ACOPLAMIENTOS.

INSTRODUCCION. Los acoplamientos tienen por función prolongar líneas de transmisión de ejes o conectar tramos de diferentes ejes, estén o no alineados entre sí. Si dos ejes se pudieran alinear perfectamente, podrían ser conectados con dos cubos con bridas o pernos.Una vez realizado se tiene la seguridad que ninguna de las dos máquinas se moverá sobre la cimentación y que ésta no se asentará. Es un hecho real que siempre habrá alguna desalineación entre un eje impulsor y un eje impulsado, por lo cual deben ocuparse “acoplamientos”. Es decir el propósito fundamental de los acoplamientos es transmitir el par de torsión requerido desde el eje impulsor al impulsado y compensar el desalineamiento angular, paralelo o una combinación de ambos, con numerosas funciones complementarias como proporcionar desplazamiento axial y así mismo restringirlo.Diferentes tipos de acoples pueden absorber diversas faltas de alineación, la selección de aquel que absorba la desalineación mayor no siempre es la mejor elección; ya que a veces se produce una desalineación mayor por una reducción en la potencia transmitida o una reducción en la vida útil de los acoplamientos. Los catálogos de los fabricantes enumeran información de diseño del cual se podrá elegir el acoplamiento más apropiado y por lo común desalineación máxima para cada uno, la desalineación puede cambiar por varias razones: el asentamiento de la de la cimentación, el desgaste de los cojinetes y las distorsiones provocadas por vibración y cambios en la temperatura, etc.

CARACTERÍSTICAS DE LOS ACOPLAMIENTOS.

La capacidad de carga de un acoplamiento debe estar relacionada con:La potencia a transmitir.Características de la transmisión, esto es: uniforme, medianamente impulsiva o altamente impulsiva.Velocidad, revoluciones por minuto.Dimensiones de los ejes a acoplar.Vibraciones, etc.

TIPOS DE ACOPLAMIENTOS.

Figura Clasificación de los acoplamientos

Esta clasificación nos permitirá conocer la gran variedad de acoplamientos que existen y si a ello agregamos material de construcción, distintos tamaños y una infinidad de aplicaciones, comprenderemos la gran importancia que tienen estos elementos.Antes de adentrarnos en mayores detalles veamos algunas de las características generales de los diferentes tipos de acoplamientos.Básicamente los acoplamientos se clasifican en dos tipos, los rígidos y los flexibles:

PROPIEDADES DE LOS ACOPLAMIENTOS.

En cuanto a propiedades, a continuación se exponen las más importantes.Su importancia relativa depende de la aplicación y del objetivo de la colocación del acoplamiento.Flexibilidad angular ante desplazamientos; aunque todos los acoplamientos son flexibles en mayor o menor medida (ya que la rigidez infinita no existe en la práctica), se consideran acoplamientos flexibles exclusivamente a aquellos que han sido diseñaos expresamente para poseer flexibilidad y que por tanto, ésta es sensiblemente mayor que la de los denominados rígidos. La flexibilidad angular representa la permisibilidad del acoplamiento ante la inclinación relativa de los ejes, mientras que la flexibilidad ante el desplazamiento o paralela representa la permisibilidad del acoplamiento ante la separación paralela de los ejes. En la actualidad se pueden encontrar acoplamientos desde muy rígidos hasta muy flexibles, existiendo una relación más o menos directa entre la rigidez del acoplamiento y el par máximo que puede transmitir.Flexibilidad a torsión; este tipo de flexibilidad representa la capacidad del

acoplamiento para torsionarse, es decir para que, cuando dos ejes mecánicos están acoplados, sea posible que uno gire un cierto ángulo (alrededor de su eje geométrico) sin que el otro se mueva. Los acoplamientos calificados de flexibles a torsión son acoplamientos diseñados explícitamente para permitir cierta rotación de desfase entre los ejes que acoplan.

La flexibilidad a torsión está íntimamente relacionada con la amortiguación de vibraciones torsionales. Así, cuando por el tipo de trabajo que realiza, una parte de la máquina esta sometida a vibraciones torsionales, dichas vibraciones pueden llegar amortiguadas a otra parte de la máquina si, entre ambas partes, se coloca un acoplamiento torsionalmente flexible. Pero no siempre se puede utilizar acoplamientos con flexibilidad a torsión, ya que este tipo de flexibilidad implica ausencia de sincronismo en el movimiento. Efectivamente, al torsionarse el acoplamiento, permite que la posición angular de los ejes que de desfasada un cierto ángulo (que dependerá del par instantáneo transmitido).

Aunque en los acoplamientos existe una relación directa entre la rigidez a torsión del acoplamiento y el par máximo que puede transmitir, esta relación cuenta con numerosas excepciones. Esto es debido a que los fabricantes de acoplamientos han diseñado tipos especiales (muy habituales ya en aplicaciones industriales) que posee una cierta flexibilidad a torsión, siendo al mismo tiempo capaces de transmitir pares elevados.

Posibilidad de movimiento axial y flexibilidad axial; los acoplamientos se pueden fijar axialmente sobre los ejes

mediante un ajuste con juego (ajuste holgado).Cuando existe juego entre la maza y el eje, existe posibilidad de movimiento axial relativo entre ambos aunque el acoplamiento sea completamente rígido.En este caso se dice que el acoplamiento posee posibilidad de movimiento axial.La flexibilidad axial y la posibilidad de movimiento axial son aspectos habitualmente importantes en maquinaria debido a que las distancias entre finales de ejes pueden cambiar por dilataciones térmicas. Cuando se prevee que este fenómeno puede ocurrir, es importante seleccionar un acoplamiento con capacidad para asumir este desplazamiento axial.

Amortiguamiento de vibraciones ; como se ha comentado, esta propiedad está íntimamente relacionada con las propiedades de flexibilidad. Quiere esto decir que los acoplamientos flexibles son inherentemente amortiguadores de vibraciones en el sentido de que existe flexibilidad. De entre los diferentes tipos, la más importante, sin duda, es la flexibilidad a torsión.Los acoplamientos flexibles pueden amortiguar las vibraciones de forma similar a como lo hace un resorte aplicado en una masa vibrante. El acoplamiento almacena energía elástica en los momentos en los que la energía de vibración se incrementa, liberándola cuando la energía de vibración se reduce. Así actúa como un depósito de energía que suaviza su flujo. Sin embargo como cualquier sistema elástico, los acoplamientos flexibles poseen frecuencias naturales de vibración de forma que, si son excitados en algunas de esas frecuencias, entran en resonancia y actúan como multiplicadores de la vibración, en lugar de hacerlo como amortiguadores. Por este motivo, se ha de

tener especial cuidado en la selección de acoplamientos flexibles en función del tipo de aplicación y de la vibración existente.

Limitación de par; un acoplamiento es limitador de par cuando existe un par máximo que puede transmitir, de forma que si se intenta transmitir un par superior a éste, el acoplamiento se rompe quedando desacopladas las partes que unían. Esta función es de extrema importancia en muchas aplicaciones reales, ya que el acoplamiento se comporta como un fusible mecánico que protege otras partes (mucho más valiosas) ante sobrecargas y fallos en el funcionamiento de la máquina.En la práctica, la mayoría de los acoplamientos son limitadores de par, debido a que suelen ser el elemento menos resistente de la transmisión y, por lo tanto, el primero que se rompe ante una sobrecarga. Sin embargo, se dice que un acoplamiento es limitador de par cuando ha sido explícitamente diseñado para romperse de una forma determinada (y controlada) al superar el par un cierto límite máximo conocido, (habitualmente proporcionado por el fabricante).

DESCRIPCIÓN DE LOS ACOPLAMIENTOS.

Acoplamientos rígidos:

Los acoplamientos rígidos se diseñan para unir dos ejes en forma apretada de manera que no sea posible que se genere movimiento relativo entre ellos. Este diseño es deseable para ciertos tipos de equipos en los cuales se requiere una alineación precisa de dos ejes que puede lograrse; en tales casos el acople debe diseñarse de tal forma que sea capaz de transmitir el torque en los ejes.

Los acoplamientos rígidos deben emplearse solo cuando la alineación de los dos ejes puede mantenerse con mucha precisión, no solo en elemento en que se instalan, sino también durante la operación de las máquinas. Si surge desalineación angular, radial o axial significativa, aquellas tensiones que son difíciles de predecir y pueden conducir a una falla temprana del eje debida a fatiga pueden ser inducidas sobre los ejes.Dificultades como las anteriores son susceptibles de evitarse utilizando acoplamientos flexibles.

Fig.1 Acoplamientos Fig. 2 Acoplamientos rígidos Fig. 3 Acoplamientos rígidosRígidos de manguito de platillos. Por sujeción cónica.O con prisionero.

De manguito.

Dentro de esta categoría se encuentran acoplamientos que se basan en una camisa rígida o manguito. Se trata de una pieza cilíndrica hueca que se acopla exteriormente a los dos ejes. El modelo más simple consiste en un manguito que es fijado a los ejes mediante tornillos prisioneros Este acoplamiento(FIGURA) es de los más simples que se pueden encontrar y, debido a que la fijación es producida por tornillos prisioneros, cuenta con una muy limitada capacidad de transmisión de par.Estos tipos de acoplamientos suelen usarse para ejes muy largos que no se pueden hacer de una pieza. Presentan el inconveniente de tener que separar los ejes para sustituirlos, lo cual puede resultar complicado en algunos casos, además no admiten desalineaciones.

Figura Acoplamiento de camisa rígida

Existen, no obstante, otros sistemas alternativos de fijación como es la brida partida atornillada. Otro modelo consiste en un manguito con ranura longitudinal y extremos cónicos, que aprisiona a los ejes por el efecto de dos bridas con agujeros cónicos precargadas por tornillos longitudinales (figura 2.2). La ranura longitudinal disminuye drásticamente la rigidez radial del manguito, de forma que la presión ejercida por las bridas al apretar los pernos cierra el manguito

sobre los ejes generando a su vez una presión sobre éste que permite transmitir el par por fricción.

Figura 2.2 Acoplamiento de manguito ahusado.

Finalmente, para aplicaciones en las que se requiere transmitir pares elevados, existen acoplamientos de manguitos especiales, formados por un manguito delgado interior ubicados sobre los ejes y una camisa exterior de mayor espesor y mayor rigidez. Ambos se montan a modo de dos manguitos uno dentro de otro, teniendo la superficie de contacto una pequeña conicidad.

La gran presión que se genera entre ambos elementos ocasiona que el manguito interior presione enormemente los ejes, generando una fuerza de rozamiento capaz de transmitir pares elevados.

En cualquiera de los modelos existentes, este acoplamiento posee una rigidez considerable, por lo que requiere una buena alineación de los ejes. Al transmitir el par por fricción, el lubricante es un enemigo de este acoplamiento.

De manguito partido.

Este es un acoplamiento que está hecho en 2 piezas divididas longitudinalmente,

esto permite que el acoplamiento pueda ser instalado y retirado sin necesidad de separar las máquinas que acopla (figura 2.3). Por este motivo, los acoplamientos de manguito partido son habitualmente seleccionados cuando la facilidad en el montaje y desmontaje es un aspecto fundamental. La transmisión de par entre los ejes y el acoplamiento se realiza mediante chavetas o ajustes a presión.

Figura 2.3 Acoplamiento de manguito partido.

Características de los acoplamientos rígidos.

Los acoplamientos rígidos se ofrecen en diseños de una y de dos piezas elaborados de acero al carbono, acero inoxidable o aluminio y con opción de chaveteros. Una gran cantidad de tamaños estándar están disponibles con agujero uniforme o distinto de los dos lados desde 1/8" a 2" en la serie imperial o de 3 mm a 50 mm en la serie métrica. Combinaciones de agujeros de medida métrica e imperial están disponibles sobre pedido especial.

ACOPLAMIENTOS FLEXIBLES

Los acoplamientos flexibles son diseñados de tal manera que sean capaces de transmitir torque con suavidad, en tanto permiten cierta desalineación axial, radial o angular.Dependiendo del método utilizado para absorber la desalineación, los acoplamientos flexibles pueden dividirse en:

1.- Acoplamientos de elementos deslizantes.2.- Acoplamientos de elementos flexionantes.3.- Combinación de acoplamientos deslizantes y flexionantes

Los principales acoplamientos flexibles son:

De cruceta Perfect Crown Pm TIPO Disco flexible Muelles múltiplex De cadena De engranaje interno.

Además algunos tipos especiales como:• Acoplamiento limitador de par tipo fricción.• Acoplamiento de tipo tambor de freno.• Acoplamiento de tipo Oldham.• Acoplamiento de unión cardánica simple y compuesta.• Acoplamiento para ejes paralelos no alineados.

Acoplamientos de elementos deslizantes

Estos tipos de acoplamientos absorben la desalineación o por deslizamiento entre dos o más de sus componentes. Este deslizamiento y las fuerzas generadas por el momento de torsión transmitido generan desgaste. Para dar lugar a una

vida adecuada, estos acoplamientos se lubrican o se emplean elementos hechos de plástico de baja fricción. Los acoplamientos de este tipo tienen dos mitades en virtud de que cada par deslizante de elementos puede absorber solo desalineación angular; se necesitan dos de estos pares para acomodar la desalineación paralela. Se puede comprender mejor este hecho si se supone que cada par de elementos deslizante es una junta articulada.

Estos acoplamientos se subdividen en:

Acoplamientos del tipo de engranaje

Estos acoplamientos constituyen el diseño más universal; pueden fabricarse casi para cualquier aplicación desde unos cuantos caballos de potencia hasta miles de ellos (desde menos de 1rev/m. hasta más de 20.000 rev/m). Para una aplicación determinada un acoplamiento de engranaje suele ser más pequeño y más ligero que el de otro tipo. Estos acoplamientos pueden utilizarse en máquinas con árboles acoplados cerrados o para grandes separaciones entre los árboles conectados. Por otra parte requieren lubricación periódica (cada seis meses) debido a que el lubricante es sometido a grandes fuerzas centrífugas, son rígidos respecto a la tracción y son más caros que otros tipos de acoplamientos.

Un acoplamiento de engranaje para árboles acoplados cerrados tiene dos mitades unidas con tornillos cada mitad solo tiene tres componentes: Un cubo, un manguito y un sello. El cubo tiene un juego de dientes externos y se asemeja bastante a un piñón. El manguito tiene un juego de dientes internos para acoplar

cortados en tal forma que, cuando se desliza sobre el cubo se tiene un juego (marca muerta) entre los dientes que se engranan. El sello está instalado en una ranura maquinada en la placa extrema del manguito y sirve al doble propósito, de retenerse el lubricante y evitar la entrada de polvo o agua al acoplamiento. Los manguitos tienen también uno o dos accesorios o tapones para grasa. Cuando existen grandes separaciones entre los árboles se introduce un espaciador entre los dos manguitos. Las bridas se conectan con ocho o más tornillos, y se instala un empaque de papel, o anillo, entre ellas para sellar la punta.

Figura: acoplamientos flexibles de engranaje.

Acoplamientos de cadena

Los acoplamientos de cadenas sobresalen por su sencillez. Todo lo que se necesita son dos ruedas dentadas y un trozo de cadena doble. Por lo general se utiliza a baja velocidades, excepto cuando se les agrega una cubierta especial, metálica o de plástico, para contener el lubricante de lo contrario sería expulsado por la acción

de las fuerzas centrífugas. Este tipo se utiliza en aplicaciones acopladas cerradas.

Fig. Acoplamiento flexible de cadenas.

Acoplamiento de rejilla de acero.

Este tipo de acoplamiento es semejante, en muchos aspectos al de engranaje. Tiene dos cubos con dientes externos, pero con un perfil especial. En vez de manguitos con dientes internos tiene una rejilla de acero que pasa por todos los dientes. Debido a que la rejilla se flexiona un poco bajo la acción del momento de torsión, este tipo es menos rígido respecto a la torsión que el de engranaje.

Figura. acoplamiento de rejilla de acero.

Acoplamiento flexible de cruceta:

4 CV a 11.000 r.p.m., hasta 12,8 CV a 4.000 r.p.m.

El acoplamiento flexible de cruceta transmite el par por medio de una cruceta de caucho, resistente al aceite, ajustada entre dos semi cuerpos de metal.

Se observa que este tipo de acoplamiento es especial para transmisiones de baja potencia y alta velocidad. La cruceta de caucho ayuda a proteger las máquinas de

choques repentinos, vibraciones y sobrecargas producidas por desalineación de los ejes.

Acoplamiento tipo perfect.

Los acoplamientos de disco flexible tipo perfect se componen de dos cuerpos de aleación de aluminio o fundición gris con unas salientes que encajan en las ranuras centrales del disco de caucho. No es recomendable que este caucho esté en contacto permanente con aceite.

Acoplamiento flexible tipo Crown Pm:

Conocidos como acoplamientos de pasadores elásticos, constan de dos discos con brida metálica. Uno de los discos lleva unos pasadores (acoples) con amortiguadores de cuero o caucho que encajan en unos agujeros calibrados, practicados en el disco opuesto.

Acoplamiento de disco flexible:

El acoplamiento de disco flexible es más conocido como acoplamiento Renold.

Los dos platos o bridas tienen unos pasadores de acero incorporados que se acoplan en los agujeros de un disco.

El par (fuerza y movimiento) es transmitido por un disco que se compone de capas alternadas de tejido impregnado de caucho reforzado con unas placas de acero.

Este acoplamiento permite una limitada desalineación axial o angular, además absorbe choques y vibraciones. No debe tener contacto con aceite.

Acoplamiento múltiplex.

Los platos o bridas llevan muescas en su periferia en donde se alojan muelles especiales de acero al cromo vanadio. Las muescas tienen forma especial para adaptarse a la flexión de los muelles, absorbiendo además los choques, sobrecarga, desalineación y amortiguando las vibraciones. Los acoplamientos están encerrados herméticamente a prueba de polvo.

Acoplamiento de cadena:

Los acoplamientos de cadena constan de dos piñones de una cadena unidos por cadena, dúplex desmontable para acoplar o desacoplar con facilidad y rapidez los dos ejes.

Tienen principal aplicación en transmisión de potencias de 27 C.V. a 7000 r.p.m. hasta 2.500 C.V. a 750 r.p.m. Llevan cubiertas de plástico o aluminio herméticas.

Acoplamiento limitador de par:

Está diseñado para ser usado como elemento de seguridad deslizante, sólo en caso de emergencia.

Consta de cubierta exterior, un cubo dentado interior, placa de presión, disco de presión, tornillos y resortes.

El movimiento puede ser transmitido en cualquier sentido de rotación por medio de los discos de fricción que engranan con el cubo dentado.

Acoplamiento Tipo Tambor de Freno:

Varios tipos de acoplamientos flexibles pueden combinarse con un tambor sobre el cual se puede aplicar un dispositivo para frenado constituyendo un elemento ideal para acoplar motores principales y auxiliares a movimiento de elevación, transporte, cargadores, etc.

Acoplamiento de junta universal:Más conocido como unión cardánica. La máxima velocidad recomendada es de

1.200 r.p.m.

Los máximos ángulos de trabajo para estas juntas de acero templado son:

Para operación de potencia 25°. Para rotación a mano y aplicación de baja velocidad hasta 45°.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS ACOPLAMIENTOS.

Ventajas

Como resultado de una innovación en tecnología y del avance en materiales, los acoplamientos de elastómero logran menor esfuerzo ante una gran desalineación, reducen las cargas de momento reducido en el rodamiento debidas al acoplamiento, y reducen las cargas debidas a acoplamientos desequilibrados y de alta confiabilidad.

Los acoplamientos de elastómero y elementos doblemente flexibles para bombas, están diseñados para ofrecer un menor costo de vida útil del sistema, y no sólo de los acoplamientos.

Los acoplamientos flexibles con elementos metálicos pueden trabajar incluso después que han fallado uno o más discos.

En los equipos rotatorios, el par torque se transmite normalmente de los ejes a los cubos del acoplamiento a través de chavetas, de fricción o de una combinación de ambos.

Algunos aspectos que se deben considerar al seleccionar la conexión de interfaz son: la facilidad de montaje y desmontaje, la fiabilidad de la conexión, la cantidad de par torque que se puede transmitir, y las condiciones en campo.

Permiten la separación de la máquina motriz y la conducida o receptora rápidamente.

Absorben cambios de torque que pueden afectar a sistemas más rígidos.

Permiten alineamientos en forma fácil y rápida.

Transmiten movimiento cíclico circular, permitiendo un desfase entre la máquina motriz y la receptora.

Permiten generar dos movimientos independientes o recíprocos, uno rectilíneo y otro circular en la misma instancia.

Los acoplamientos de tipo elastómero son capaces de absorber vibraciones que pudieran afectar a las máquinas.

La duración de un acoplamiento depende en gran medida de la alineación del equipo, razón por la cual la alineación se ha convertido en un tema crucial; sin embargo, los nuevos acoplamientos flexibles permiten una desalineación de 1 a 3 grados. El motivo principal por el cual es necesario alinear mejor el equipo es que las cargas axial y radial sobre los ejes, y los sellos y rodamientos conectados originan su desgaste o falla prematura.

Desventajas.

Los acoplamientos rígidos para ejes como los de engranes y cadena, requieren una constante verificación de su sistema de lubricación, debido al movimiento deslizante.

Los acoplamientos con discos múltiples requieren para el reemplazo de un disco, cambiar el sistema como un todo, ya que no pueden reemplazarse sólo los discos quebrados.

Los acoplamientos rígidos casi no aceptan posibilidad de error en el espaciamiento axial de las máquinas

En los acoplamientos de engranes bajo fuerzas centrífugas la grasa tiende a separarse en aceite y jabón.

Los acoplamientos de alta velocidad se lubrican continuamente a través de un flujo de aceite permanente que ocasiona intrínsecamente un problema de acumulación de sedimentos.

Los del tipo metálico son afectados por oxidaciones, razón por la cual no son recomendables en instalaciones expuestas a la adversidad del clima.

Debido al tamaño de los acoplamientos, éstos requieren de mayor espacio para su ubicación.

Los acoplamientos con elastómeros en su interior (mixtos), no son inspeccionables visualmente, ya que están cubiertos por un cuerpo metálico que no permite la libre visualización del núcleo.

Los de los tipos elastómeros son afectados por los agentes contaminantes del medio en el que se encuentran, provocando un envejecimiento prematuro.

Cuando los acoplamientos rotan a alta velocidad en cajas de protección estancas, cortan el aire y este corte produce una generación de calor significativa