Tipos de acoplamientos del eje del motor: guía completa de comparación y selección

Los acoplamientos de motor fallan por una razón más que cualquier otra: se seleccionó el tipo incorrecto. Ni de tamaño insuficiente, ni mal instalado: tipo incorrecto. Un acoplamiento de mordazas en un servoaccionamiento de precisión de alta velocidad introduce un juego que degrada la precisión del posicionamiento. Un acoplamiento rígido en una bomba con desalineación angular acaba con los rodamientos. Comprender lo que separa un tipo de acoplamiento del eje del motor de otro no es académico: determina directamente si una transmisión funciona de manera confiable durante años o se convierte en un problema de mantenimiento recurrente.

Los motores se conectan al equipo impulsado a través de acoplamientos que deben transmitir simultáneamente torque, tolerar la desalineación del eje, absorber la vibración y, en muchos casos, proteger el tren motriz contra sobrecargas. Ningún diseño hace todo esto igualmente bien. La elección correcta depende de cuatro factores superpuestos: requisitos de par y velocidad, calidad de alineación que se puede lograr en la instalación, la presencia de cargas de impacto o vibración, y si la aplicación exige juego cero.

Acoplamientos rígidos: máxima eficiencia, requisitos de instalación más estrictos

Cuando dos ejes están perfectamente alineados y permanecerán así durante toda la operación, un acoplamiento rígido es la opción disponible de mayor rendimiento. Crea una conexión mecánicamente fija sin elasticidad, sin pérdida de energía por flexión y sin elementos de desgaste. La eficiencia de transferencia de par se acerca al 100%.

El requisito estricto es una alineación perfecta: desplazamiento paralelo inferior a 0,05 mm y error angular normalmente inferior a 0,05°. Cualquier desviación más allá de esto se transmite directamente a los cojinetes del motor y del equipo impulsado como carga radial adicional, lo que acelera el desgaste. Los acoplamientos rígidos son la opción correcta para accionamientos de bombas verticales, husillos de máquinas herramienta, sistemas de posicionamiento de precisión y cualquier configuración en la que se realice una alineación láser durante la instalación y se verifique periódicamente.

No son apropiados donde el crecimiento térmico, la flexión del marco o la vibración causarán que los ejes se muevan entre sí después de la instalación. En esos entornos, se requiere un tipo de acoplamiento flexible.

Acoplamientos de mandíbula/araña: flexibilidad confiable para transmisiones de uso general

Entre los tipos de acoplamientos más utilizados en la automatización industrial se encuentran bombas, ventiladores y accionamientos de cintas transportadoras. Un acoplamiento de mordazas consta de dos cubos metálicos con mordazas entrelazadas, separados por un inserto de araña de poliuretano o caucho. El elemento de araña absorbe la vibración, se adapta a la desalineación angular de hasta 1° y proporciona cierto grado de protección contra sobrecargas. siendo el elemento de sacrificio si se producen picos de torsión.

La selección del material de la araña es muy importante. Las arañas de poliuretano ofrecen mayor capacidad de torsión y mejor resistencia al aceite. Las arañas de goma proporcionan una mayor amortiguación de las vibraciones y funcionan mejor en entornos de baja temperatura. Las arañas Hytrel cubren ambos requisitos a temperaturas de funcionamiento elevadas.

Una limitación: la araña introduce una pequeña cantidad de juego, normalmente de 0,5° a 1,5°, dependiendo del estado de desgaste. Esto hace que los acoplamientos de mordazas no sean adecuados para sistemas de servoposicionamiento donde la precisión bidireccional es crítica. Para esas aplicaciones, los tipos de diafragma o fuelles son la opción adecuada. Nuestro Acoplamientos de araña de mandíbula de aleación de aluminio de alta rigidez están optimizados para la automatización industrial donde la robustez y el fácil reemplazo de la araña son lo más importante.

Acoplamientos de diafragma: Juego cero para aplicaciones de servo y de alta velocidad

Los acoplamientos de diafragma utilizan uno o más elementos metálicos delgados del diafragma para transmitir el torque mientras se adaptan a la desalineación mediante la flexión elástica del diafragma. El resultado es un acoplamiento que es torsionalmente rígido, lo que significa que transmite torque sin retraso angular, pero angular y axialmente flexible, capaz de manejar la desalineación sin transmitir momentos de flexión a los cojinetes del eje.

El juego cero y la alta rigidez torsional hacen que los acoplamientos de diafragma sean la opción estándar para los servomotores. , ejes acoplados a codificador y cualquier sistema donde la precisión de la posición bidireccional no sea negociable. No requieren lubricación, no tienen elementos de desgaste en funcionamiento normal y funcionan limpiamente en entornos farmacéuticos y de procesamiento de alimentos donde la contaminación por grasas o partículas de caucho es inaceptable.

Las versiones de un solo diafragma manejan únicamente la desalineación angular. Las configuraciones de doble diafragma agregan compensación de compensación paralela, lo que las hace adecuadas para tramos más largos entre el motor y el equipo impulsado. Nuestro Servoacoplamientos de aleación de aluminio de diafragma simple y doble El orificio de la cubierta abarca desde servomotores pequeños hasta variadores de CA de estructura mediana, con configuraciones de cubo de sujeción y de tornillo de fijación disponibles.

Acoplamientos de fuelle: Máxima compensación de desalineación con juego cero

Los acoplamientos de fuelle utilizan un fuelle de metal corrugado de pared delgada, generalmente acero inoxidable o aluminio, como elemento flexible. La estructura en forma de acordeón puede acomodar desalineaciones angulares, paralelas y axiales simultáneamente, a menudo con un rango angular mayor que un acoplamiento de diafragma, manteniendo al mismo tiempo un juego cero y una alta rigidez torsional.

Son la solución preferida para motores paso a paso, conexiones de codificadores ópticos y aplicaciones de instrumentación donde cualquier juego rotacional introduciría errores de medición. La estructura del fuelle es sensible a cargas de choque de alto par, por lo que no se utilizan en segmentos del tren motriz sujetos a arranques o inversiones bruscas bajo carga. Las aplicaciones incluyen ejes giratorios CNC, sistemas de posicionamiento láser y equipos de automatización de laboratorio.

Los acoplamientos de fuelle tipo abrazadera de aleación de aluminio ofrecen la mejor combinación de capacidad de desalineación y facilidad de instalación. Las variantes de acero inoxidable se seleccionan para ambientes corrosivos o donde la temperatura de funcionamiento excede el rango de la aleación de aluminio. Nuestro rango de acoplamiento de fuelle de precisión Incluye versiones de sujeción y de tornillo de fijación en aleación de aluminio y acero inoxidable.

Acoplamientos Oldham (deslizante cruzado): especialistas en compensación paralela

Cuando un eje impulsor y un eje impulsado son paralelos pero desplazados (común en disposiciones de cajas de cambios con espacio limitado), un acoplamiento Oldham resuelve el problema limpiamente. Construcción de tres piezas: dos bujes con ranuras para lengüetas y un disco central flotante que se desliza en ambos ejes. El acoplamiento transmite par a velocidad constante independientemente del desplazamiento paralelo. , lo que lo distingue de los acoplamientos de mordazas que pueden introducir ondulaciones de velocidad en ángulos de desalineación elevados.

El disco central suele estar hecho de acetal (Delrin), que proporciona autolubricación pero limita la capacidad de torsión. Las variantes de alto par utilizan discos centrales de aluminio con superficies deslizantes recubiertas de PTFE. Los acoplamientos Oldham se utilizan en accionamientos de motores paso a paso, actuadores lineales y accionamientos de bombas donde el desplazamiento paralelo resulta del apilamiento de tolerancias de la carcasa del rodamiento. Explora nuestro Serie de acoplamientos Oldham con cursor transversal para configuraciones estándar y de alto torque.

Acoplamientos de engranajes: par de servicio pesado con tolerancia a la desalineación

Para conexiones de motores de alta potencia en el rango de cientos de kilovatios y más, los acoplamientos de engranajes son el estándar de la industria. Los dientes del engranaje coronados (en forma de tambor) engranan entre los cubos interior y exterior, y el perfil del diente permite una desalineación angular y paralela mientras transmite pares de torsión muy altos. Los acoplamientos de engranajes manejan desalineaciones angulares de hasta 1,5° y desplazamientos paralelos de hasta 0,5 mm. dependiendo del diseño, mientras que su densidad de par (par por unidad de peso y tamaño) no tiene comparación entre los tipos de acoplamientos flexibles.

Requieren una lubricación periódica (grasa o baño de aceite), lo que supone una tarea de mantenimiento pero sencilla en la mayoría de instalaciones industriales. Son equipo estándar en accionamientos de laminadores, accionamientos de bombas centrífugas grandes y mecanismos de elevación de grúas. Vea nuestra gama completa de Acoplamientos de engranajes de tambor para sistemas de accionamiento industriales pesados. , incluidas variantes GICL de tipo ancho, GIICL de tipo estrecho y variantes de eje intermedio para aplicaciones de luces largas.

Acoplamientos de elementos flexibles: neumático, pasador de mandíbula, cadena y resorte serpentino

Más allá de las categorías principales anteriores, varios tipos de acoplamientos sirven a nichos específicos en aplicaciones de ejes de motores:

• Acoplamientos para neumáticos: Un elemento de neumático de caucho flexible proporciona una tolerancia muy alta a la desalineación y un excelente aislamiento de vibraciones. Se utiliza en propulsión marina, accionamientos de bombas y en cualquier lugar donde se deba minimizar la transmisión de vibraciones. Nuestro rango de acoplamiento de neumáticos Incluye configuraciones tipo UL y omega para una alta flexibilidad y una gran capacidad de compensación.
• Acoplamientos de pasador elástico (casquillo de pasador): Los pasadores con casquillo de nailon transmiten torsión al mismo tiempo que brindan amortiguación y compensación moderada de desalineación. Estándar en conexiones de motor eléctrico a bomba en industrias de procesos. Nuestro Acoplamientos de pasador elástico series LT y LX cubren un amplio rango de torque e incluyen variantes de ruedas de freno para aplicaciones combinadas de tracción y freno.
• Acoplamientos de cadena: Una cadena de rodillos de doble hilo une dos cubos de ruedas dentadas. Sencillo, rentable y capaz de manejar la desalineación del eje tanto en dirección angular como paralela. Adecuado para motores de velocidad y par moderados donde el acceso para mantenimiento es sencillo.
• Acoplamientos de resorte serpentino: Un elemento de resorte de acero endurecido se entrelaza con los cubos almenados para proporcionar flexibilidad torsional con alta capacidad de torsión. El elemento de resorte distribuye la carga entre múltiples puntos de contacto, brindando una excelente absorción de impactos y una larga vida útil. Se utiliza en minería pesada, plantas siderúrgicas y sistemas de propulsión de vehículos militares.

Cómo elegir el tipo correcto de acoplamiento del eje del motor

El proceso de selección sigue un árbol de decisión lógico. Analice estos criterios en secuencia:

1. Factor de par y servicio: Calcule el par máximo, incluidas las condiciones de irrupción, choque y sobrecarga. Multiplique por el factor de servicio apropiado (1,25–2,5 según la aplicación). Seleccione tipos de acoplamientos que puedan cumplir con este requisito en el rango de tamaño requerido.
2. Calidad de alineación: Si se realizará una alineación láser de precisión durante la instalación y se mantendrá durante la operación, los tipos rígidos o de diafragma son viables. Si la alineación es aproximada o cambiará durante la operación, seleccione tipos flexibles clasificados para la desalineación esperada.
3. Tolerancia de reacción: Los ejes acoplados por servo, paso a paso y codificador no requieren juego alguno: diafragma, fuelle o acoplamientos de viga. Las unidades de uso general toleran el juego del acoplamiento de las mordazas sin consecuencias.
4. Vibración y choque: Las cargas de choque elevadas requieren acoplamientos con elementos elastoméricos o de resorte: mandíbula, neumático, resorte serpentino. El aislamiento de vibraciones de alta frecuencia requiere cumplimiento tanto en la dirección de torsión como en la de flexión.
5. Entorno operativo: La temperatura, la contaminación y la exposición química limitan las opciones de materiales. Acero inoxidable para ambientes corrosivos. Diseños sin lubricación para salas blancas y procesamiento de alimentos. Revisa nuestro descripción general de las ventajas del diseño de acoplamientos en diferentes entornos operativos para obtener más orientación.

Una vez confirmado el tipo, sigue la selección de dimensiones: diámetro del orificio y tolerancia, longitud del cubo, holgura del diámetro exterior y clasificación de velocidad. Consulta el completo Catálogo de productos de acoplamiento CNRSK para identificar la serie de modelo y el tamaño correctos para la conexión del eje de su motor.