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PROFESOR: JORGE BRUNA ALUMNO: DANIEL GÓMEZ
TDI 4201-08 D MTI 2201 – 013 D
Técnico en Mantenimiento Industrial
ACOPLES MECANICOS
17 SEPTIEMBRE
2013
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ÍNDICE
Índice…………………………………………………………………. 1
Introducción…………………………………………………….. 2
Acoplamientos mecánico…………………………………….. 3
Tipos de acoplamientos
Acoples Rígidos……………........ 3
Acoples Flexibles……………….. 4
Juntas Universales……………… 12
Causas generales de fallas en los acoplamientos………… 16
¿Qué es la desalineación de ejes?..........................................
Conclusión……………………………………………………….. 18
Bibliografía…………………………………………………………… 19
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INTRODUCCIÓN
Los acoplamientos mecánicos son elementos fundamentales en el diseño de
máquinas, que permiten unir o acoplar para comunicar el movimiento entre dos
ejes en línea recta con dirección paralela inclinada o en planos diferentes.
A través de la historia, se han realizado cambios en el diseño y en la selección de
materiales, con el afán de mejorar las prestaciones y aumentar la gama de
soluciones al problema de la trasmisión de movimiento entre ejes.
En el presente informe, veremos algunos tipos de acoples mecánicos, definiendo
algunos conceptos, características principales, algunos datos técnicos y sus fallas
más representativas, basado en un desarrollo más descriptivo que de análisis.
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FIGURA A-1 Acoplamiento rígido
ACOPLAMIENTOS MECANICOS
Los acoplamientos o acoples mecánicos son elementos de una máquina que
sirven para prolongar líneas de transmisión de ejes o conectar tramos de
diferentes ejes, en planos diferentes o con dirección paralela, para transmitir
energía.
En modelos de acoplamientos más avanzados y modernos, estos dispositivos de
acople también cumplen con la función de proteger su sistema y el mismo
mecanismo de sujeción contra cargas y fuerzas excesivas.
¿Para qué sirven los acoples mecánicos?
Los acoplamientos pueden tener muchas funciones, pero su propósito principal es
el de conectar los ejes de las unidades que fueron manufacturadas por separado y
que giran, como el motor o el generador.
Estos, sin embargo, sí permiten un cierto movimiento final o desalineación para la
flexibilidad y también proporcionan una fácil desconexión de los dos dispositivos
independientes para las reparaciones o modificaciones. Además, reducen el
choque que se transmite de un eje a otro, protegen contra las sobrecargas y
pueden alterar la cantidad de vibraciones que experimenta una unidad giratoria.
TIPOS DE ACOPLAMIENTOS
1.- ACOPLAMIENTOS RÍGIDOS
Los acoplamientos rígidos se diseñan para unir firmemente dos ejes entre sí, para
que no exista movimiento relativo entre ellos.
Estos acoples se utilizan en equipos donde se requiera y se pueda dar un
alineamiento preciso de los ejes, no sólo en el momento de instalación, sino
también durante su funcionamiento.
La figura A-1 muestra un acople rígido típico, en
donde las bridas (o flange) se montan en los
extremos de cada eje y se unen mediante una
seria de pernos. De esta manera, la carga pasa
desde el eje motriz a su flange, pasa por los
pernos al flange acoplado resultando en el
impulso del eje acoplado.
Al analizar este funcionamiento, se percata el
hecho de que para su diseño es de suma
importancia considerar la fuerza cortante que es
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FIGURA A-2 Flange DIN 2501 PN10. Fundición Industrial, Mecánica y Artística c.a. (FIMACA)
sometida en los pernos por el par torsional.
La fuerza cortante total aplicada sobre los pernos depende: del radio de la
circunferencia formada por los pernos (D) y del par torsional (T).
Si consideramos a N como
el número de pernos, el
esfuerzo cortante () de cada
uno de ellos es:
Otro acople rígido es el de tipo
manguito.
Idóneos para acoplar dos ejes
cuando no se requiere flexibilidad.
Constan de un manguito de una
pieza con dos tornillos de ajuste.
Para aplicaciones de servicio ligero a
medio.
2.-ACOPLAMIENTOS FLEXIBLES
Este tipo de acople permite trasmitir par torsional uniformemente, y al mismo
tiempo permitir cierto desalineamiento axial, radial y angular.
Esta flexibilidad es tal, que cuando se produce desalineamiento, las piezas de
acople se mueven con poca o ninguna resistencia; de tal manera que no se
desarrollan esfuerzos axiales o flexionantes apreciables en el eje.
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Existe una gran cantidad de acoples flexibles en el mercado, los cuales se han
diseñado para trasmitir un par torsional límite, proporcionado por el fabricante.
Tipos de acople flexible:
2.1 Acoplamiento de cadena. El par torsional se
trasmite a través de una cadena doble de rodillos. Las
holguras entre la cadena y los dientes en las dos
mitades de los acoplamientos se adaptan al
desalineamiento.
2.2 Acoplamientos tipo quijada. Conocidos también como tipo TUPAC, la cupla
es transmitida a través de un inserto
ubicado entre dos medios cuerpos
de fundición. La estrella o cruceta
permite hasta 2° de desalineación
angular entre los ejes, absorbe
marchas, contramarchas,
vibraciones e impulsos. Con su uso
se evita el desgaste de rodamientos
y cojinetes debido a que su relación
peso-potencia es baja. Su repuesto
es económico y de fácil recambio.
Desventajas: Limitada trasmisión de potencia y debe desmontarse axialmente uno de los cubos para poder remplazarlo.
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Mejoras respecto a lo anterior proporcionadas por algunos fabricantes: Los insertos puede ser de
NEOPRENO (aplicaciones de servicio
normal), BRONCE IMPREGNADO EN
ACEITE (aplicaciones de baja
velocidad y par torsional grande) y
POLIURETANO (capacidad extra, a
velocidad de media a grande).
Falk™ Wrapflex® Elastomer
Couplings distribuido en chile por
DUCASSE, es un acople tipo quijada
que ofrece variadas mejoras, dentro
de las cuales destaca el hecho que
para sustituir el inserto, no es
necesario borrar los centros ni
desalinear los ejes, lo que reduce el
tiempo de inactividad del equipo en
mantención.
2.3 Acoplamientos Ever-Flex. Las propiedades de este acoplamiento consisten
en:
Generalmente reduce al mínimo la
vibración torsional,
Amortigua los choques de carga.
Compensa el desalineamiento paralelo
hasta de 1/32 pulgada.
Adapta a desalineamiento angular de ± 3°
Proporciona una flotación adecuada en los
extremos, de ± 1/32 pulgada.
2.4 Acoplamiento Grid-Flex. El par torsional se
transmite a través de malla flexible de acero. La flexión
de la reja permite el desalineamiento, y la hace elástica
torsionalmente, para resistir choques de carga.
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En la siguiente tabla, se presentan algunas aplicaciones de Acoplamientos de
Grilla - Tipo Tapa Horizontal T10 marca NORD TECHNIK.
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Características
- 19 tamaños, 1 tipo (solo Tapa
horizontal T10)
- Flexibilidad durante el torque de
arranque.
- Elemento flexible tipo grilla en acero.
- Capacidad hasta 172.822 (N-m)
(1.520.834 (Lb-plg))
- Bajo costo inicial
- Intercambiable 100% con productos
similares de la competencia hasta el
tamaño 1140T10
2.5 Acoplamiento de engranes. El par
torsional se trasmite entre dientes tallados en
la corona, de la mitad del acoplamiento a la
camisa. La forma coronada (abombada) de los
dientes de los engranes permite el
desalineamiento.
El distribuidor DUCASSE nos
presenta un tipo de acople de
engrane, Pernos expuestos versión
G20 marca NORD TECHNIK.
Características:
- Camisas enflanchadas y contínuas
- 11 tamaños, 1 tipo (Pernos
expuestos versión G20)
- Rigidez torsional
- Elementos de precisión, flexibles
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- Para diámetros de ejes hasta 289 mm (11 plg.)
- Capacidad de hasta 135.000 N-m (1.188.000 (Lb-plg))
- El costo inicial mas bajo para altas capacidades
- Homologable 100% con productos similares de la competencia hasta el tamaño
1070G20
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2.6 Acoplamientos de fuelle. La
flexibilidad inherente de los resortes
se adapta a las desalineaciones.
Alta rigidez torsional
Íntegramente metálicos (cubo
de aluminio, fuelles de acero
inoxidable)
No necesitan mantenimiento
Baja carga de reacción y baja
inercia
2.7 Acoplamiento PARA-FLEX®. Como usan un elemento elastómero, permite el desalineamiento y amortigua choques.
El fabricante BALDOR ELECTRIC COMPANY, DODGE®, nos proporciona una completa guía de instalación y selección de acople. Permitiendo lograr con los requerimientos obtenidos en el análisis del conjunto que se desea acoplar. Destaca la información respecto a la instalación y reemplazo del elemento flexible:
INSTALACIÓN DEL ELEMENTO FLEXIBLE
1. Limpie la zona de montaje de la brida, así como la superficie que va a entrar en contacto con el elemento, con un disolvente como el xileno (xilol), para eliminar la grasa, el aceite, la cera y la suciedad de las superficies. No limpie el elemento con el disolvente. Para facilitar la instalación del elemento puede aplicarse una solución de agua jabonosa diluida.
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2. Coloque el elemento flexible alrededor de las bridas, como se muestra en la Figura 5. Asegúrese de que los talones del elemento queden totalmente bajo los asientos. Para garantizar un asiento adecuado, golpee suavemente el diámetro exterior del neumático con una maza pequeña, hasta que se cierre la hendidura. Verifique que el elemento está uniformemente centrado sobre las bridas.
3. Mantenga cerrada la hendidura del elemento flexible como se muestra en la Figura 6. Apriete (con los dedos) uno o dos tornillos 180° desde la hendidura. Con las dos manos, desplace el neumático llevándolo hacia la hendidura. Mantenga cerrada la hendidura y apriete (con los dedos) los dos tornillos más alejados de la hendidura. Repita el procedimiento con el resto de los tornillos del anillo de cierre. Utilice una llave dinamométrica para apretar sucesivamente los tornillos del anillo de cierre, con el par especificado en la Tabla 1. Con una llave dinamométrica, vuelva a revisar todos los valores de par de apriete de los tornillos del anillo de cierre antes de la operación de acoplamiento.
SUSTITUCIÓN DEL ELEMENTO FLEXIBLE
Afloje todos los tornillos del anillo de cierre. Sujete un extremo del elemento
flexible en la hendidura y retírelo de las bridas. Limpie las piezas de sujeción con
un disolvente, como el xileno (xilol), para eliminar la grasa, el aceite, la cera y la
suciedad de las superficies.
No limpie el elemento con disolvente. Compruebe que los tornillos del anillo de
cierre sólo están enroscados una o dos vueltas. Vuelva a alinear las bridas e
instale el nuevo elemento flexible siguiendo las instrucciones de instalación de las
bridas y el elemento flexible. Al sustituir los tornillos y arandelas del anillo de
cierre, utilice únicamente de grado 8 SAE o clase ISO 10.9 y arandelas reforzadas.
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2.8 Acoplamientos FORM-FLEX®. Los acoplamientos Form-Flex son metálicos,
de larga duración, no tienen piezas movibles y no requieren lubricación. Su diseño
singular permite rigidez torsional con juego mínimo. Los acoplamientos Form-Flex
están disponibles en versiones de 4, 6 y 8 pernos y pueden soportar un amplio
rango de temperaturas.
El par se trasmite de los cubos a los elementos flexibles laminados, y al
espaciador.
3.- JUNTAS UNIVERSALES
Cuando una aplicación necesita adaptarse a desalineamiento entre ejes
acoplados, y el desalineamiento es mayor que los tres grados que suelen permitir
los acoples flexibles, se usa con frecuencia una junta universal.
3.1 Junta universal, conocida también como acoplamiento de Hooke, es un
mecanismo articulado esférico
muy usado para conectar dos
árboles o flechas cuyos ejes se
cortan. Independientemente de
su diseño y construcción para su
uso práctico, en esencia consta
de dos horquillas circulares
articuladas (eslabón 2 y 4) a
través de la cruceta rectangular
3. El eslabón 2 es el motriz
(motor) y el eslabón 4 es el
movido (seguidor). El eslabón 3
es una pieza transversal que
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conecta los dos yugos.
3.2 Junta BENDIX-WEISS, Se transmite la energía desde el motor al rodillo por
medio de cuatro bolas de acero en un punto en que los ejes de las ranuras de un
yugo interceptan los ejes de las ranuras del otro yugo. Una quinta bola con una
ranura proporciona la forma de fijar las partes del conjunto a la vez de absorber el
empuje longitudinal. Se puede demostrar que se obtiene una relación constante de
velocidad angular a partir de esta condición.
3.3 Junta RZEPPA, también conocida como JUNTA HOMOCINÉTICA, consta de
seis bolas que se alojan en una jaula especial o caja de bolas. A su vez, las bolas
son solidarias del árbol conductor y del conducido; este acoplamiento se produce
debido a que las bolas también se alojan en unas gargantas tóricas, que están
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espaciadas uniformemente a lo largo de dos piezas interior y exterior. La pieza
exterior, en forma de campana, está unida al árbol conducido, en el lado rueda. La
pieza interior es el núcleo del eje conductor, eje que, a su vez, se une a la junta
homocinética que sale de la caja de cambios.
La disposición de las bolas y las gargantas hace que sean dos bolas las que
transmiten el par, mientras que las otras cuatro aseguran el plano bisector. Tras
una pequeña rotación, otras dos bolas son las que pasan a transmitir el par,
mientras que las dos bolas que acaban de trabajar pasan al lado bisector.
Una de las ventajas de la junta Rzeppa es su larga vida, superior generalmente a
la del automóvil (esto es en teoría, porque en la práctica vemos muchos
automóviles tirados en la carretera debido a la pérdida de la grasa que está en el
interior del guardapolvos y que provoca una avería en la junta homocinética).
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3.4 JUNTA UNIVERSAL DOBLE, En la imagen se aprecia una junta universal
doble del tipo industrial, para servicio pesado. Algunas juntas de este tipo tienen
un tubo de conexión en dos partes, estriado, para permitir cambios apreciables en
la posición axial, y también para adaptarse al desalineamiento angular y paralelo.
3.5 JUNTA TRACTA, Está formada por dos flechas con extremos divididos y dos
partes semiesféricas, una que tiene una lengüeta y la otra un ranura para recibir la
lengüeta.
En aplicación es industriales se mantiene la junta debidamente alineada mediante
dos alojamientos esféricos que no se muestran. Cuando se arman, estos
alojamientos proporcionan un alojamiento de tipo de junta de bola que soporta las
flechas de manera que sus ejes se interceptan en todo momento en un punto
equidistante desde
los centros de los
miembros
semiesféricos. Con
esta alineación, la
junta tracta transmite
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el movimiento con una relación constante de velocidad.
Causas generales de fallas en los acoplamientos.
En general las fallas en los acoplamientos se dividen en dos categorías:
1. Fallas debidas a efectos internos: tales como un maquinado inapropiado o
de mala calidad. Los problemas más comunes tienen que ver con la
concentricidad, escuadrías de las partes coincidentes y tolerancias sobre
los diversos diámetros usados como pilotos. Los materiales defectuosos
han contribuido a muchas fallas prematuras de los acoplamientos.
Otra causa de fallas debido a defectos internos es el diseño. La lubricación
apropiada en el punto exacto donde se requiere, debe ser considerada al
momento de realizar el diseño, de manera que durante el funcionamiento
este lubricado en todo momento.
2. Fallas a condiciones externas: Más allá de la capacidad del acoplamiento. Las
más comunes son:
a. Selección inapropiada del acoplamiento.
b. Desalineamiento excesivo: Para realizar una buena alineación deben
comprenderse diversas posiciones relativas que pueden tener dos árboles. Éstas
son:
Desalineación paralela: Es la más fácil de comprender, medir y corregir.
Desalineación angular: Es la más difícil de medir y corregir, rara vez se
puede observar desalineación angular pura.
Desalineación combinada: Es la más probable de encontrar entre dos
árboles. Y no puede corregirse en un solo paso.
¿Qué es la desalineación de ejes?
Dos o más ejes están mal alineados si sus líneas centrales de rotación no son
colineales, cuando las máquinas están funcionando.
Existen dos tipos de desalineación, en paralelo o angular, de hecho en la práctica
suelen aparecer ambas al mismo tiempo.
Para eliminar la desalineación, las maquinarias deben ser alineadas en el plano
vertical y horizontal
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¿Qué métodos pueden utilizarse para alinear ejes?
Con el método de reloj comparador, debemos seguir los siguientes pasos:
Con la punta de un indicador de carátula apoyada sobre el árbol, verificar si los
dos árboles están verdaderamente rectos o no.
2. Deben instalarse los acoplamientos en los árboles, en seguida verificar respecto
a la uniformidad de su diámetro y en relación con lo plano de su cara. Un
acoplamiento con la perforación central excéntrica siempre funcionara en
condiciones desalineadas y tendrá una vida corta.
3. Con árboles próximos entre sí y para velocidades moderadas el método de
alinear dos máquinas utilizando una regla y calibradores de espesor resulta
satisfactorio.
4. El mejor procedimiento de alineación conocidos como los métodos de los
indicadores invertidos, requiere dos lecturas: Una con un indicador de carátula
sujeta a una de los árboles y su punta sobre el otro, y la segunda lectura con el
indicador invertido. Con este método sólo deben utilizarse indicadores ligeros,
pequeños y de carátula, y un brazo soporte robusto en vez de una base
magnética.
En resumen, es claro que el sistema de alineación láser es más rápido y fácil de
usar que el de indicadores de diámetro, tiene mayor precisión y requiere de menos
habilidad para obtener resultados precisos en cada alineación.
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CONCLUSIÓN
La alineación de ejes precisa puede prevenir una gran cantidad de fallas en los
equipos y reducir las paradas inesperadas que generan una pérdida de la
productividad.
En la actualidad, el diseño y desarrollo del estudio de la trasmisión de potencia
entre dos ejes da respuesta a este problema, en donde variados fabricantes que
ofrecen una gran gama de soluciones, otorgando información técnica necesaria
para la correcta elección del acople requerido.
En el desafiante mundo actual, la necesidad de reducir costos y optimizar activos
genera que el problema de desalineación entre dos ejes sea tratada cada vez más
satisfactoriamente, y los acoples flexibles juegan un papel vital en ese análisis.
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BIBLIOGRAFÍA
“Diseño de elementos de máquinas” Robert L. Mott 4°Ed. Pearson Prentice Hall
pág 512-518
SITIOS WEB:
http://www.lbaindustrial.com.mx
http://www.cylex.cl/reviews/viewcompanywebsite.aspx?firmaN
ame=skf+chilena+s.a.i.c.&companyId=11268283
http://www.flownex.com/information/flownex-se-
features/item/374-mechanical-couplings
http://www.labalinera.com/ac_bombas.html
http://www.ducasse.cl/productos/potencia-
mecanica/acoplamientos-mecanicos
