Acoplamientos Diseño De Maquinas

Acoplamientos

Alexander otalvaro pitalua

Mateo tabares Montoya

Objetivos. Se ha definido como objetivo principal de este informe, el describir diferentes tipos de acoplamientos mecánicos para conectar ejes alineados y no alineados Introducción. Los acoplamientos tienen por función prolongar líneas de transmisión de ejes o conectar tramos dediferentes ejes, estén o no alineados entre sí. Si dos ejes se pudieran alinear perfectamente, podrían serconectados con dos cubos con bridas o pernos. Una vez realizado se tiene la seguridad que ninguna de las dosmáquinas se moverá sobre la cimentación y que ésta no se asentará. Es un hecho real que siempre habráalguna desalineación entre un eje impulsor y un eje impulsado, por lo cual deben ocuparse “acoplamientosflexibles”. Es decir el propósito fundamental de los acoplamientos flexibles es transmitir el par de torciónrequerido desde el eje impulsor al impulsado y compensar el desalineamiento angular, paralelo o unacombinación de ambos, con numerosas funciones complementarias como proporcionar desplazamiento axial yasí mismo restringirlo Acoplamientos. Los acoplamientos son sistemas de transmisión de movimiento entre dos ejes o árboles, cuyas misiones son asegurar la transmisión del movimiento y absorber las vibraciones en la unión entre los dos elementos. Las vibraciones son debidas a que los ejes no son exactamente coaxiales. Hay desalineaciones angulares o radiales, aunque lo normal es que se presente una combinación de ambas. Algunos tipos de acoplamientos pueden funcionar como "fusible mecánico", permitiendo su rotura cuando se sobrepase cierto valor de par, salvaguardando así partes delicadas de la instalación que son más caras. Esto se consigue fabricando el acoplamiento o parte de él con materiales menos resistentes o con secciones calculadas para romper con un determinado esfuerzo. Los acoplamientos se clasifican en función de la posición del eje geométrico de los árboles que se han de conectar. Los principales tipos de acoplamiento son: 

El modelo rígido (no permite desalineaciones).

Se diseñan para unir dos ejes en forma apretada, de manera que no sea posible que se genere movimiento relativo entre ellos.

Los acoplamientos rígidos deben emplearse sólo cuando la alineación de los dos ejes puede mantenerse con mucha precisión, no sólo en el elemento en que se instalan, sino también durante la operación de las máquinas. 

Acoplamientos rígidos de manguito con prisionero

Estos acoplamientos cierran o ajustan por interferencia, mediante los tornillos. Algunos suelen poseer una chaveta o un prisionero común a ambos ejes, sin embargo es usual que estos casos se empleen en transmisiones de baja potencia o bajo torque. Los que tienen un ajuste preponderante por interferencia suelen tener los prisioneros con extremos en forma de tazas para que se incrusten mejor en el eje, a su vez los ejes en los extremos deben tener algún ligero rebaje para efectuar el ajuste en forma gradual. En caso de no contar con datos de fabricante, para detalles de cálculo de interferencia se sugiere emplear coeficientes de rozamiento de entre 0.15 y 0.20, correspondientes a la fricción de hierro fundido.

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Acoplamientos rígidos de platillos

Los platillos se ajustan fuertemente por medio de pernos y chavetas de material muy resistente. Estos dispositivos pueden calcularse aunque no se cuente con datos del fabricante, empleando hipótesis de esfuerzos cortante en los pernos de unión e hipótesis de fricción en toda la superficie de contacto, sin embargo se supone como condición de trabajo más segura emplear la hipótesis de corte puro. En estas circunstancias se debe garantizar un maquinado muy preciso en los alojamientos de los pernos y deben coincidir perfectamente.

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Acoplamientos por sujeción cónica

Se fabrican en varios diseños, siendo el más común el acoplamiento de dos o más piezas divididas, que se fijan alrededor de los ejes y que transmiten el torque por fricción e interferencia. El efecto de bloqueo se logra cuando el collarín dividido de superficie cónica es presionado entre el eje y la carcasa del acoplamiento, también de superficie cónica.

El modelo flexible (admite desalineaciones). Son diseñados de tal manera que sean capaces de transmitir torque con suavidad, en tanto permiten cierta desalineación axial, radial o angular. Dependiendo del método utilizado para absorber la desalineación, los acoplamientos flexibles pueden dividirse en: 

Acoplamientos de elementos deslizantes.

Absorben la desalineación por deslizamiento entre dos o más de sus componentes. Este deslizamiento y las fuerzas generadas por el momento de torsión transmitido generan desgaste. Los acoplamientos de este tipo tienen dos mitades, en virtud de que cada par deslizante de elementos puede absorber sólo desalineación angular, se necesitan dos de estos pares para acomodar la desalineación paralela. Estos acoplamientos se subdividen en: 

Acoplamientos del tipo de engranaje.

Constituyen el diseño más universal; pueden fabricarse casi para cualquier aplicación desde unos cuantos caballos de potencia hasta miles de ellos (desde menos de 1rev/m. hasta más de 20.000 rev/m). Para una aplicación determinada, un acoplamiento de engranaje suele ser más pequeño y más ligero que el de otro tipo.

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Acoplamientos de cadena.

Sobresalen por su sencillez. Todo lo que se necesita son dos ruedas dentadas y un trozo de cadena doble. Por lo general se utiliza a baja velocidades, excepto cuando se les agrega una cubierta especial, metálica o de plástico, para contener el lubricante; de lo contrario, sería expulsado por la acción de las fuerzas centrífugas. Este tipo se utiliza en aplicaciones acopladas cerradas.

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Acoplamiento de rejilla de acero.

Este tipo de acoplamiento es semejante, en muchos aspectos, al de engranaje. Tiene dos cubos con dientes externos, pero con un perfil especial. En vez de manguitos con dientes internos tiene una rejilla de acero que pasa por todos los dientes. Debido a que la rejilla se flexiona un poco bajo la acción del momento de torsión, este tipo es menos rígido respecto a la torsión que el de engranaje.

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Acoplamientos de elementos flexionantes.

Absorben la desalineación por la flexión de uno o más de sus componentes. Con el tiempo esta flexión puede hacer que falle el elemento, el cual deberá remplazarse. Resulta evidente que, cuanto menor sea la desalineación que deba absorber el acoplamiento, menor será la flexión que deben sufrir los elementos, pudiendo así obtenerse un servicio más largo sin problemas. Dependiendo del material utilizado del elemento flexionante, los acoplamientos se puede dividir en dos tipos:  

Con elemento metálico. Con elemento elastómero.

Aquellos con elemento metálico, sólo pueden absorber desalineación en cada punto de flexión. Para absorber desalineación paralela (no alineación), un acoplamiento necesita dos elementos flexionantes. Cuanto mayor sea la distancia entre los elementos, mayor será la no alineación que pueda absorber el acoplamiento. Aquellos con elemento elastómero, sólo pueden absorber la no alineación de uno de los elementos. Están diseñados para máquinas acopladas que estén próximas entre sí; sin embargo, si se utilizan con un buje especial para centrar, pueden aplicarse en los casos en que existen separaciones grandes entre ejes. 

Acoplamientos con elementos metálicos.

El elemento flexible no es de una sola pieza, se trata más bien de un paquete de muchos discos estampados, normalmente hechos con acero inoxidable. Los tamaños de un acoplamiento varían desde muy pequeñas hasta muy grandes. Con unas cuantas excepciones no se pude utilizar a altas velocidades. El paquete de discos múltiples ofrece la ventaja de un sistema redundante, y el acoplamiento puede funcionar incluso después de que han fallado uno o más discos. Sin embargo, el remplazar discos debe hacerse con el paquete como un todo, en vez de remplazar sólo los discos quebrados. Una desventaja de este tipo, es que toleran muy poco error en el espaciamiento axial de las máquinas.

Acoplamiento flexible de fuelle helicoidal.

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Acoplamiento con elemento elastómero.

Existen muy pocos diseños que utilizan elementos elastómeros: en algunos se tiene caucho, con o sin pliegues, y en otros se tienen plásticos. Cada modelo posee sus ventajas y desventajas propias, muchas veces la disponibilidad en algunas zonas es particular. Los más populares son las llantas de caucho, rosquillas de caucho, elemento rasurado y quijada.

Acoplamientos flexibles de manguitos de goma.

Acoplamiento flexible Acoplamiento flexible de quijada de goma.

de disco flexible.

 El acoplamiento hidráulico se distingue por la presencia de un cárter que se llena con aceite especial, dentro del cual hay un rotor solidario del árbol que es móvil y rige la rotación del mecanismo. La fuerza centrífuga generada por la rotación impulsa al aceite al exterior accionando un segundo rotor que, a su vez, pone en marcha el árbol de transmisión. El acoplamiento hidráulico trabaja con transmisión hidráulica. Mediante esta forma de transmisión se consigue:   

Poder arrancar progresivamente el eje secundario, venciendo así la inercia que pueda tener ese eje. Separar mecánicamente ambas partes, para que un bloqueo o sobrecarga en la máquina accionada (eje secundario) no impacte directamente sobre la máquina motriz. Poder variar la velocidad del eje secundario (velocidad de salida), mediante un control adecuado de la cantidad de fluido de transmisión presente entre las ruedas alabeadas.

La utilización del acoplador hidráulico como elemento de arranque y de variación de velocidad es habitual en cintas transportadoras, ventiladores, bombas, molinos y diversa maquinaria industrial. Debe tenerse en cuenta que las pérdidas de potencia inherentes a la transmisión hidráulica serán transformadas en calentamiento del fluido de transmisión, por lo que debe calcularse si el acoplador hidráulico es capaz de disipar ese calentamiento a través de su superficie o si es necesario un sistema de refrigeración para el mismo.

 El acoplamiento magnético. Es un sistema de transmisión de potencia de un motor de accionamiento a un eje valiéndose de fuerzas magnéticas. Dicha fuerzas se logran mediante un par de juegos de imanes permanentes. La unión se consigue de modo suave y de fácil regulación a través de de la acción magnética, para lo cual se dispone una mezcla de aceite y limaduras de hierro (en proporción 1:10) entre las superficies paralelas de dos platos; al pasar a través de esa mezcla una corriente de intensidad débil, las limaduras se magnetizan y accionan los platos. El desacoplamiento se consigue mediante la desmagnetización de las limaduras.

 Acoplamientos especiales o articulados. Entre estos encontramos los siguientes tipos de juntas:  Junta eslabonada de desplazamiento lateral. Este tipo de acoplamiento conecta dos ejes con desalineación paralela muy grande sin que por ello se pierda capacidad de transmisión de par torsor. Existen diversos modelos como la junta Schmidt que se muestra en la Figura:

 Junta universal. Este tipo de juntas permite una desalineación angular sustancial. Existen varios tipos, la denominada junta Cardan o Hooke y que no posee velocidad constante y la junta R zeppa que si tiene velocidad constante. Los primeros se montan de a pares para poder garantizar transmisión de velocidad constante cancelando el efecto de error de velocidad. Las juntas Rzeppa también conocidas como juntas homocinéticas son empleadas en los vehículos de tracción delantera.

Cada uno de los dispositivos que se muestra a continuación, poseen características importantes que los hacen más aptos para una tarea que para otra. Por otro lado, los acoplamientos son dispositivos cuya selección para un servicio determinado, es fuertemente dependiente del ofrecimiento en plaza de las empresas que los fabrican. En estas circunstancias no es posible delinear una teoría general o modelo matemático general de comportamiento ni de selección de acoplamientos y es recomendable utilizar la información que ofrecen los fabricantes en sus prospectos comerciales. Más allá de esta

práctica razonable, la selección de un tipo específico de acoplamiento estará supeditada al servicio que deba realizar.

Instalación del acoplamiento. Los acoplamientos se instalan en dos pasos: Primero, cada mitad del acoplamiento se instala sobre su árbol; en segundo lugar, una vez que las máquinas están alineadas, las dos mitades se atornillan entre sídirectamente o a través de un espaciador. Lubricación del acoplamiento. Los acoplamientos que incorporan elementos deslizantes requieren lubricación para minimizar el desgaste y en consecuencia incrementar su vida útil. Con unas cuantas excepciones este tipo de acoplamientosse lubrica con grasas. El uso de lubricantes y procedimientos apropiados recompensan al usuario con una vidade servicio larga y sin problema, no todas las grasas son apropiadas para lubricar los acoplamientos. Ventajas y desventajas de los acoplamientos. Ventajas • Como resultado de una innovación en tecnología y del avance en materiales, los acoplamientos de elastómero logran menor esfuerzo ante una gran desalineación, reducen las cargas de momento reducido en el rodamiento debidas al acoplamiento, y reducen las cargas debidas a acoplamientos desequilibrados y de alta confiabilidad. •Los acoplamientos de elastómero y elementos doblemente flexibles para bombas, están diseñados para ofrecer un menor costo de vida útil del sistema, y no sólo de los acoplamientos. •Los acoplamientos flexibles con elementos metálicos pueden trabajar incluso después que han fallado uno o más discos. Desventajas •Los acoplamientos rígidos para ejes como los de engranes y cadena, requieren una constante verificación de su sistema de lubricación, debido al movimiento deslizante. •Los acoplamientos con discos múltiples requieren para el reemplazo de un disco, cambiar el sistema como un todo, ya que no pueden reemplazarse sólo los discos quebrados. •Los acoplamientos rígidos casi no aceptan posibilidad de error en el espaciamiento axial de las máquinas •En los acoplamientos de engranes bajo fuerzas centrífugas la grasa tiende a separarse en aceite y jabón

Conclusión El uso de acoplamientos con monitoreo continuo de par torque, se convierte rápidamente en parteintegral de muchos programas de mantenimiento predictivo en las industrias que involucran procesosproductivos. Por lo tanto, los profesionales de nuestra área de mantenimiento industrial deben cumplirsatisfactoriamente los conocimientos de teorías de operación y funcionamiento, la medición de precisión y lostipos de medidores de par torque disponibles en el mercado actualmente La vibración de un acoplamiento y algunas veces su deterioro pueden ser un síntoma de otrosproblemas presentes. El significado de tales vibraciones se enfoca en la relación acoplamiento vibración y debeser analizada por el encargado de mantenimiento desde una perspectiva proactiva