Enganche

Un acoplamiento de viga , también conocido como acoplamiento helicoidal , es un acoplamiento flexible que transmite torsión entre dos ejes, permitiendo la desalineación angular, el desplazamiento paralelo e incluso el movimiento axial de un eje con respecto al otro. Este diseño utiliza una sola pieza de material y se vuelve flexible mediante la eliminación de material a lo largo de una trayectoria en espiral, lo que da como resultado una viga flexible curva de forma helicoidal. Al estar fabricado con una sola pieza de material, el acoplamiento de viga no presenta la holgura que se observa en algunos acoplamientos de varias piezas. Otra ventaja de ser un acoplamiento totalmente mecanizado es la posibilidad de incorporar características al producto final manteniendo la integridad de la pieza única.

Las modificaciones en el avance de la viga helicoidal modifican la capacidad de desalineación, así como otras características de rendimiento, como la capacidad de torsión y la rigidez torsional. Incluso es posible tener múltiples puntos de inicio dentro de la misma hélice.

El material utilizado para fabricar el acoplamiento de viga también influye en su rendimiento y en su idoneidad para aplicaciones específicas como la alimentaria, la médica y la aeroespacial. Los materiales más comunes son la aleación de aluminio y el acero inoxidable, pero también pueden fabricarse en acetal , acero maraging y titanio . Las aplicaciones más frecuentes son la fijación de codificadores rotativos a ejes y el control de movimiento para robótica .

Los acoplamientos de viga pueden conocerse con diversos nombres según el sector industrial. Entre ellos se incluyen acoplamiento flexible, acoplamiento de viga flexible, acoplamiento de eje flexible, flexión, acoplamiento helicoidal y acoplamiento de eje.

La principal ventaja de utilizar un acoplamiento de viga flexible para unir dos ejes giratorios es la reducción de las vibraciones y las cargas de reacción, lo que a su vez reducirá el desgaste general de la maquinaria y prolongará la vida útil del equipo.

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  Un acoplamiento de viga con características opcionales mecanizadas en él.
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  Un mayor número de bobinas permite una mayor desalineación angular.

El acoplamiento de brida con pasador de casquillo se utiliza para corregir una alineación ligeramente imperfecta de los dos ejes.

Esta es una forma modificada del acoplamiento de brida protegido. Este tipo de acoplamiento tiene pasadores y funciona con pernos de acoplamiento. Se utilizan casquillos de goma o cuero sobre los pasadores. El acoplamiento consta de dos mitades de construcción diferente. Los pasadores se fijan rígidamente con tuercas a una de las bridas y se dejan sueltos en la otra. Este acoplamiento se utiliza para conectar ejes con una pequeña desalineación paralela, angular o axial. En este acoplamiento, el casquillo de goma absorbe los golpes y las vibraciones durante su funcionamiento. Este tipo de acoplamiento se utiliza principalmente para acoplar motores y máquinas eléctricas.

Existen varios tipos de acoplamientos de velocidad constante (CV): junta Rzeppa , junta de doble cardán y acoplamiento Thompson .

En este acoplamiento, el manguito o manguito está fabricado en dos mitades de hierro fundido, unidas mediante pernos o espárragos de acero dulce. La ventaja de este acoplamiento es que su montaje y desmontaje se realizan sin modificar la posición del eje. Este acoplamiento se utiliza para la transmisión de potencia elevada a velocidad moderada.

Los acoplamientos de diafragma transmiten el par desde el diámetro exterior de una placa flexible al diámetro interior, a través del carrete o espaciador, y luego desde el diámetro interior al exterior. La deformación de una placa o serie de placas desde el diámetro interior al exterior produce la desalineación.

Los acoplamientos de disco transmiten el par de torsión de un perno motriz a un perno accionado de forma tangencial en un círculo común de pernos. El par de torsión se transmite entre los pernos a través de una serie de discos delgados de acero inoxidable ensamblados en un paquete. La desalineación se logra mediante la deformación del material entre los pernos.

Un acoplamiento elástico transmite par motor u otra carga mediante un componente elástico. Un ejemplo es el acoplamiento que une el aparejo de windsurf (vela, mástil y componentes) a la tabla. ^{[ 2 ]} En la terminología del windsurf se suele denominar "junta universal", pero los diseños modernos se basan generalmente en un material resistente y flexible, y se describen mejor técnicamente como acoplamientos elásticos. Pueden tener forma de tendón o de reloj de arena, y están fabricados con un material elástico resistente y duradero. En esta aplicación, el acoplamiento no transmite par motor, sino que transmite la potencia de la vela a la tabla, creando empuje (una parte de la potencia de la vela también se transmite a través del cuerpo del rider).

Los acoplamientos flexibles se utilizan habitualmente para transmitir par de torsión entre ejes cuando estos presentan una ligera desalineación. Pueden compensar desalineaciones de hasta 1,5° y cierta desalineación paralela. También se emplean para amortiguar vibraciones o reducir el ruido. En aplicaciones con ejes giratorios, un acoplamiento flexible protege los componentes del eje motriz y del eje accionado (como los cojinetes) de los efectos perjudiciales de condiciones como la desalineación de los ejes, las vibraciones, las cargas de impacto y la dilatación térmica de los ejes u otros componentes.

Inicialmente, los acoplamientos flexibles se dividen en dos grupos principales: metálicos y elastoméricos. Los metálicos utilizan piezas que se ajustan libremente y ruedan o se deslizan entre sí, o bien, piezas fijas que se doblan para compensar la desalineación. Los elastoméricos, por su parte, obtienen su flexibilidad gracias a elementos elásticos o plásticos, resistentes y fijos, que transmiten el par entre los cubos metálicos.

Un acoplamiento de engranajes es un dispositivo mecánico para transmitir par entre dos ejes no colineales . Consta de una junta flexible fijada a cada eje. Las dos juntas están conectadas por un tercer eje, llamado husillo.

Cada articulación consta de un par de engranajes internos y externos con una relación de transmisión de 1:1 . Los flancos de los dientes y el diámetro exterior del engranaje externo presentan una forma abombada para permitir el desplazamiento angular entre ambos engranajes. Mecánicamente, los engranajes son equivalentes a estrías giratorias con perfiles modificados. Se denominan engranajes debido al tamaño relativamente grande de sus dientes.

Los acoplamientos de engranajes y las juntas universales se utilizan en aplicaciones similares. Los acoplamientos de engranajes presentan mayores densidades de par que las juntas universales, diseñadas para ajustarse a un espacio determinado, mientras que estas últimas generan menores vibraciones . La limitación en la densidad de par de las juntas universales se debe a las secciones transversales reducidas de la cruceta y la horquilla. Los dientes de los engranajes en un acoplamiento de engranajes presentan una holgura considerable para compensar la desalineación angular. Esta holgura excesiva puede contribuir a la vibración.

Los acoplamientos de engranajes generalmente se limitan a desalineaciones angulares, es decir, al ángulo del husillo con respecto a los ejes de los ejes conectados, de 4° a 5°. Las juntas universales admiten desalineaciones mayores.

Los acoplamientos de engranajes de una sola junta también se utilizan para conectar dos ejes nominalmente coaxiales. En esta aplicación, el dispositivo se denomina acoplamiento flexible de engranajes o simplemente acoplamiento flexible . La junta simple permite pequeñas desalineaciones, como errores de instalación y cambios en la alineación de los ejes debido a las condiciones de funcionamiento. Este tipo de acoplamientos de engranajes generalmente se limita a desalineaciones angulares de 1 / 4 ° a 1 / 2 °.

Un acoplamiento de rejilla se compone de dos cubos de eje, un resorte de rejilla metálico y un kit de tapa dividida. El par se transmite entre los dos cubos de eje del acoplamiento a través del elemento de resorte de rejilla metálico.

Al igual que los acoplamientos de engranajes y discos metálicos, los acoplamientos de rejilla tienen una alta densidad de par . Una ventaja de los acoplamientos de rejilla, frente a los de engranajes o discos, es la capacidad de sus elementos elásticos para absorber y distribuir la energía del impacto de carga máxima a lo largo del tiempo. Esto reduce la magnitud de las cargas máximas y ofrece cierta capacidad de amortiguación de vibraciones. Una desventaja del diseño de los acoplamientos de rejilla es que, por lo general, su capacidad para compensar la desalineación es muy limitada. ^{[ 3 ]}

Los acoplamientos de alta flexibilidad se instalan cuando la resonancia o la vibración torsional pueden ser un problema, ya que están diseñados para eliminar los problemas de vibración torsional y para equilibrar los impactos de choque.

Se utilizan en instalaciones donde los sistemas requieren un alto nivel de flexibilidad torsional y capacidad de desalineación. Este tipo de acoplamiento proporciona una amortiguación eficaz de las vibraciones torsionales y una alta capacidad de desplazamiento, lo que protege el accionamiento. El diseño de los acoplamientos elásticos altamente flexibles facilita el montaje. Estos acoplamientos también compensan los desplazamientos del eje (radiales, axiales y angulares) y el par se transmite por cizallamiento. ^{[ 4 ]} Dependiendo del tamaño y la rigidez del acoplamiento, la parte flexible puede ser de una o varias filas. ^{[ 5 ]}

Las juntas Hirth utilizan dientes cónicos en los extremos de dos ejes que engranan entre sí para transmitir el par motor.

El acoplamiento de mandíbula también se conoce como acoplamiento araña o acoplamiento Lovejoy.

Un acoplamiento magnético utiliza fuerzas magnéticas para transmitir potencia de un eje a otro sin contacto. Esto permite una separación total entre los medios. Proporciona la capacidad de separar herméticamente dos áreas mientras se continúa transmitiendo potencia mecánica de una a otra, lo que hace que estos acoplamientos sean ideales para aplicaciones donde la prevención de la contaminación cruzada es esencial.

Un acoplamiento Oldham tiene tres discos: uno acoplado a la entrada, otro a la salida y un disco central unido a los dos primeros mediante una lengüeta y ranura . La lengüeta y ranura de un lado es perpendicular a la del otro. El disco central gira sobre su centro a la misma velocidad que los ejes de entrada y salida. Su centro describe una órbita circular, dos veces por rotación, alrededor del punto medio entre los ejes de entrada y salida. A menudo se utilizan resortes para reducir la holgura del mecanismo. Una ventaja de este tipo de acoplamiento, en comparación con dos juntas universales, es su tamaño compacto. El acoplamiento recibe su nombre de John Oldham, quien lo inventó en Irlanda en 1821 para resolver un problema en el diseño de un barco de vapor de paletas .

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  Acoplador Oldham, ensamblado
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  Acoplador Oldham, desmontado

Las juntas flexibles se utilizan comúnmente en los sistemas de dirección y transmisión de automóviles . Cuando se utilizan en la transmisión, a veces se las conoce como giubos .

Los acoplamientos rígidos se utilizan cuando se requiere una alineación precisa del eje; cualquier desalineación afectará tanto al rendimiento como a la vida útil del acoplamiento, ya que estos no pueden compensarla. Por ello, su aplicación es limitada y suelen utilizarse en aplicaciones con accionamientos verticales.

Los acoplamientos rígidos de compresión o con abrazadera constan de dos partes que se ajustan alrededor de los ejes para formar un manguito. Ofrecen mayor flexibilidad que los modelos con manguito y pueden utilizarse en ejes fijos. Generalmente, son lo suficientemente grandes como para que los tornillos atraviesen completamente el acoplamiento y lleguen a la segunda mitad, garantizando así una sujeción segura. Los acoplamientos rígidos con brida están diseñados para cargas pesadas o equipos industriales. Consisten en manguitos cortos rodeados por una brida perpendicular. Se coloca un acoplamiento en cada eje de manera que las dos bridas queden alineadas. Posteriormente, se instalan tornillos o pernos en las bridas para unirlas. Gracias a su tamaño y durabilidad, las unidades con brida pueden utilizarse para alinear los ejes antes de su unión.

Un acoplamiento de manguito consta de un tubo cuyo orificio tiene la tolerancia requerida según el tamaño del eje. Dependiendo del uso del acoplamiento, se mecaniza una chaveta en el orificio para transmitir el par mediante la chaveta. Se proporcionan dos orificios roscados para fijar el acoplamiento en su posición.

Los acoplamientos de manguito también se conocen como acoplamientos de caja . En este caso, los extremos de los ejes se acoplan entre sí y se apoyan uno contra el otro, estando envueltos por un manguito o funda .

Una chaveta de cabeza plana sujeta los dos ejes y el manguito (este es el tipo de acoplamiento más sencillo). Está fabricada en hierro fundido y su diseño y fabricación son muy simples. Consiste en un tubo hueco cuyo diámetro interior coincide con el diámetro de los ejes. Este tubo hueco se ajusta a los extremos de los ejes mediante una chaveta cónica. La chaveta y el manguito se utilizan para transmitir potencia de un eje a otro.

Un bloqueo cónico es un tipo de dispositivo de bloqueo de eje sin chaveta ^{[ 6 ]} que no requiere la eliminación de ningún material del eje. La idea básica es similar a un acoplamiento de abrazadera, pero el momento de rotación está más cerca del centro del eje. ^{[ 7 ]} Como dispositivo de acoplamiento alternativo a la chaveta paralela tradicional , el bloqueo cónico elimina la posibilidad de juego debido al desgaste de las chavetas. ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]} Es más robusto que el uso de una chaveta porque el mantenimiento solo requiere una herramienta y la rotación equilibrada autocentrante significa que dura más que una junta con chaveta, pero la desventaja es que cuesta más. ^{[ 11 ]}

Un acoplamiento flexible formado por dos resortes enrollados en sentido contrario con un rodamiento de bolas en el centro, que permite la transferencia de par del eje de entrada al de salida. No requiere lubricación para funcionar de forma constante, ya que no tiene componentes internos. ^{[ 12 ]}