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Oren Eliott
 

LA SELECCIÓN Y ESPECIFICACIÓN DE LOS ACOPLES DE EJES

Se requiere la consideración de un gran número de factores en relación con los requisitos de balance y la capacidad de los acoples disponibles
requires the consideration of a large number of factors


Cuando se selecciona un acople de ejes, hay un número de factores, casi abrumador, a considerar; y muchos de estos factores interactúan unos con otros, haciendo la tarea más complicada. Por ejemplo, un ingeniero puede querer que el acople absorba la vibración torsional; pero esto será causa inevitable de que el acople tenga una baja rigidez torsional y los acoples con elementos elastoméricos capaces de amortiguamiento torsional ejercen generalmente grandes fuerzas reactivas en los rodamientos si son forzados a tolerar grandes desajustes radiales. El ingeniero tendrá que priorizar cada uno de estos factores en su solicitud y se le puede requerir un compromiso con algunas o con todas estas características.

En general, el ingeniero tendrá que hacer las siguientes elecciones al especificar un acople de eje:

Tipo de acople: El ingeniero tendrá que seleccionar el tipo general de acople basado en las fortalezas y debilidades de cada tipo, y basado en los requisitos generales de su sistema como él los ha priorizado.

Tamaño del acople: Esto es determinado principalmente por el tamaño del eje y por los requerimientos de torque del sistema, pero ello repercute en el espacio del desalineamiento, la inercia rotacional y el costo.

Material: Esto afectará el rango del torque del acople, la masa y el costo, así como otros factores.

Tipo de orificios y opciones sujeción: La selección del orificio generalmente es determinada por los ejes involucrados; y las opciones de sujeción requieren que el ingeniero sopese los costos contra la durabilidad.

Otros factores que pueden ser únicos en el sistema como el balance dinámico del acople a altas revoluciones.

En cada caso, el ingeniero debe sopesar el costo del acople, el desempeño y el ciclo de vida del mismo y las prioridades prestadas a cada criterio de desempeño para su aplicación.

Tipo de acople:

En algunas situaciones, será obvio qué tipo de acople es necesario; por ejemplo, si no hay un desalineamiento significativo, entonces un acople rígido será la opción menos costosa y más confiable. Si el amortiguamiento torsional es claramente la consideración principal, entonces, el acople de quijada es la opción obvia. Pero, en la mayoría de los casos, el ingeniero tendrá una serie de especificaciones del sistema que le requerirán sopesar muchos factores diferentes y tomar decisiones que prioricen aquellas que considere las más importantes mientras compromete otros factores. Estas consideraciones incluyen:

Requisitos de torque del sistema: los requisitos de torque pueden ser calculados de, tanto del torque del componente conducido o de los caballos de fuerza y las revoluciones por minuto del lado conductor. Sin embargo, los factores de servicio relacionados con la naturaleza de las aplicaciones deben ser considerados también, y el acople puede ser reducido por la temperatura y el desalineamiento, si alguno se aproxima los límites operacionales del acople.

El factor de servicio total es la suma del factor de servicio del lado conducido y el factor de servicio del lado conductor y cada uno es la medida del rigor de la aplicación. Los factores de servicio específico para varias aplicaciones están listados dentro de la herramienta de selección de número de pieza de acoples de OEP. Esta herramienta también reduce el acople por temperatura y desajuste: Aunque un acople pueda ser clasificado para 180 F°, esto no significa que su desempeño a 170 F° será el mismo como si estuviera temperatura ambiente.

Amortiguamiento de vibración torsional contra rigidez torsional: Mientras una se incrementa la otra se reduce.

Desalineamiento del sistema: Radial, angular y axial, después de cualquier expansión térmica durante la operación.

Fuerzas reactivas ejercidas por el acople: Bajo desalineamiento, todos los acoples flexibles ejercen fuerzas reactivas en los rodamientos de soporte en los lados conductor y conducido; el tamaño de estas fuerzas varía con la magnitud del desalineamiento, la cantidad del torque y el tipo de acople.

Desempeño del acople contra costo del acople: En algunas situaciones, el valor o la fragilidad de los componentes conductor o conducido obligarán al diseñador, por ejemplo, a especificar un acople más costoso que ejerza menos fuerzas reactivas.

Vida útil del acople contra costo de reemplazo: en algunas situaciones, cuando la inactividad del aparato es particularmente costosa, o cuando el diseño del ensamblaje hace el mantenimiento del acople difícil, el ingeniero seleccionará un acople que requiera probablemente menos reemplazos o mantenimiento.

Diferentes tipos de acoples ofrecen diferentes ventajas y desventajas:

Los acoples rígidos
no pueden dar cabida a casi ningún desalineamiento; en caso de que ocurran algunos desalineamientos, de inexactitud en el ensamblaje o de dilatación térmica durante la operación; el uso de acoples rígidos puede producir grandes fuerzas reactivas en los rodamientos de soporte. Sin embargo, cuando estos desajustes son pequeños y los rodamientos resistentes, los acoples rígidos serán la opción para una vida útil económica y duradera.

Los acoples Oldham pueden soportar grandes desalineamientos radiales, pequeños angulares y axiales moderados; ofrecen una buen pico de torque y rigidez torsional, transmisión homoquinética (el lado conducido va a la misma velocidad que el lado conductor siempre), fuerzas reactivas muy bajas, y bajo costo; son siempre una buena opción para un acople flexible en la mayoría de las aplicaciones.

Los acoples Oldham/Universales ofrecen todas las ventajas de los acoples Oldham, pero pueden soportas hasta 6 grados de desalineamiento angular.

Los acoples de bloque son una variación antigua del acople Oldham que no ofrecen el fusible mecánico de la sección media del acople Oldham: Bajo un excesivo torque, la sección media de un acople Oldham se romperá pero los cubos permanecerán intactos; de esta manera, la económica sección media puede ser reemplazada. Un acople de bloque no se romperá hasta que los cubos mismos fallen también. (Aunque, la sección media del bloque puede ser reemplazada después del desgaste). Esta característica de seguridad anti-falla puede ser considerada ventajosa en algunas aplicaciones. El acople de bloque puede incluir un receptáculo interior de grasa, y es bueno en ambientes sucios o extremos.

Los acoples de quijada ofrecen la ventaja de amortiguamiento de la vibración torsional. Soportan grandes torques y pequeños desalineamientos a bajo costo. No tienen buena rigidez torsional, sin embargo, alguna retracción ocurrirá.

Las juntas universales son usadas en aplicaciones con un desalineamiento angular grande—hasta 45 grados con una simple unión. Sin embargo, Radial y axialmente son esencialmente inflexibles.

Los acoples magnéticos son usados para transmitir rotación a través de una barrera. Soportan grandes desalineamientos y sirven como cierto embrague deslizante, pero son clasificados para uso en torques muy pequeños; tienen muy poca rigidez torsional y un alto costo.

Los acoples helicoidales son acoples metálicos flexibles de una pieza de costo moderado que soportan altas fuerzas reactivas bajo desalineamiento y retracción (hasta siete grados); aunque no tiene partes deslizables, pueden eventualmente fatigarse y fallar, y no es económico reemplazar un elemento desgastado.

Los acoples de fuelle tienen un elemento metálico de pared flexible y pueden soportar grandes desajustes con bajas fuerzas reactivas pero son útiles sólo para torques bajos y tienen una baja rigidez torsional cuando son medidos en torques que se aproximan al pico. Como los acoples helicoidales, estos son unidades de costo moderado que eventualmente se fatigan.

Los acoples de engranaje, rejilla y cadena son diseños muy robustos pensados para ejes de gran tamaño (de más de dos pulgadas de diámetro), torques muy altos y aplicaciones en duras condiciones.

Los acoples de pasador y buje son ensamblajes de gran diámetro que soportan pequeños desalineamientos y ofrecen poco amortiguamiento torsional.

Tama�o del acople:

El tama�o del acople debe ser lo suficientemente grande como para albergar los dos ejes; un acople puede ser tambi�n demasiado grande para el tama�o de un eje determinado � por ejemplo, pocos fabricantes producen un acople de 2 pulgadas de di�metro que pueda soporta un eje de 0.125 pulgadas de di�metro.

Cuando se incrementa el di�metro del acople, el pico del torque tambi�n se incrementa, como sucede con la magnitud del desalineamiento radial, de esta manera, incrementar el tama�o dentro de un determinado tipo es la forma m�s natural de especificar un acople que satisfar� estas dos necesidades. Sin embargo, el ingeniero no querr�a sobre compensar aqu� y seleccionar un acople que fuera m�s grande que el necesitado como si esto no necesariamente incrementara la inercia rotacional y el costo.

Materiales del acople:

La selecci�n adecuada de los materiales puede asegurar que el acople resista la temperatura requerida y el torque mientras se minimiza el costo.

Los acoples r�gidos y los cubos de acoples flexibles est�n disponibles generalmente en aluminio, acero inoxidable, bronce y termopl�sticos avanzados. Cada uno tiene sus ventajas:

El aluminio ofrece bajo costo y un bajo momento de inercia. Cuando es recubierto apropiadamente, tambi�n ostenta un bajo coeficiente de fricci�n, buenas caracter�sticas de desgaste y conveniente resistencia a la corrosi�n. En acoples que no tienen una secci�n media de sacrificio, y as� la fortaleza del cubo es cr�tica, el uso de una aleaci�n propia (como la 7075) puede hacer a los cubos de aluminio tan fuertes como la aleaci�n de acero y casi tan fuertes como la de acero inoxidable. Para la mayor�a de las aplicaciones, el aluminio es la mejor opci�n por defecto para componentes met�licos de acoples.

El acero inoxidable ofrece gran resistencia a la corrosi�n y gran fortaleza en un amplio rango de temperaturas, pero incrementa el costo.

La aleaci�n de acero y lat�n es ventajosa si se tiene en cuenta el costo como el factor principal.

El Ultem© puede ser usado en acoples r�gidos, , haci�ndolos el�ctricamente aislados, con gran fortaleza en un rango amplio de temperaturas y una buena estabilidad dimensional.

Hay tambi�n algunas opciones disponibles en la secci�n media de los acoples flexibles:

El Delrin© es la opci�n m�s com�n para acoples flexibles no elastom�ricos como el acople Oldham. Ofrece bajo costo, buen desgaste, relativamente altos torque y rigidez torsional. Hay una diferencia importante en el desempe�o, sin embargo, entre secciones medias maquinadas Derlin�, las cuales ofrecen m�s altos torque de quiebre est�tico y rigidez torsional, comparadas con las secciones medias modeladas Delrin�.

El nailon es ofrecido algunas veces en acoples Olham como una alternativa aun de costo m�s baja a la Derlin�. Tambi�n, en ocasiones, se considera que tiene m�s amortiguaci�n torsional que el Derlin�, aunque cualquier diferencia entre los dos en este aspecto en significativamente peque�a.

Los termopl�sticos de alta temperatura en ocasiones son ofrecidos como una alternativa al Derlin. Superan al Derlin no s�lo en servicio a m�xima temperatura sino tambi�n en torque y rigidez.

El uretano es una opci�n com�n para las secciones medias de acoples flexibles elastom�ricos como el acople de quijada, con un desempe�o diverso en t�rminos de compresi�n, servicio de temperatura y resistencia qu�mica. Los acoples OEP tambi�n ofrecen su secci�n media de acoples Oldham en Uretano, recubierto con un revestimiento de baja fricci�n; esto le proporciona al usuario un acople h�brido con gran adaptaci�n al desalineamiento radial y bajas fuerzas reactivas de un acople Oldham, pero con caracter�sticas excepcionales de amortiguaci�n torsional.

Los cauchos moldeados de alta temperatura son algunas veces ofrecidos como una alternativa al Uretano para secciones medias de acoples de quijada.

Tipos de orificio y opciones de sujeci�n para ejes:


Los orificios pueden ser poligonales, para encajar en ejes poligonales, pero los orificios cil�ndricos son los m�s comunes. Hay tres tipos de orificios cil�ndricos:

Los orificios pasantes son la opci�n m�s com�n; tienen la gran ventaja de facilitar el montaje porque el cubo puede ser deslizado hacia el eje y fuera del camino para insertar la secci�n media, entonces deslizar hacia atr�s y asegurar, as� que el acople puede ser instalado sin mover el componente conductor ni el conducido.

Los orificios ciegos (orificios que no atraviesan todo el cubo) ofrecen la ventaja potencial de dar un fondo al orificio para que el eje lo empuje, ayudando a localizar axialmente el cubo relativo al eje.

Los orificios acu�ados pueden ser tanto pasantes como ciegos. Un cu�ero es hecho dentro del orificio para aceptar llaves m�tricas o inglesas que tambi�n puedan asentar un cu�ero en el eje. Esto ayuda a trasmitir el torque desde el cubo y significa que la posici�n angular del cubo relativa al eje es as� predeterminada y no puede ser ajustada.

Las opciones de fijaci�n del eje incluyen:

Los juegos de tornillos son el m�todo de fijaci�n menos costosos y m�s vers�til; pero pueden estropear el eje haciendo la extracci�n dif�cil.

Los mecanismos de abrazaderas son anti rayones, hacen f�cil reemplazar la secci�n media y proporcionan un alto aseguramiento del eje del torque, particularmente cuando se combinan con un orificio de cu�a.

Los pasadores pueden ser insertados a trav�s de un agujero taladrado en el cubo y en el orificio del eje. Esto hace la extracci�n dif�cil, pero no imposible y es un m�todo de fijaci�n com�n en uniones universales.

Otras consideraciones:

Un factor que el dise�ador deber�a considerar en aplicaciones de altas revoluciones por minuto es el balance del acople. A altas revoluciones, un acople desbalanceado puede causar grandes fuerzas en los rodamientos de soporte y puede causar vibraci�n. La mayor�a de los acoples son suministrados desbalanceados y pueden ser prove�dos balanceados a un costo adicional. Muchos acoples son suministrados muy lejos de balance con un juego de tornillos o tornillos de abrazaderas en s�lo un lado del cubo y sin caracter�sticas que permitan la distribuci�n sim�trica del peso.

Todos los dise�os de los acoples OEP son, al menos te�ricamente, sim�tricos en la distribuci�n del peso, as� que pr�cticamente son balanceados, algo que evita el costo adicional de balanceo, requerimiento adicional en los de otros fabricantes.

Ocasionalmente, las fuerzas reactivas o la vibraci�n proveniente de acoples flexibles amplificar�n otras fuerzas dentro del sistema, o crear�n un reacci�n c�clica y se amplificar�an ellas mismas en ciertas frecuencias cr�ticas. Esto es dif�cil de predecir y la experimentaci�n es necesaria para determinar si esto va a pasar. A menudo esta situaci�n puede ser atenuada usando diferentes materiales de cubo con diferentes masas.

Conclusi�n:

Despu�s de escoger un tipo apropiado para la aplicaci�n, un tama�o que se ajuste a sus ejes y que tenga un adecuado torque, materiales apropiados para la aplicaci�n, y los mejores tipos de orificios y de aseguramiento de los ejes, el dise�ador debe verificar si su selecci�n puede superar algunos de los siguientes criterios que pueden considerarse cr�ticos:

El rango del torque excede al de la aplicaci�n, basado en el torque del componente conducido, o basado en el caballaje y las revoluciones por minuto del motor, despu�s de considerar los factores de servicio y despu�s de que el acople es reducido por temperatura y desajuste (si cada una se aproxima a los l�mites operacionales del acople);

El rango del acople est� en o por encima de las revoluciones por minuto de la aplicaci�n;

El rango del acople est� en o por encima del desalineamiento anticipado del eje (radial, angular y axial), despu�s de cualquier aumento t�rmico durante la operaci�n que se tiene en cuenta;

El acople es clasificado por encima de la temperatura ambiente m�xima anticipada

El acople puede alojar f�sicamente ambos ejes y encaja dentro del espacio f�sico disponible, incluyendo la longitud, el di�metro externo y la profundidad de los orificios;

El acople cumple con todos los criterios de dise�o en t�rminos de rigidez torsional, momento de inercia rotacional, amortiguamiento torsional, balanceo din�mico y estabilidad arm�nica en todas las frecuencias que pueda encontrar;

El costo del acople est� dentro del presupuesto.

La mayor�a de fabricantes de acoples tienen un personal t�cnico capaz de asesorar a los dise�adores en la selecci�n del acople.

Escrito por:
Steven Elliott
OEP Couplings,
Una filial de Oren Elliott Products, Inc.


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OEP Acoples
Una división de Oren Elliott Products, Inc.
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