tener un control pleno sobre la operación de la máquina y los hace ideales para ser empleados como mecanismo de accionamiento de las máquinas.

Su función es desconectar y volver a conectar el paso de movimiento entre ejes sin necesidad de

parar el elemento motriz.

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Componentes del embrague de fricción con accionamiento por diafragma En general el embrague consta de dos partes principales, una unida al elemento motriz o elemento conductor del movimiento y otra unida al elemento conducido. Una de las dos partes necesariamente tendrá que incluir la posibilidad de tener un desplazamiento axial y de esta forma desacoplar los ejes conectados. Para esta función se encarga a la parte del embrague unida al elemento conducido, dado que no posee fuerza propia, lo que implicará que el esfuerzo para desacoplar los ejes sea mínimo. Los dos elementos del embrague suelen estar unidos por medio de uno o varios muelles o resortes, que transmiten una presión axial sobre los elementos del embregue los cuales permanecen unidos en posición normal, también se incluye una palanca u horquilla de accionamiento para desacoplar los ejes.

En los casos donde es necesario que los ejes permanezcan desacoplados por largos tiempos, se incluye un mecanismo que permite fijar la palanca en una posición determinada, sin embargo cuando esto no es necesario los ejes se acoplan por acción del muelle cuando desaparece la fuerza sobre la horquilla.

1. Conexión de embrague al arranque del motor

2. Cobertor del embrague 3. Eje hacia la caja de cambios 4. Disco del embrague 5. Resorte anti choque del

embrague 6. Esplines del eje 7. Disco de presión 8. Diafragma de resortes 9. Punto de giro del resorte 10. Saque de banda de salida de

los rodamientos

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Clasificación Tipos de acoplamientos móviles o embragues Los embragues se usan frecuentemente en máquina de producción de todo tipo, donde se requiera detener el movimiento permitiendo que el motor siga girando. Los embragues también se emplean como mecanismos de seguridad, dando lugar a un desacople de emergencia de las partes que reciben movimiento con la parte motora o de potencia para evitar roturas traumáticas de todo un sistema de transmisión. Los embragues según sus características se clasifican en los siguientes tipos:

Embragues de fricción.

Embragues de contacto positivo.

Embragues hidráulicos y neumáticos

Embragues magnéticos.

Embragues unidireccionales o mecanismos de rueda libre.

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Embragues de fricción Los embragues de fricción son los más comunes dada la simplicidad de su funcionamiento, constan básicamente de dos superficies enfrentadas axialmente que son presionadas una contra la otra, para producir la transferencia de movimiento desde un eje conductor hasta un eje conducido. Los embragues de fricción son un claro ejemplo de la posibilidad que existe de aprovechar la fricción entre componentes de forma conveniente, en este tipo de embragues, el movimiento de trasmite por fricción entre dos superficies, una solidaria al eje conductor y la otra al conducido, que al adherirse forman el efecto de una sola superficie, generando una junta solida y sin movimiento relativo entre ellas.

En general existen tres configuraciones comunes en los embragues de fricción, los embragues de disco, los embragues cónicos, los embragues radiales.

Embragues de disco Son muy comunes en la práctica dada la simplicidad geométrica de sus componentes. En este tipo de embragues las superficies de contacto entre los ejes a acoplarse corresponden a discos circulares, por lo que el contacto es de forma axial, lo que implica que la presión de acoplamiento debe ir dirigida en este sentido. El funcionamiento de este tipo de embragues es simple, un disco se une rígidamente a un eje conductor, mientras un disco paralelo se une a un portadiscos que se desliza axialmente sobre el eje conducido sin la posibilidad de rotar sobre el mismo.

Cuando se requiere acoplar los ejes, el portadiscos se desliza sobre el eje conducido hasta que los discos hacen contacto y por efecto de rozamiento el disco conductor arrastra el disco conducido. Para efectos de desacoplar los ejes, generalmente el portadiscos incluye una ranura radial sobre la cual se monta una horquilla que permite desplazar axialmente el portadiscos, separando los discos en contacto.

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Embragues cónicos La acción de contacto entre los ejes conductor y conducido se logra a través de un par de superficies cónicas rugosas, esta disposición permite incrementar la fuerza normal entre las superficies de contacto, con el consiguiente aumento de la capacidad de transmisión de momento entre los ejes conductor y conducido. Los embragues cónicos se componen fundamentalmente de dos piezas, una con conicidad interna y otra con conicidad externa, unidas ambas de forma conveniente a los ejes conductor y conducido. Este tipo de embragues suele incluir una conicidad de unos 30º, lo que reduce considerablemente la presión axial, comparada con los embragues de discos planos, pero suele ser mayor que en los embragues radiales.

Embragues radiales También conocidos como embragues centrífugos los cuales incluyen un cilindro hueco en el que se alojan un grupo de bloques que por fuerza centrífuga se desplaza radialmente y presionan el cilindro hueco, generando esto un acoplamiento entre ambos componentes. Los embragues de fricción deben poseer una serie de características importantes, algunas de ellas son: • Los embragues deben poseer la

suficiente fuerza para que cuando el motor opere a pleno rendimiento, las superficies en contacto no patinen y a la vez proporcionen una marcha suave.

• Deben ser resistentes, para que

resistan la trasmisión de altos niveles de un par motor.

• Deben ser rápidos y seguros, es decir

que no se afecte su funcionalidad en caso de que se presenten cambios de velocidad en el proceso de trasmisión.

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Embragues de contacto positivo Los embregues de contacto positivo se caracterizan por tener superficies de contacto con salientes que encajan de forma conveniente entre las dos caras del embregue, estas salientes son conocidas como dientes por lo que comúnmente son conocidos como embragues de dientes. Las características de los dientes de los acoples móviles condicionan en algunas ocasiones el sentido de giro de los ejes y causando incluso que estos se desacoplen si el sentido de giro es contrario al establecido para trasmitir el movimiento, en algunos casos el movimiento puede darse en ambos sentidos pero se condiciona uno de ellos como el apto para trasmitir torque.

Cuando se requiere trasmitir movimiento en ambos sentidos de giro se prefieren las embragues de dientes cuadrados los cuales permiten esta finalidad de forma eficiente, dado que no hay superficies que generen un empuje axial y permitiendo que se desacople el mecanismo.

Cuando los requisitos de operación de la máquina incluyen que el mecanismo solo puede girar en un solo sentido se suelen emplear embragues de dientes en espirar o escalonados, los cueles trasmiten efectivamente el movimiento en un sentido y en el otro se desacoplan automáticamente.

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Embragues hidráulicos Los embragues hidráulicos difieren bastante de los demás embragues, dado que no existe un acoplamiento físico como tal o por lo menos no entre superficies. El acoplamiento entre los ejes se realiza por medio de un fluido hidráulico que es agitado por el elemento conductor llamado bomba y que trasmite el movimiento al elemento conducido llamado turbina. En los embragues hidráulicos el medio de transmisión del movimiento es un fluido hidráulico. Una bomba centrífuga recibe el giro del motor y envía el aceite a presión hacia una turbina en la que está acoplado el eje conducido. La energía cinética de cada partícula choca contra las aletas de la turbina, que produce una fuerza que hace girar la turbina y consecuentemente el eje conducido. El aceite resbala por las aletas de la turbina y es devuelto hacia la bomba centrífuga, donde esta lo envía hacia la periferia, volviéndose a repetir el ciclo. Cuando el elemento motriz gira a pocas revoluciones, el régimen de la velocidad con que salen las partículas de la bomba es muy pequeña, y por tanto la energía cinética transmitida a la turbina es muy débil para vencer la resistencia que imprime el sistema conducido. En esta situación la turbina permanece sin girar y hay un resbalamiento total entre la bomba y la turbina. Para que se genere un acoplamiento es indispensable que el motor gire a sus máximas revoluciones y de esta manera se pueda trasmitir movimiento a la turbina.

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Este efecto hidráulico se puede evidenciar de forma más didáctica, al enfrentar dos ventiladores, uno conectado al fluido eléctrico y el otro no, el ventilador conectado al flujo eléctrico, tendrá la capacidad de arrastrar al otro ventilador en cuyo caso se trasmite el movimiento entre ejes. Es te efecto evita la presencia de ruidos y de desgaste presentes en los embragues de fricción.

En los automóviles este tipo de embrague se emplea para acoplar el motor a la transmisión automática y se denominan usualmente convertidores de par.

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Embragues neumáticos Los embragues neumáticos incluyen cámaras que se alimentan con aire presurizado, lo cual genera un aumento del volumen de dicha cámara, este aumento de volumen hace que entren en contacto las paredes de la cámara y las superficies del embregue, generando esto un acople entre los ejes.

Embragues unidireccionales o mecanismos de rueda libre Estos embragues son diseñados para transmitir movimiento, y consecuentemente potencia, cuando el eje conductor gira en un solo sentido. Al invertir el sentido de rotación del eje conductor, los ejes de la transmisión se comportan como si no estuvieran acoplados. El mecanismo de rueda libre está formado por un núcleo o pieza interior sobre el cual se halla dispuesto en su parte exterior un anillo. El núcleo incluye una serie de ranuras de profundidad variable en las cuales se alujan una serie de rodillos. En la posición de desembrague o con ejes desacoplados, los rodillos se posicionan en la parte más profunda de la ranura dejando desacoplando los ejes. Cuando el eje motor gira en un sentido positivo de trasmisión de movimiento, los rodillos son desplazados hacia la posición más ajustada de la ranura generando un contacto directo con el anillo exterior y de esta forma acoplando los ejes.

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Embragues magnéticos Los embragues magnéticos aprovechan los principios de electromagnetismo para generar un acople entre los cuerpos del embrague. Al circular la corriente eléctrica por un conductor produce un campo electromagnético que lo convierte en un elemento muy similar a un imán. El sistema de embrague electromagnético está constituido por una corona de acero que se monta sobre el eje conductor. En el interior de esta corona va alojada una bobina, que al pasar la corriente eléctrica a través de ella produce un campo magnético en la zona del entrehierro formado entre la corona y el disco de acero montado sobre el eje conducido. El espacio existente en el interior de la corona se cierra con chapas de acero, y se rellena con polvo magnético, que se aglomera en el entrehierro por la acción del campo magnético creado por la bobina, haciendo solidarios a la corona con el disco. De esta forma, cuando pasa corriente por el arrollamiento de la bobina se produce la aglomeración del polvo magnético consiguiendo el embragado del sistema. Por el contrario, si no pasa corriente por la bobina el polvo magnético no se aglomera en el entrehierro, lo que permite girar en vacío a la corona sin arrastrar el disco. Con lo cual el motor permanece desembragado.

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Sistemas de accionamiento Los sistemas de accionamiento básicamente constituyen el mecanismo para accionar los embragues. En condiciones normales de funcionamiento, el embrague se halla siempre acoplado, es decir, embragado. Solamente se consigue su liberación o desembragado cuando se aplica una fuerza de accionamiento a través de un collarín de arrastre que desplaza la posición del embrague.

Para realizar las maniobras de embrague, se dispone de un sistema de mando cuyo accionamiento puede ser manual (por fuerza muscular), electrónico, e incluso algunos son de accionamiento automático.

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Sistemas de accionamiento por fuerza muscular Para el caso de los sistemas de accionamiento manual o por fuerza muscular se emplean mecanismos que pueden ser puramente mecánicos o incluso mecanismos donde se incluyen sistemas hidráulicos para amplificar los efectos de la fuerza muscular incluida por un operario. Dentro de este tipo de accionamiento, nos encontramos con dos variantes básicamente, los embragues de accionamiento mecánico y los de accionamiento hidráulico.

Accionamiento mecánico

Los sistemas de accionamiento mecánico incluyen mecanismos que permiten accionar la horquilla del embrague, logrando desembragar el sistema de ejes. En máquinas convencionales, este accionamiento del embrague se suele realizar por palancas en las que se incluye directamente la horquilla o mecanismo de embrague. Cuando se requiere ejercer más fuerza sobre la horquilla para desacoplar los ejes, es indispensable el uso de mecanismos de palanca por medio de los cuales se amplifica la fuerza aplicada.

Un ejemplo de accionamiento mecánico con dicho efecto, es el que se incluye en los embragues de los automotores. Este consiste en un cable de acero que va unido desde el pedal de embrague por un extremo, hasta la horquilla de mando del embrague en el otro extremo. Con este sistema se consigue que al pisar el pedal de embrague se tire de la horquilla, desplazando el tope de embrague produciéndose así el desembragado.

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En posición de reposo, es decir, con el pedal suelto, no existe ninguna fuerza sobre la horquilla y el mecanismo queda embragado por efecto del diafragma o muelles que incluyen los embragues para volver a su posición normal. Este tipo de sistemas suelen ser simples, lo cual permite realizar ajustes en los casos donde el desgaste es importante, ello con el objetivo de adecuar la posición del embrague al realizar algún accionamiento. Estos ajustes evitan que se presenten fenómenos de embrague parcial en los que realmente no hay un desacoplamiento completo, lo que impide una maniobra real en el eje conducido y consecuentemente hay un desgaste acelerado de los componentes del embrague.

Accionamiento hidráulico Para facilitar las maniobras de embragado y desembragado, en algunos sistemas de accionamiento se adopta un sistema de mando hidráulico. En este sistema se genera el desplazamiento de un embolo dentro de un cilindro que hace circular un fluido hidráulico hasta otro cilindro, generando este último un desplazamiento de la horquilla y cuyo efecto es el de desembragar el sistema. Para generar un accionamiento más suave y si tanto esfuerzo es indispensable seleccionar adecuadamente los cilindros del sistema, logrando con esto amplificar cualquier fuerza aplicada en el cilindro principal o emisor. En este sistema se utiliza, para desacoplar el embrague, un cilindro emisor (o bomba), y un cilindro receptor (o bombín) los cuales se comunican entre sí, a través de una tubería.

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Cuando se actúa sobre el sistema de embrague, este actúa directamente sobre el cilindro emisor, desplazando su émbolo y éste a su vez ejerce una presión sobre el líquido que finalmente desplaza al émbolo del cilindro receptor. El cilindro receptor, se comunica con el embrague por medio de una horquilla. Esta está accionada por el cilindro receptor, por medio de un vástago, que permanece en contacto con el émbolo de dicho cilindro. Al desplazarse el émbolo por la fuerza del líquido, se desplaza el vástago y acciona la horquilla.

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Sistemas accionados electrónicamente Para el caso de los sistemas de accionamiento electrónico, las maniobras de embragado y desembragado se realizan sin necesidad de que quien opera la maquina realice algún esfuerzo o tenga que accionar algún pedal o palanca. Algunos embragues que incluyen mandos electrónicos son los embragues magnéticos y algunos otros de accionamiento hidráulico, pero con control electrónico de su grupo hidráulico. Estos sistemas se caracterizan por excluir mecanismos que requieren fuerza muscular para accionar los embragues, es decir, para desembragar ejes conectados se incluyen sistemas de control electrónico que permiten maniobrar sistemas eléctricos o hidráulicos para lograr desembragar el sistema. En este tipo de accionamiento el mando del sistema, está encomendado a un sistema electrónico el cual registra las variables de operación o interpreta órdenes de pulsadores y determina la posición final del sistema.

Un elemento conducido se ensambla junto con una bobina que es alimentada a través de unas escobillas y un calculador electrónico. El calculador recibe información de la posición de la palanca de cambios, del régimen del motor o de la velocidad de la máquina y con base en esta información energiza o no el embrague permitiendo que el sistema se acople o desacople. Otras modelos de embragues de accionamiento electrónico, incluyen el mismo calculador pero en esta ocasión controlan un grupo hidráulico el cual proporciona el fluido para realizar las maniobras de embrague o desembrague.

Los embragues electromagnéticos son un claro ejemplo de ello, los cuales están formados por un elemento conductor fijado al volante de inercia en el que se encuentra un polvo metálico.

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Sistemas de accionamiento automático Otros sistemas que pueden considerarse automáticos y cuyo accionamiento es de forma autónoma, permiten que el acoplamiento de los ejes se realice según las condiciones de operación del sistema. Este tipo de sistemas incluyen accionamiento automáticos, que dependen de las variables de operación del sistema. Estos sistemas permiten generalmente el acoplamiento entre los ejes cuando las velocidades de operación alcanzan valores nominales. Algunos embragues de acoplamiento automático, son los embragues centrífugos y los embragues hidráulicos. Los embragues centrífugos aprovechan las fuerzas generadas con la rotación de las volantes del embrague, estas generan el desplazamiento radial de un grupo de bloques que permiten el acoplamiento ente los componentes del embrague.

Los embragues hidráulicos incluyen componentes que hacen agitar un fluido hidráulico y que lo hacen incidir sobre una turbina, está a su vez trasmite el movimiento al eje conducido, acoplando de esta forma los ejes del sistema.

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Enlaces de interés

Dónde podemos encontrar más información

Embragues

http://es.wikipedia.org/wiki/Embrague

Tipos de acoplamientos móviles

http://www.tekmatic.com.ar/embragues.html

http://www.embragues.info/

http://www.industrialmagza.com/wpt.htm