Acoplamientos elastoméricos: cómo funcionan, tipos y guía de selección

¿Qué es un acoplamiento elastomérico?

Presione un bloque de poliuretano entre dos mordazas de acero, atorníllelo a un par de ejes y tendrá el núcleo de trabajo de un acoplamiento elastomérico. El diseño parece casi demasiado simple para uso industrial, sin embargo, estos acoplamientos habitualmente transportan cientos de newton-metro de torque en bombas, ventiladores y transportadores las 24 horas del día.

Un acoplamiento elastomérico conecta dos ejes giratorios mediante cubos metálicos en cada extremo y un elemento flexible no metálico, generalmente de caucho o poliuretano, intercalado entre ellos. El elastómero realiza tres funciones a la vez: transmite torsión desde el eje impulsor al eje impulsado, se flexiona para absorber pequeñas cantidades de desalineación del eje y amortigua la transmisión contra vibraciones y cargas de impacto. Esa combinación es la razón por la que los diseños elastoméricos dominan las conexiones de uso general entre motor y bomba y entre motor y ventilador, donde la alineación perfecta del eje rara vez es práctica y un poco de tolerancia incorporada salva los rodamientos.

Cómo los acoplamientos elastoméricos transmiten el par

El torque no pasa a través del contacto de metal con metal en estos acoplamientos, sino que pasa a través del elastómero, y la forma en que lo hace divide la categoría en dos familias.

Diseños cargados por compresión , al igual que los acoplamientos de mandíbula y araña, aprietan el elemento flexible entre las orejetas entrelazadas en cada cubo. A medida que el cubo impulsor gira, sus orejetas presionan contra los lóbulos de la araña, que a su vez empujan contra las orejetas del cubo impulsado. El elemento nunca se estira ni se corta, sólo se comprime, lo que distribuye la tensión sobre una superficie mayor y tiende a prolongar la vida útil.

Diseños cargados por corte , como los acoplamientos de pasador y buje o estilo neumático, trabajan el elastómero con un movimiento de torsión o flexión en lugar de compresión pura. Esta geometría a menudo permite una mayor trayectoria de flexión y una mayor capacidad de desalineación, a costa de una densidad de torsión máxima algo menor en comparación con los tipos de compresión.

La mayoría de los acoplamientos elastoméricos también tienen un margen de seguridad incorporado: si el elemento flexible se desgasta o falla, las características del cubo metálico en muchos diseños hacen un breve contacto mecánico, lo que permite que el torque siga fluyendo a capacidad reducida el tiempo suficiente para un apagado controlado en lugar de una pérdida repentina de impulso.

Tipos comunes de acoplamientos elastoméricos

No todos los acoplamientos elastoméricos tienen el mismo aspecto y las diferencias son importantes a la hora de seleccionarlos. Tres diseños cubren la mayor parte de las aplicaciones industriales.

• Acoplamientos de mandíbula y araña utilice dos cubos con mandíbulas entrelazadas y una araña elastomérica en forma de estrella entre ellos. Son compactos, fáciles de mantener (la araña se puede cambiar sin mover ninguno de los ejes) y toleran desalineaciones angulares y paralelas moderadas.
• Acoplamientos para neumáticos reemplace la araña con un "neumático" de goma envuelto alrededor de ambos cubos. El mayor volumen de flexión les brinda el rango de desalineación más amplio de la familia elastomérica, junto con un fuerte aislamiento eléctrico entre ejes, lo cual es importante cuando las corrientes parásitas amenazan a los rodamientos.
• Acoplamientos de pasador elástico (pasador y casquillo) Pase los pasadores metálicos enfundados en casquillos de goma a través de los orificios de dos bridas de acoplamiento. Los pasadores de acero soportan más carga directa que en un diseño de elastómero puro, lo que aumenta la capacidad de torsión mientras mantiene intacta la absorción de impactos.

Selección de material elastómero y dureza.

El bloque de caucho o poliuretano realiza más trabajo de ingeniería de lo que sugiere su forma simple, y el grado del material elegido cambia el comportamiento del acoplamiento bajo carga.

El caucho natural ofrece una fuerte amortiguación de las vibraciones y funciona bien en condiciones de frío, pero tiene una resistencia limitada a los aceites y las temperaturas elevadas. El poliuretano cambia un poco de amortiguación por una mayor capacidad de torsión, mejor resistencia al desgaste y mucha mejor resistencia al aceite, razón por la cual domina el uso industrial general. Los elastómeros especiales, como Hytrel, cierran la brecha y mantienen sus propiedades en una banda de temperatura más amplia para entornos exigentes.

Dentro de cualquier material, la dureza es la variable que ajusta el rendimiento. Los compuestos más blandos se flexionan más fácilmente y amortiguan mejor las vibraciones, pero transmiten menos torsión antes de deformarse excesivamente; Los compuestos más duros soportan más torque y se mantienen más apretados bajo carga, a costa de cierta absorción de impactos. Los fabricantes clasifican esta propiedad utilizando la dureza del durómetro, generalmente en la escala Shore A, probada de acuerdo con el Estándar ASTM para dureza de indentación de caucho . Un elemento más blando en la gama 80–85 Shore A se adapta a aplicaciones donde la amortiguación es más importante, mientras que un elemento más firme cerca de 95–98 Shore A se adapta a las unidades que necesitan una mayor densidad de par con menos flexión.

Compensación de desalineación y amortiguación de vibraciones

Los ejes en el mundo real nunca están perfectamente alineados y los acoplamientos elastoméricos existen en gran medida para hacer que esa imperfección sea inofensiva.

• Desalineación angular Ocurre cuando las dos líneas centrales del eje se cruzan en ángulo en lugar de correr paralelas. El elastómero se flexiona de manera desigual alrededor de su circunferencia para absorber esto sin transmitir la carga de flexión a los rodamientos.
• Desalineación paralela Ocurre cuando los ejes del eje permanecen paralelos pero están desplazados de lado a lado. El elemento flexible se corta ligeramente para salvar el espacio.
• Movimiento axial (flotación final) resulta de la expansión térmica o cambios en el juego del rodamiento. La mayoría de los diseños elastoméricos permiten cierto deslizamiento axial sin transmitir cargas de empuje a través del tren motriz.

El rendimiento de amortiguación proviene de la misma flexibilidad. A medida que el par fluctúa (desde picos de arranque del motor, cargas desiguales en un transportador o cargas cíclicas en una bomba alternativa), el elastómero se estira y se relaja ligeramente en lugar de pasar cada pico directamente. Esto suaviza la vibración torsional antes de que llegue a los rodamientos y cajas de engranajes, que es la razón principal por la que los acoplamientos elastoméricos a menudo duran más que las conexiones rígidas en aplicaciones con carga variable.

Selección del acoplamiento elastomérico adecuado

Elegir el tipo de acoplamiento incorrecto es una causa de falla más común que elegir uno que simplemente sea de tamaño insuficiente. Una breve secuencia de decisión mantiene la selección basada en las condiciones de funcionamiento reales.

1. Calcular el par máximo , incluida la irrupción inicial y cualquier carga de impacto, y aplique un factor de servicio (normalmente 1,25 a 2,5) apropiado para el equipo accionado.
2. Evaluar la alineación alcanzable. Si la alineación de la instalación será aproximada o cambiará con el tiempo, prefiera un diseño con una generosa capacidad de desalineación, como un acoplamiento para llantas, en lugar de un tipo de mordaza de tolerancia más estricta.
3. Pese la exposición a vibraciones y golpes. Los compresores alternativos, las trituradoras y los accionamientos de cintas transportadoras de arranque y parada se benefician de grados de elastómeros más suaves que priorizan la amortiguación.
4. Verifique el entorno operativo. La exposición al petróleo favorece al poliuretano sobre el caucho natural; Los grandes cambios de temperatura pueden requerir un compuesto especial.
5. Confirme el ajuste del diámetro, la velocidad y el tamaño contra el sobre nominal del fabricante para la familia de acoplamientos preseleccionada.

Para una comparación más amplia de diseños elastoméricos frente a acoplamientos rígidos, de engranajes y de diafragma, este guía completa de tipos de acoplamientos del eje del motor recorre el árbol de decisión completo con más detalle.

Señales de mantenimiento y fallas

Los acoplamientos elastoméricos prácticamente no requieren mantenimiento en comparación con los diseños de rejilla o engranajes lubricados, pero el elemento flexible se desgasta y merece atención periódica. Durante la inspección de rutina, busque grietas o grietas en la superficie del elastómero, alargamiento visible o fraguado permanente en una araña comprimida, un aumento notable en la vibración o ruido del área del acoplamiento y cualquier endurecimiento o decoloración que sugiera degradación química o térmica.

La ventaja del diseño elastomérico se muestra aquí mismo: en la mayoría de los acoplamientos de mandíbula, neumático y casquillo de pasador, el elemento flexible se puede reemplazar sin alterar la alineación del eje ni tirar de ninguna de las máquinas conectadas, convirtiendo lo que sería una reparación importante en otros tipos de acoplamientos en un intercambio de piezas de rutina. Explora el Gama completa de diseños de acoplamientos flexibles. para comparar tamaños de orificios, clasificaciones de torsión y materiales de elementos con sus requisitos de transmisión específicos.