Acoplamiento flexible: Tipos, selección y usos

En una planta de tratamiento de agua fuera de São Paulo, una bomba de turbina vertical comenzó a hacer ruido cada vez que se encendía. El equipo de mantenimiento revisó los cojinetes y el impulsor, pero el verdadero problema era el acoplamiento entre el motor y la bomba. Era un acoplamiento rígido en una bomba que producía pequeños movimientos del eje con cada pulso de presión. Una vez que el equipo lo reemplazó por un acoplamiento flexible de tipo mandíbula, la vibración disminuyó y la vida útil de los cojinetes mejoró.

Ese pequeño cambio le ahorró a la planta miles de dólares en reemplazos de cojinetes y tiempo de inactividad. Los acoplamientos flexibles a menudo se pasan por alto hasta que algo falla. Sin embargo, son una de las formas más simples y efectivas de proteger la maquinaria rotativa de vibraciones, desalineaciones y cargas de choque.

En esta guía, aprenderá lo que hace un acoplamiento flexible, los principales tipos utilizados en la industria, cómo seleccionar el adecuado y cuándo elegir un diseño personalizado. Al final, podrá especificar un acoplamiento flexible que coincida con su aplicación en lugar de simplemente coincidir con el tamaño de su eje.

Qué hace un acoplamiento flexible

Un acoplamiento flexible conecta dos ejes rotatorios permitiendo cierto movimiento entre ellos. A diferencia de un acoplamiento rígido, puede absorber vibraciones, compensar desalineaciones y amortiguar cargas de choque. Esto protege a los motores, cajas de engranajes, bombas, compresores y equipos accionados de las fuerzas que acortan la vida útil.

En la práctica, tres tipos de movimiento son importantes:

• Desalineación angular: Las líneas centrales de los ejes se encuentran en un ángulo.

• Desalineación radial: Las líneas centrales de los ejes son paralelas pero están desfasadas.

• Movimiento axial: Los ejes se mueven ligeramente hacia o alejados el uno del otro.

Ninguna instalación es perfecta. La expansión térmica, el asentamiento de la base, el desgaste de los cojinetes y los cambios de carga crean movimiento. Un acoplamiento flexible aísla esos movimientos para que no se conviertan en fuerzas destructivas dentro de la máquina. Este amortiguamiento de vibraciones protege a los cojinetes, sellos y engranajes del desgaste prematuro.

Hebei Suju suministra una amplia gama de acoples flexibles para aplicaciones industriales, desde conjuntos de motores y bombas de bajo peso hasta equipos de carga de choque pesada.

Tipos principales de acoples industriales

No todos los acoples flexibles funcionan de la misma manera. Entre los principales tipos de acoples flexibles, el diseño del elemento elástico o móvil determina la capacidad de torque, la tolerancia a desalineación y los requisitos de mantenimiento.

Acoples de mordaza (Acoples de araña)

Un acople de mordaza utiliza dos cubos con mordazas entrelazadas y un inserto de elastómero llamado araña. La araña amortigua las vibraciones y permite pequeñas cantidades de desalineación angular y radial.

Ideal para: Conjuntos de motores y bombas, ventiladores, compresores, transportadores y maquinaria general.
Ventajas: Bajo costo, fácil instalación, sin lubricación, reemplazo rápido de la araña.
Limitaciones: Capacidad limitada de torque y desalineación; el elastómero se degrada con el calor y los productos químicos.

Los acoples de mordaza son una primera opción común para la maquinaria estándar porque son confiables y fáciles de mantener.

Acoplamientos de engranaje

Los acoplamientos de engranaje son flexibles porque los dientes de engranaje coronados permiten movimientos angulares, radiales y axiales mientras transmiten torque. Son más pesados que los tipos de elastómero y necesitan lubricación. También soportan un torque mucho mayor.

Ideales para: Fundiciones de acero, trituradoras mineras, hornos de cemento, grúas y transportadores pesados.
Ventajas: Capacidad de torque muy alta, larga vida útil, tolerancia a desalineaciones severas.
Limitaciones: Son más pesados, más caros y requieren lubricación y inspección periódicas.

Para aplicaciones de alta carga, los acoplamientos de engranaje de tambor suelen ser la opción estándar.

Acoplamientos de diafragma

Los acoplamientos de diafragma utilizan discos metálicos delgados y flexibles para transmitir torque sin juego. Son precisos y rígidos en torsión, lo que los hace ideales para sistemas de alta velocidad y accionados por servomotores.

Ideales para: Turbinas, compresores, bombas de alta velocidad y equipos de posicionamiento preciso.
Ventajas: No requieren lubricación, sin juego, capacidad de alta velocidad, larga vida útil.
Limitaciones: Menor tolerancia a desalineaciones que los acoplamientos de engranaje o de neumático; sensibles a sobrecargas.

Acoplamientos de neumático

Un acoplamiento de neumático utiliza un elemento de neumático de goma entre dos bridas. Absorbe grandes impactos y tolera un desalineamiento significativo.

Lo mejor para: Trituradoras, bombas alternativas, transportadores y equipos vibratorios.
Ventajas: Alta absorción de impactos, gran tolerancia al desalineamiento, fácil reemplazo del neumático.
Limitaciones: Bulky, limitaciones de velocidad y el elemento del neumático se desgasta con el tiempo.

Acoplamientos de pasador y casquillo

Los acoplamientos de pasador transmiten el par a través de casquillos de goma montados en pasadores. Son robustos, rentables y se utilizan ampliamente en transmisiones industriales de mediana potencia.

Lo mejor para: Bombas, compresores, mezcladoras y maquinaria general.
Ventajas: Duradero, buena absorción de impactos, fácil de mantener.
Limitaciones: Capacidad de par moderada; los casquillos necesitan inspección periódica.

Acoplamientos de junta universal y eje cardán

Las juntas universales permiten un gran desalineamiento angular y se utilizan cuando los ejes están separados por distancia o ángulo.

Los ejes cardán extienden este principio para transmisiones de larga distancia o de alto par.

Ideal para: Equipamiento móvil, transmisiones de eje largo, sistemas de dirección y maquinaria articulada pesada.
Ventajas: Gran capacidad angular, alta transmisión de torque.
Limitaciones: Variación de velocidad en ángulos altos; necesidad de lubricación y mantenimiento.

Selección de acoplamientos flexibles: Cinco factores clave

La selección de acoplamientos no se reduce simplemente a elegir un tamaño de catálogo. El acoplamiento flexible adecuado depende del torque, la velocidad, el desalineamiento, el entorno y los requisitos de mantenimiento.

1. Torque y factor de servicio

Comience con el torque nominal de la transmisión. Luego, aplique un factor de servicio que tenga en cuenta las cargas de choque, los arranques y paradas y las horas de funcionamiento.

Cargas ligeras y estables pueden utilizar un factor de servicio de 1.0 a 1.5. Cargas de choque pesadas, como en trituradoras o prensas, a menudo necesitan 2.0 a 3.0. AGMA publica tablas de factores de servicio para acoplamientos de engranajes, y los fabricantes publican factores para otros tipos de acoplamientos.

El factor de servicio no es opcional. Es el margen que mantiene un acoplamiento en funcionamiento cuando el torque de arranque, el frenado de emergencia o las cargas de impacto superan las condiciones normales de funcionamiento.

Por ejemplo, un motor de 75 kW que funciona a 1.470 RPM produce aproximadamente 487 N·m de torque nominal. Con un factor de servicio de 2.0 para un transportador vibratorio, el acoplamiento flexible debe estar calificado para al menos 974 N·m.

2. Desalineación permitida

Cada tipo de acoplamiento tolera la desalineación de manera diferente. Estime el movimiento angular, radial y axial esperado en su aplicación, luego elija un acoplamiento cuyos límites calificados excedan esos valores.

Dejar margen para el crecimiento térmico y el movimiento de la base reduce el desgaste y prolonga la vida útil del acoplamiento.

3. Velocidad de funcionamiento

Las aplicaciones de alta velocidad requieren atención al equilibrio. Los acoplamientos que funcionan por encima de 3.000 RPM generalmente deben equilibrarse dinámicamente según el grado ISO adecuado. Los acoplamientos de diafragma y los acoplamientos de engranaje equilibrados con precisión son opciones comunes para maquinaria de alta velocidad.

Exceder la velocidad nominal del acoplamiento puede causar vibraciones, ruido y fallas por fuerza centrífuga.

4. Medio ambiente

La temperatura, el polvo, la humedad y los productos químicos afectan la vida útil de los acoplamientos flexibles. El calor degrada los elastómeros. El polvo contamina los acoplamientos lubricados. Los productos químicos atacan los elementos de goma.

Empareje el material con el entorno. Las arañas de nitrilo resisten el aceite pero no el calor intenso. El poliuretano ofrece una mejor resistencia al desgaste.

El HNBR soporta temperaturas más altas. En entornos corrosivos, un diafragma metálico o un acoplamiento de engranaje sellado puede ser la opción más segura.

5. Acceso para el mantenimiento

Si su equipo funciona de forma continua o se encuentra en un espacio reducido, elija un diseño que simplifique el mantenimiento.

Por ejemplo, los acoplamientos de mordaza permiten reemplazar la araña una vez que se separan los bujes. Los acoplamientos de neumático permiten enrollar el neumático en su lugar. Los acoplamientos de engranaje requieren la inspección de sellos y lubricantes, pero pueden durar años con un mantenimiento adecuado.

Cuándo elegir cada tipo de acoplamiento flexible

El acoplamiento flexible adecuado depende de lo que más importe para la aplicación.

Elija un acoplamiento de mordaza cuando

• El par de torsión es bajo a medio.

• El desalineamiento es pequeño.

• El entorno es limpio y la temperatura es moderada.

• El mantenimiento fácil y el bajo costo son prioridades.

• La aplicación es un conjunto estándar de motor-bomba o motor-ventilador.

Elija un acoplamiento de engranaje cuando

• El par de torsión es alto o muy alto.

• La transmisión produce cargas de choque.

• El desalineamiento es moderado a grande.

• El entorno permite la lubricación y la inspección.

• La vida útil y la confiabilidad son más importantes que el costo inicial.

Elija un acoplamiento de diafragma cuando

• Se requiere precisión y ausencia de juego.

• La velocidad es alta.

• La rigidez torsional es importante.

• El entorno es hostil para los elastómeros.

Elija un acoplamiento de neumático cuando

• Las cargas de choque son grandes.

• El desalineamiento es significativo.

• La aplicación implica vibración o reversión.

• Hay espacio disponible para el tamaño más grande del acoplamiento.

Elija un acoplamiento de pasador y casquillo cuando

• El par es medio.

• Se necesita absorción de choques.

• Hay acceso para el mantenimiento.

• El costo es una consideración.

Mejores prácticas de instalación y mantenimiento

Incluso el mejor acoplamiento flexible fallará si se instala o se mantiene incorrectamente. Siga estas prácticas para maximizar la vida útil.

Alinear los ejes correctamente

Un acoplamiento flexible tolera el desalineamiento, pero no debe usarse para solucionar problemas de alineación graves. Alinee los ejes con la mayor precisión posible utilizando indicadores de dial o herramientas de alineación láser. Operar cerca del límite de desalineamiento del acoplamiento aumenta el desgaste y reduce la vida útil.

Utilizar el material de elemento correcto

Haga coincidir el material de la araña, el neumático o el buje con la temperatura de funcionamiento y la exposición a sustancias químicas. Una falta de coincidencia causa endurecimiento prematuro, grietas o hinchazón.

Inspeccionar regularmente

Durante el mantenimiento programado, inspeccione los elementos flexibles en busca de grietas, desgaste y contaminación. Reemplace los insertos de elastómero antes de que fallen. Verifique el estado del lubricante en los acoplamientos de engranajes y cámbielo de acuerdo con el cronograma del fabricante.

Apretar los pernos con el torque correcto

Un torque desigual de los pernos causa desviación del buje y vibración. Utilice una llave dinamométrica y siga la secuencia de apriete del fabricante.

Utilice una lista de comprobación de instalación sencilla

Una lista de comprobación breve evita los errores que acortan la vida útil del acoplamiento. Antes de iniciar, confirme:

• La alineación del eje está dentro de los límites nominales del acoplamiento.

• Los orificios del buje están limpios y se ajustan al eje sin daños.

• Las clavijas están colocadas correctamente y no sobresalen.

• Los elementos de fijación se han atornillado en la secuencia correcta.

• El elemento flexible es del material y grado correctos.

• Las protecciones están en su lugar y las partes giratorias están despejadas.

Pasar diez minutos en esta lista puede evitar semanas de tiempo de inactividad no planeado.

Almacenamiento y manipulación

Guarde los elementos de acoplamiento de repuesto lejos de la luz solar directa, fuentes de ozono y disolventes. Las arañas de goma y los neumáticos pueden endurecerse o agrietarse antes de ser instalados. Mantenga los componentes metálicos limpios y ligeramente engrasados si no se van a utilizar inmediatamente. Manipule con cuidado los discos de diafragma; un disco doblado no funcionará como se diseñó.

Modos comunes de fallo de acoplamientos

Incluso un acoplamiento flexible correctamente seleccionado puede fallar si las condiciones de funcionamiento cambian. Reconocer los signos tempranos salva el equipo conectado.

Sobrecarga por desalineación

Los acoplamientos flexibles toleran la desalineación, pero cada diseño tiene un límite. Funcionar continuamente en el límite de esa tolerancia concentra la tensión en el elastómero o el elemento metálico. El resultado es una grieta prematuro, acumulación de calor y desgaste irregular en los cojinetes conectados.

Degradación del elastómero

Las arañas de goma, neumáticos y cojinetes de goma se endurecen cuando se exponen a calor, aceite, ozono o luz ultravioleta. Un elastómero degradado no puede amortiguar los impactos como debería. También transmite más vibración. El reemplazo programado antes de que aparezcan grietas visibles es la mejor defensa.

Fallo de lubricación en acoplamientos de engranajes

Los acoplamientos de engranajes dependen de lubricante limpio. La separación de la grasa, la contaminación o intervalos prolongados sin relubricación llevan al contacto metal-metal y al desgaste de los dientes. El monitoreo de la temperatura y los cambios programados de lubricante previenen esto.

Sobrecarga y Fatiga

Cargas de choque repetidas por encima de la clasificación del acoplamiento causan fatiga. Los acoplamientos de neumático pueden sobrecalentarse. Los acoplamientos de diafragma pueden agrietarse. Las arañas de mordaza pueden romperse.

Siempre haga coincidir el par máximo con la clasificación del acoplamiento. El par promedio no es suficiente.

Instalación Improper

Un acoplamiento instalado con par de perno desigual, ajuste de cubo incorrecto o mala alineación del eje comienza su vida en dificultades. La vibración aparece temprano. Las cargas de los cojinetes aumentan.

No deje que los atajos de instalación se conviertan en la razón de una falla prematura. La solución casi siempre es más barata que la falla: siga las instrucciones de instalación del fabricante.

Cuándo reemplazar un acoplamiento flexible

Reemplace los elementos de elastómero en el primer signo de grietas superficiales, desprendimiento o endurecimiento. Para los acoplamientos de engranaje, reemplace el lubricante cuando se oscurezca o contenga partículas. No espere daños visibles para programar el reemplazo. El reemplazo preventivo durante los apagados planificados cuesta mucho menos que las reparaciones de emergencia.

En una cantera de piedra caliza en Guangxi, el gerente de mantenimiento Wei Chen notó que un triturador accionado por motor se sacudía después de reemplazar un rodamiento. El nuevo rodamiento estaba bien. Algo más estaba mal.

El acoplamiento flexible de neumático se había colocado en el eje con una llave de impacto. Eso distorsionó el asiento del neumático. El equipo retiró el acoplamiento y comprobó el juego.

Luego lo volvieron a instalar con un extraedor y el par adecuado. La vibración desapareció. La reparación tardó dos horas. Evitó un apagón de 48 horas.

Materiales para elementos de acoplamiento

El material del elemento flexible a menudo importa más que el tipo de acoplamiento. Un material que es perfecto en un entorno puede fallar rápidamente en otro.

Materiales de elastómero

• Nitrilo (NBR): Buena resistencia al aceite, bajo costo y un rango de temperatura moderado. Es la opción estándar para muchas arañas de acoplamiento de mandíbula.

• Polietano (PU): Alta resistencia al desgaste y adecuado para arañas de mandíbula en condiciones polvorientas.

• Nitrilo hidrogenado (HNBR): Mayor resistencia a la temperatura y al aceite que el nitrilo estándar.

• Caucho natural: Excelente elasticidad y absorción de impactos, comúnmente utilizado en acoplamientos de neumáticos.

• Neopreno: Buena resistencia al clima y al ozono para transmisiones al aire libre o expuestas.

Materiales metálicos

• Acero de resorte o acero inoxidable: Utilizado en discos de diafragma para resistencia a la fatiga y sin juego.

• Acero al aleación: Utilizado para los bujes y fundas de acoplamientos de engranajes, tratado térmicamente para resistencia al desgaste.

• Aluminio: Utilizado en acoplamientos servo de bajo peso donde la inercia baja es importante.

Selección por entorno

Elija nitrilo o HNBR para entornos oleosos. Elija poliuretano para polvo abrasivo. Elija neopreno o EPDM donde haya preocupación por el ozono y el clima. Para altas temperaturas o exposición a productos químicos, un diafragma metálico o un acoplamiento de engranaje sellado suele ser mejor que un elastómero. Seleccionar el material adecuado completa una especificación de acoplamiento flexible confiable.

Hebei Suju puede ayudarte a seleccionar el material adecuado cuando solicites un presupuesto.

Cuándo considerar un acoplamiento flexible personalizado

Los acoplamientos flexibles del catálogo cubren muchas aplicaciones, pero algunas situaciones requieren un diseño personalizado. Considera un acoplamiento flexible personalizado cuando:

• Los orificios de los ejes o el espaciado no coinciden con los tamaños estándar.

• El par, la velocidad o el entorno están fuera de los rangos del catálogo.

• El acoplamiento original se ha discontinuado o ya no está disponible.

• La aplicación tiene condiciones inusuales de choque, térmicas o químicas.

• Estás desarrollando nuevo equipo y necesitas prototipos.

En Hebei Suju, ofrecemos personalización basada en dibujos para acoplamientos flexibles y otros componentes de transmisión. Envíanos tu dibujo o una muestra desgastada.

Nuestros ingenieros revisan tus requisitos y recomiendan el tipo, tamaño y material adecuados.

Preguntas frecuentes sobre acoplamientos flexibles

¿Para qué se utiliza un acoplamiento flexible?

Un acoplamiento flexible conecta dos ejes rotatorios permitiendo pequeñas cantidades de desalineación, vibración y choque. Protege a los motores, bombas, compresores y cajas de engranajes de las fuerzas que de otro modo acortarían la vida de los cojinetes y sellos.

¿Cuáles son los principales tipos de acoplamientos flexibles?

Los tipos de acoplamientos flexibles más comunes son los acoplamientos de mordaza (araña), de engranaje, de diafragma, de neumático, de pasador y buje y de junta universal (eje cardán). Cada tipo equilibra de manera diferente la capacidad de torque, la tolerancia a la desalineación y las necesidades de mantenimiento.

¿Cómo elijo un acoplamiento flexible?

Comience con el torque y el factor de servicio. Luego, verifique la velocidad de funcionamiento, la desalineación esperada, el entorno y el acceso al mantenimiento. Haga coincidir el tipo de acoplamiento con lo que más importa para su aplicación.

¿Cuándo se debe reemplazar un acoplamiento flexible?

Reemplace los insertos de elastómero en el primer signo de grietas, endurecimiento o fragmentación. Reemplace el lubricante del acoplamiento de engranaje cuando se oscurezca o contenga partículas. El reemplazo preventivo durante los paros planificados evita fallas de emergencia.

¿Cuál es la diferencia entre un acoplamiento de mandíbula y un acoplamiento de engranaje?

Un acoplamiento de mandíbula utiliza una araña de elastómero para amortiguar cargas ligeras a medias con pequeños desalineamientos. Un acoplamiento de engranaje utiliza dientes coronados engranados para transmitir un par muy alto y tolerar desalineamientos mayores, pero necesita lubricación.

Conclusión

Es una pequeña inversión que protege equipos mucho más grandes. Al absorber vibraciones, compensar desalineamientos y amortiguar cargas de choque, se extiende la vida de motores, rodamientos, cajas de engranajes y máquinas accionadas.

Para seleccionar el acoplamiento flexible adecuado, comience con el par y el factor de servicio. Luego, verifique la velocidad, el desalineamiento, el entorno y el acceso a la mantención. Ajuste el tipo de acoplamiento a la prioridad de la aplicación. Cuando una pieza del catálogo no encaja, un diseño personalizado de un fabricante experimentado mantiene el proyecto en marcha.

Hebei Suju fabrica una amplia gama de acoplamientos flexibles para maquinaria industrial.

Ya sea que necesite un acoplamiento de mandíbula estándar o una solución personalizada para una aplicación difícil, podemos ayudar.