Explicación de los acoplamientos de diafragma: diseño, límites de desalineación y aplicaciones

Un tren de bombas de circulación petroquímica perdía un acoplamiento de engranaje cada nueve meses. La causa principal fue una brida de salida del motor que se encontraba a 1,2 mm por encima de la entrada de la bomba, un número que se encontraba dentro de las tolerancias de alineación en frío pero que era destructivo para los dientes de engranajes lubricados a 3600 rpm. El equipo de mantenimiento cambió a un acoplamiento de doble diafragma con un espaciador y el intervalo de reemplazo se extendió a más de cuatro años. Ese resultado es típico: los acoplamientos de diafragma fallan con menos frecuencia porque no tienen dientes que desgastarse, grasa que perder ni elastómero que envejece.

Cómo funciona un acoplamiento de diafragma

Un acoplamiento de diafragma transmite torque a través de un disco de metal delgado, o una pila de discos delgados, atornillados alternativamente a las bridas motriz y conducida. Cuando comienza la rotación, la trayectoria del torque pasa a través del diafragma en corte y tensión alrededor del círculo de pernos. El disco se deforma elásticamente para absorber el movimiento angular y axial, que es lo que hace que el acoplamiento sea flexible.

Un conjunto completo generalmente contiene un cubo izquierdo, un paquete de diafragma, un eje espaciador, un segundo paquete de diafragma y un cubo derecho. El eje espaciador permite que el acoplamiento cierre un espacio entre dos ejes de la máquina y también es el elemento que hace posibles los diseños de doble flexión.

Dos reglas gobiernan casi todas las decisiones sobre acoplamiento de diafragma. Primero, un solo conjunto de diafragma maneja únicamente la desalineación angular. Si la máquina tiene un eje paralelo desplazado, necesita dos juegos de diafragmas espaciados, porque esa combinación crea una sección central flotante que traduce el desplazamiento en deflexión angular. En segundo lugar, debido a que el torque fluye a través de uniones de pernos precargados, los acoplamientos de diafragma son inherentemente libres de holgura.

Diseños de diafragma simple versus doble

La distinción importa más de lo que admiten la mayoría de las comparaciones de hojas de datos. Un acoplamiento de diafragma único es rígido en todas las direcciones excepto axial y angular. Es adecuado para motores monobloque, codificadores y sensores de par en los que los ejes están alineados en fracciones de milímetro. Una unidad de doble diafragma es la elección correcta cuando necesita aceptar una compensación medida y aun así transmitir el par sin problemas.

Los paquetes de diafragma único hechos de aleación de aluminio de alta resistencia mantienen la inercia baja, lo cual es valioso para servoejes y mesas de posicionamiento. Esta configuración está disponible con bujes de abrazadera en una gama de diámetros compactos.

Acoplamiento de diafragma simple de aluminio RSK-CPSM con concentradores de abrazadera Este acoplamiento utiliza un manguito de aleación de aluminio de alta resistencia y un diafragma de acero inoxidable 304. Su baja inercia y su alta rigidez de torsión se adaptan a servoejes y mesas de posicionamiento que requieren un control de rotación preciso. Ver producto →

Cuando el tren de transmisión tiene un desplazamiento paralelo que no se puede eliminar, un acoplamiento de doble diafragma de aluminio es una respuesta práctica para ejes de máquinas y husillos CNC compactos.

Acoplamiento de doble diafragma de aluminio RSK-CPLF para husillos CNC Con un diseño de abrazadera corta con un manguito de aleación de aluminio y diafragmas de acero inoxidable, este acoplamiento aborda el desplazamiento paralelo en ejes de máquinas y husillos CNC compactos, ofreciendo un control preciso para servomotores y motores paso a paso. Ver producto →

Donde los acoplamientos de diafragma se ganan el sustento

Los acoplamientos de diafragma son estándar en equipos rotativos donde el tiempo de inactividad es costoso y las velocidades son altas. La tarea más común es la turbomaquinaria: turbinas de vapor y gas, compresores centrífugos y grandes bombas de proceso. Estas máquinas funcionan a miles de revoluciones por minuto, crecen varios milímetros a medida que se calientan y no toleran un acoplamiento que necesita atención entre revisiones. Un acoplamiento de diafragma de acero con dos paquetes flexibles y un espaciador cubre todas esas condiciones sin lubricación.

Sin embargo, el rango de aplicación es más amplio que el de las turbinas. Los bancos de pruebas de alta velocidad ejecutan acoplamientos de diafragma entre el motor de accionamiento y la brida de torsión, donde el juego cero y un grado de equilibrio estable importan más que la capacidad de torsión bruta. Los accionamientos auxiliares marinos los utilizan donde la atmósfera de agua de mar atacaría los acoplamientos lubricados. En el lado de la precisión, las servocajas de cambios, los husillos de bolas y los husillos CNC utilizan pequeños acoplamientos de diafragma de aluminio porque no introducen juego y mantienen la inercia baja.

Para el funcionamiento de la celda de prueba a velocidades de hasta 10 000 rpm, un acoplamiento de diafragma de alta velocidad personalizado equilibra múltiples paquetes de diafragma con tolerancias de fabricación estrictas y un grado de equilibrio documentado para una operación sostenida a alta velocidad.

Criterios de selección y errores comunes de especificación

Elija un acoplamiento de diafragma definiendo seis parámetros antes de mirar un catálogo:

1. Par de torsión: utilice el par máximo o de sobrecarga, no solo el par nominal del motor, y aplique un factor de seguridad de 1,5 a 2 para cargas cíclicas.
2. Desalineación: mida los valores angulares y de compensación a la temperatura de funcionamiento e incluya el crecimiento térmico de las carcasas de la máquina.
3. Velocidad: confirme las RPM máximas del acoplamiento y el grado de equilibrio con la velocidad continua más rápida que verá el tren.
4. Viaje axial: tenga en cuenta la expansión del eje y elija un diseño de doble flexión con espaciador si el recorrido excede unas pocas décimas de milímetro.
5. Orificio y montaje: decidir entre mazas de abrazadera y mazas con llave; Los cubos de abrazadera simplifican la instalación y eliminan el juego de la llave.
6. Medio ambiente: la temperatura, la humedad y los productos químicos de lavado deciden la familia de materiales, normalmente aluminio o acero inoxidable.

Se repiten dos errores de especificación. El primero es el subdimensionamiento para el par máximo: un acoplamiento que mantiene estáticamente 1.000 N·m puede no sobrevivir indefinidamente a 500 N·m de par cíclico a 6.000 rpm, porque el diafragma falla por fatiga, no por sobrecarga estática. El segundo es ignorar la rigidez axial. En una máquina de acoplamiento cerrado, un acoplamiento axialmente rígido puede ejercer una fuerza significativa en los cojinetes del equipo cuando los ejes crecen térmicamente, por lo que el recorrido axial especificado debe coincidir con el crecimiento térmico real.

Cómo se comparan los acoplamientos de diafragma con los diseños elastoméricos y de engranajes

Los acoplamientos de diafragma suelen acabar compitiendo con los acoplamientos de engranajes y los acoplamientos elastoméricos.

Los acoplamientos de engranajes entregan más torque por tamaño y aceptan más desalineación, pero necesitan grasa, su juego crece permanentemente a medida que los dientes se desgastan y exigen un mantenimiento disciplinado. Los acoplamientos elastoméricos son económicos y tolerantes, pero suavizan el tren de transmisión, reducen las frecuencias naturales y se desgastan más rápido bajo un torque continuo. Un acoplamiento de diafragma se encuentra entre los dos: cero lubricación, cero juego, alta rigidez torsional y capacidad de desalineación moderada con una vida de fatiga predecible. Los ingenieros que quieran revisar la lógica de rendimiento más amplia detrás de esta compensación pueden leer el resumen de ventajas del acoplamiento en el sitio de la empresa.

Mantenimiento y vida útil esperada

Los acoplamientos de diafragma suelen estar etiquetados como libres de mantenimiento porque no tienen piezas lubricadas. En la práctica, eso significa que el mantenimiento es periódico y visual en lugar de constante.

• Inspeccione los paquetes de diafragma en busca de grietas, desgaste o corrosión, especialmente alrededor de los orificios de los pernos.
• Verifique los pares de apriete de los pernos después de las primeras semanas de funcionamiento y después de cualquier revisión del acoplamiento.
• Verifique la alineación, las marcas de equilibrio y el estado de los sujetadores cuando se abra la máquina para realizarle mantenimiento.

La vida útil está limitada por la fatiga del metal, no por el desgaste por deslizamiento. Los acoplamientos de diafragma industriales grandes en servicio limpio suelen exceder los diez años antes de que sea necesario reemplazar un paquete de diafragma. Cuando aparecen grietas por fatiga, el paquete de diafragma se reemplaza como módulo y los cubos y el espaciador pueden continuar en servicio, lo que mantiene bajo el costo del ciclo de vida.

La forma confiable de especificar un acoplamiento de diafragma no es elegirlo únicamente por el tamaño del orificio. Defina la envolvente de torque, la desalineación real entre bridas a temperatura de operación, la clase de velocidad y balanceo y el recorrido axial que generará el equipo. Una vez que se anotan esos números, la elección del diseño se vuelve sencilla. Jiangsu Rokang fabrica acoplamientos de diafragma simple y doble de aluminio y acero, además de unidades de alta velocidad para equipos de prueba giratorios, y la gama completa está organizada por servicio en el sitio corporativo .