Mecanica 1
yeicama10058610 de Diciembre de 2012
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Los acoplamientos se emplean con el
propósito de transmitir potencia entre los
ejes, conservando en todo momento la
velocidad de rotación y el torque trasmitido.
Los acoplamiento fijos de los cuales nos
vamos a ocupar en este documento, se
emplean para conectar de forma
permanente los ejes adyacentes y solo se
pueden desacoplar si la máquina está
detenida, lo que implica que los ejes solo
se puedan desempalmar al retirar el
acoplamiento. Este tipo de acoplamiento es ideal cuando se quiere evitar en todo
momento que los ejes se desconecten, lo que implicaría la detención del proceso.
Los acoplamientos tienen por función
prolongar líneas de transmisión de ejes
o conectar tramos de diferentes ejes.
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Si dos ejes se pudieran alinear perfectamente, estos pueden ser conectados por medio
de acoplamientos rígidos, es decir acoples que poseen coronas radiales o perforaciones
laterales que permiten incluir una serie de pernos que ajustan el acoplamiento a ambos
lados del eje. Una vez realizada dicha conexión se tiene la seguridad que los ejes no se
desacoplaran los ejes o las máquinas.
A nivel práctico es muy complejo alinear perfectamente los ejes, dado que condiciones
que vibración o hasta el mismo peso de los ejes incluyen cierto grado de desalineación,
esta condición implica que se deban emplear acoplamientos con la capacidad de soportar
estas condiciones y permitir cierto grado de desalineación entre el eje impulsor y el eje
impulsado. Los acoplamiento indicados para estas condicione se denominan
acoplamientos flexibles.
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Fallas en los acoplamientos
En general las fallas en los acoplamientos se dividen en dos categorías: fallas debido a
efectos internos y fallas debido a condiciones externas de operación.
1. Fallas debidas a efectos internos.
Las fallas debido a condiciones internas están relacionadas principalmente con la calidad
de la construcción del acoplamiento y la calidad de los materiales con que se construyen,
y en poca proporción un diseño inadecuado del acoplamiento.
Las fallas debido a la construcción del acoplamiento están relacionadas con los procesos
de maquinado, principalmente defectos de concentricidad, escuadra entre los platos del
acoplamiento y tolerancias inadecuadas en los diámetros.
Las fallas asociadas a la calidad del material influyen considerablemente en la vida útil
del acoplamiento, estas ocasiona fallas prematuras por fatiga de los componentes del
acoplamiento.
Otra causa de fallas debido a defectos internos es el diseño del acoplamiento, esta puede
ser consecuencia de una inadecuada selección de los materiales, de las características
dimensionales y de la forma del acoplamiento.
2. Fallas debido a condiciones externas.
Este tipo de fallas se presenta cuando el acoplamiento se somete a condiciones extremas
y que superan los límites establecidos por el fabricante.
Generalmente los fabricantes suministran los valores máximos permitidos de operación
para cada acoplamiento y es importante que el diseñador seleccione el acoplamiento
adecuado y que tenga unas características superiores a las que requieren en la
aplicación, con el objetivo de garantizar un margen de seguridad y evitar que se
presenten fallas y se detengan los procesos.
Algunas fallas asociadas con condiciones externas, se relaciona con una inadecuada
selección del acoplamiento, es decir la aplicación supera los valores límites de resistencia
del acoplamiento o simplemente el tipo de acoplamiento no es el ideal para la aplicación y
las condiciones de operación.
Otra falla importante y asociada a condiciones externas, tiene que ver con un
desalineamiento excesivo.
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Desalineación de acoplamientos
En óptimas condiciones de operación dos ejes acoplados no deberían presentar ningún
grado de desalineación, en cuya condición el eje de simetría de ambos ejes coincidiría
perfectamente.
Lamentablemente esta condición es casi imposible de conseguir, por lo que en el
mercado existen diferentes tipos de acoplamientos, todos ellos con la capacidad de
absorber diferentes defectos de desalineación. Algunos de estos defectos son:
• Desalineación radial.
• Desalineación axial.
• Desalineación angular.
En la desalineación radial, los ejes de
simetría se separan radialmente, por lo
que se genera una especie de escalón
entre ambos ejes:
En la desalineación axial los ejes de
simetría coinciden, pero existe una
separación en la dirección axial.
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En la desalineación angular los ejes de simetría forman un ángulo por lo que el
empalme de las caras del acoplamiento no será completo.
Los diferentes tipos de acoples pueden absorber diversas faltas de alineación, por lo
general los catálogos de los fabricantes suministran información de diseño de la cual se
podrá elegir el acoplamiento más apropiado y por lo común suministran la desalineación
máxima para cada uno.
La desalineación puede cambiar por varias razones, entre ellas están: el asentamiento de
la de la cimentación, el desgaste de los cojinetes y las distorsiones provocadas por
vibración y cambios en la temperatura.
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Clasificación de los
acoplamientos fijos
Tipos de clasificaciones
Básicamente los acoplamientos se clasifican en dos tipos, los rígidos y los flexibles,
aunque existen algunos acoplamientos especiales denominados acoplamientos
articulados.
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Acoplamientos rígidos
Los acoplamientos rígidos se diseñan
para unir dos ejes en forma permanente
de manera que no sea posible que se
genere movimiento relativo entre ellos.
Este tipo de acoplamientos es ideal para
ciertos tipos de máquinas ó equipos en
los cuales se requiere una alineación
precisa de dos ejes.
Los acoplamientos rígidos deben
emplearse solo cuando la alineación de
los dos ejes puede mantenerse con
mucha precisión, lo cual implica que no solo la alineación de los ejes sea perfecta, sino
también que problemas de cimentación de las máquinas, fallas en los rodamiento,
vibración y otros factores no afecten dicha condición. Los acoplamientos rígidos también
se utilizan cuando la precisión del par de torsión es de suma importancia.
En los casos donde es impredecible la aparición de factores que generan desalineación
angular, radial ó axial y que afecten la alineación de los ejes, es preferible el uso de
acoplamientos flexibles, con lo que se evita imprimir tensiones en los ejes y fallas
tempranas por fatiga.
Algunos acoplamientos rígidos de uso común son:
Acoplamientos Rígidos por sujeción cónica
Este tipo de acoplamiento trasmite el
torque por efecto de fricción e
interferencia. Este efecto se logra al
presionar concéntricamente los collarines
cónicos, con la charcaza del acoplamiento
que también posee una superficie cónica,
finalmente ambas piezas presionan el eje
y evitan que se deslice dentro del acople,
logrando con ello una trasmisión positiva.
Para ajustar este tipo de acoplamientos
se incluye una rosca entre el collarín y la
charcaza que se ajusta por medio del
hexágono entallado en la superficie
externa de la charcaza, es decir, se debe
emplear una llave que haga girar la
charcaza para presionar el collarín contra
el eje.
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Acoplamientos Rígidos de manguito o con prisionero
Estos acoplamientos ajustan por interferencia sobre la superficie de los ejes, mediante
la presión generada por los tornillos ubicados en le parte lateral del acoplamiento.
Algunos acoplamientos incluyen una chaveta ó un prisionero común a ambos ejes,
para complementar el ajuste por interferencia, aunque en términos generales este tipo
de acoplamientos se limita para transmisiones de baja potencia o bajo torque.
Cuando los acoplamientos ajustan puramente por interferencia es importante conocer
las características que suministra el fabricante y que permiten determinar el coeficiente
de rozamiento entre el acoplamiento y el material en que está construido el eje, lo que
finalmente determina la capacidad y máximo torque que se puede trasmitir.
Acoplamientos Rígidos de platillos o bridas
Se acoplan firmemente por medio de pernos y chavetas, construidos con materiales
de alta resistencia que garantizan una junta permanente y segura.
Estos acoplamientos son de fácil montaje y permiten eventualmente desacoplar el eje
conducido del eje conductor simplemente retirando los pernos que ajustan los platillos.
En este tipo de acoplamientos es de suma importancia la resistencia de los pernos,
dado que constantemente se someten a esfuerzos cortantes, lo que implica que deben
ser lo suficientemente resistentes para garantizar las exigencias a que serán
sometidos.
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