Tipos de acoplamientos de motores eléctricos: una guía de selección completa

Por qué es importante la selección del acoplamiento en los sistemas impulsados por motor

Cada tren de transmisión de motor eléctrico tiene al menos un acoplamiento: la interfaz mecánica entre el eje de salida del motor y lo que sea que esté girando el motor. Es uno de los componentes más especificados y con mayor frecuencia menos especificados en la maquinaria industrial. Consiga el acoplamiento correcto y desaparecerá en un segundo plano, transmitiendo el par de forma fiable durante años. Si se hace mal, las consecuencias aparecerán rápidamente: falla prematura de los rodamientos, fatiga del eje, vibración que se propaga por toda la máquina y tiempo de inactividad no planificado.

La razón por la que la selección de acoplamientos es más compleja de lo que parece es que a los acoplamientos se les pide que hagan varias cosas simultáneamente. Transmiten par. Se adaptan a las inevitables desalineaciones entre ejes (angulares, paralelas y axiales) que resultan de las tolerancias de fabricación, la expansión térmica y la deflexión bajo carga. Y, según el tipo, también pueden amortiguar los golpes de torsión, proteger los equipos posteriores contra sobrecargas o mantener un juego cero para un posicionamiento preciso. Ningún tipo de acoplamiento hace todas estas cosas igualmente bien, razón por la cual la gama de diseños disponibles es tan amplia.

Las secciones siguientes cubren las principales categorías de acoplamientos utilizadas en aplicaciones de motores eléctricos, los principios físicos detrás de cada una y los criterios de selección que determinan qué tipo pertenece a un sistema de accionamiento determinado.

Acoplamientos flexibles: el caballo de batalla de uso general

Los acoplamientos flexibles son la categoría de acoplamientos más utilizada en aplicaciones de motores eléctricos. Su característica definitoria es la presencia de un elemento flexible (generalmente un elastómero, un resorte o una membrana metálica delgada) que permite que el acoplamiento se adapte a la desalineación entre ejes sin transmitir las fuerzas resultantes a los rodamientos y sellos.

Acoplamientos de mandíbula (araña) se encuentran entre los diseños de acoplamientos flexibles más comunes. Dos cubos metálicos, normalmente de aleación de aluminio o acero, enganchan un elemento de araña elastomérico entre ellos. La araña transmite torsión a través de la compresión mientras absorbe cargas de impacto y desalineaciones angulares y paralelas menores. La dureza de la araña es una variable de selección clave: las arañas más blandas absorben más impactos pero ofrecen una menor capacidad de torsión y pueden dañarse por sobrecargas sostenidas; Las arañas más duras manejan pares de torsión más altos pero transmiten más vibraciones. Los acoplamientos de mandíbula se utilizan ampliamente en bombas, transportadores, ventiladores y accionamientos industriales en general.

Acoplamientos de neumáticos (neumáticos) utilizar un elemento elastomérico continuo con forma de neumático. La alta flexibilidad del elemento del neumático se adapta a desalineaciones mayores que los acoplamientos de mordazas (particularmente desalineaciones angulares) y proporciona un excelente aislamiento de vibraciones. No requieren mantenimiento, no requieren lubricación y se utilizan en aplicaciones de baja velocidad donde la compensación de desalineación es el requisito principal. Acoplamientos de pasador elástico (casquillo de pasador) transmiten el torque a través de pasadores equipados con casquillos de caucho o nailon, lo que proporciona una flexibilidad moderada y una buena absorción de impactos, con la ventaja adicional de un reemplazo simple del elemento sin alterar la alineación del eje.

Rokang's Gama de acoplamientos flexibles que cubre neumáticos, pasadores elásticos y diseños elastoméricos relacionados. aborda los requisitos de acoplamientos flexibles de uso general en este rango de aplicaciones.

Servoacoplamientos: precisión para aplicaciones de control de movimiento

Las aplicaciones de servomotores (máquinas herramienta CNC, robótica, equipos semiconductores, bancos de pruebas de precisión) imponen requisitos que los acoplamientos flexibles de uso general no pueden cumplir. La exigencia principal es cero juego: cualquier juego angular en el acoplamiento se traduce directamente en un error de posicionamiento en la carga. Un segundo requisito es una alta rigidez torsional, de modo que la dinámica del bucle de servocontrol no se vea comprometida por un acoplamiento que actúa como un resorte en la transmisión. Al mismo tiempo, el acoplamiento aún debe adaptarse a las desalineaciones del eje inherentes a cualquier instalación real sin imponer cargas laterales a los cojinetes del motor.

Acoplamientos de diafragma cumplen estos requisitos a través de un disco metálico delgado y flexible (simple) o una pila de discos (doble) que transmiten torque con alta rigidez torsional mientras se flexionan para absorber la desalineación angular y axial. Los diseños de diafragma único se adaptan principalmente a la desalineación angular; Los diseños de doble diafragma manejan desplazamientos tanto angulares como paralelos. La construcción totalmente metálica significa que no hay desgaste, lubricación ni degradación del rendimiento con el tiempo, algo fundamental en aplicaciones de precisión donde se requiere un comportamiento constante durante millones de ciclos. Rokang's Acoplamientos de diafragma de servomotor para aplicaciones CNC y de accionamiento de precisión están disponibles en aleación de aluminio y acero, en configuraciones de diafragma simple y doble, con opciones de sujeción y fijación del cubo con tornillo de fijación.

Servoacoplamientos de mandíbula (araña) en la categoría de servos utilizan elementos de araña más rígidos y tolerancias de fabricación más estrictas que sus contrapartes de uso general, logrando un juego casi nulo para servos de servicio liviano a medio. Acoplamientos Oldham utilizan un diseño de tres piezas (dos cubos y un disco central flotante) que se desliza sobre chavetas cruzadas para acomodar la desalineación paralela sin juego, lo que los hace particularmente adecuados para aplicaciones donde el desplazamiento del eje es el principal tipo de desalineación. Acoplamientos de viga (helicoidales) están mecanizados a partir de una sola pieza de aluminio o acero inoxidable con cortes helicoidales que crean un elemento flexible integral: compacto, sin juego y adecuado para aplicaciones de instrumentación, codificadores y servos de uso liviano. Acoplamientos de fuelle Utilice un elemento de fuelle de metal corrugado que proporciona una alta rigidez torsional con una excelente adaptación a la desalineación y cero juego, cubriendo el rango superior de requisitos de rendimiento del servoacoplamiento. Rokang's Acoplamientos de mandíbula y araña diseñados para servosistemas y sistemas de automatización. complete la oferta de servoacoplamientos junto con los tipos de diafragma, viga, oldham y fuelle.

Acoplamientos de engranajes y acoplamientos de diafragma de alta velocidad: servicio pesado y de alto rendimiento

En niveles de par y tamaños de eje más altos (transmisiones industriales, laminadores, grúas, compresores, turbinas), los requisitos del acoplamiento cambian desde la adaptación a la desalineación hasta la máxima densidad de par y un rendimiento confiable bajo cargas pesadas sostenidas.

Acoplamientos de engranajes Transmite torsión a través de dientes de engranajes engranados en cubos internos y externos, con el perfil de diente coronado en el cubo exterior permitiendo la desalineación angular y axial mientras se mantiene la capacidad de carga total. El acoplamiento de engranajes de tambor (coronado) es el diseño estándar de la industria pesada: ofrece la relación de torsión por diámetro más alta de cualquier tipo de acoplamiento flexible y maneja el desplazamiento tanto angular como axial a través de la geometría de la malla de dientes. Para aplicaciones de carga pesada con requisitos de eje intermedio, los acoplamientos de engranajes con ruedas de freno integradas o discos de freno combinan la transmisión de par y la función de frenado en un solo componente. Rokang's Acoplamientos de engranajes de tambor para sistemas de accionamiento industriales de alta carga. cubren las series estándar GICL/GIICL, así como variantes de ruedas y discos de freno para aplicaciones de grúas y transportadores.

Acoplamientos de diafragma de alta velocidad Ocupan un espacio de rendimiento diferente: torsionalmente rígidos, sin juego, libres de mantenimiento y capaces de operar a velocidades superiores a 10.000 rpm. Estos acoplamientos se utilizan en turbomaquinaria, compresores, generadores y bancos de pruebas de alta velocidad donde los requisitos de lubricación de los acoplamientos de engranajes son inaceptables y donde el equilibrio dinámico a altas velocidades de rotación es una especificación crítica. Como se indica en la guía de la industria de Recurso de referencia de Machine Design sobre principios de selección y diseño de acoplamientos flexibles , los acoplamientos totalmente metálicos, incluidos los tipos de diafragma y disco, generalmente logran diámetros exteriores más pequeños y pesos más bajos que las alternativas elastoméricas con clasificaciones de torque equivalentes, una ventaja importante en aplicaciones de alta velocidad donde la inercia y el equilibrio son críticos. Rokang's Acoplamientos de diafragma de alta velocidad con capacidad de hasta 10.000 rpm y más están diseñados para aplicaciones de turbomaquinaria, generación de energía y bancos de pruebas de alta velocidad.

Acoplamientos de resorte serpentino y acoplamientos de cadena: soluciones flexibles de alto torque

Para aplicaciones que necesitan una importante absorción de impactos y tolerancia a la desalineación junto con una alta capacidad de torsión (transportadores pesados, equipos de minería, trituradoras, accionamientos de bombas grandes), dos diseños de acoplamiento son particularmente adecuados.

Acoplamientos de resorte serpentinos transmite el par a través de un elemento de resorte de acero continuo en forma de S tejido entre dientes en dos cubos opuestos. El resorte actúa como elemento de transmisión de torsión y como elemento flexible simultáneamente, proporcionando una excelente absorción de impactos, una alta capacidad de torsión y la capacidad de adaptarse a desalineaciones angulares, paralelas y axiales. A diferencia de los acoplamientos elastoméricos, el elemento de resorte de acero no se degrada con la temperatura o la exposición a aceites y productos químicos, lo que hace que los acoplamientos de resorte serpentinos sean muy adecuados para entornos industriales hostiles. También son compactos por su índice de torsión, lo cual resulta ventajoso cuando el espacio es limitado. Rokang's Acoplamientos de resorte serpentinos para aplicaciones de transmisión de alto torque y carga de choque Están disponibles en las variantes estándar, de montaje rápido, de doble brida y de disco de freno.

Acoplamientos de cadena Utilice una cadena de rodillos de doble hilo que une dos cubos de ruedas dentadas. Son fáciles de instalar y mantener, tolerantes a la desalineación dentro del paso de la cadena y capaces de transmitir un par elevado a un costo relativamente bajo. La principal limitación es que requieren lubricación periódica y no son adecuados para aplicaciones de alta velocidad. Para transmisiones de velocidad moderada y alto torque en entornos agrícolas, mineros e industriales en general, los acoplamientos de cadena siguen siendo una solución práctica y rentable.