Acoplamiento Spider: Una guía práctica para transmisiones de motores y equipos rotatorios

En 2023, un equipo de mantenimiento de compresores en México pasó tres horas diagnosticando una vibración inusual en un compresor de aire de 30 kW. Los cojinetes del motor estaban bien, las correas estaban apretadas y los ejes parecían alineados. El problema era el insert de acoplamiento en forma de araña.

Se había endurecido y agrietado después de dos años en un ambiente caluroso y polvoriento. Un insert de araña de reemplazo costaba menos de $20 y tardó 20 minutos en instalarse. La máquina funcionó sin problemas durante otros tres años.

Un acoplamiento en forma de araña, también llamado acoplamiento de mordazas, es uno de los acoplamientos flexibles más simples y ampliamente utilizados en la maquinaria industrial. Conecta dos ejes a través de mordazas entrelazadas y una araña de elastómero que absorbe vibraciones, amortigua impactos y tolera pequeñas desalineaciones. Es popular porque es compacto, rentable y fácil de mantener.

Esta guía explica qué es un acoplamiento en forma de araña, cómo funciona, cuándo elegirlo y cómo instalarlo y mantenerlo. Al final, sabrás si se ajusta a tu aplicación y qué especificar al realizar un pedido.

¿Qué es un acoplamiento de araña?

Un acoplamiento de araña consta de dos cubos metálicos y un insert de elastómero llamado araña. Cada cubo tiene tres o más mordazas que engranan con los espacios de la araña. La araña transmite el par de torsión desde el cubo motriz al cubo conducido mientras absorbe vibraciones y permite pequeñas cantidades de desalineación angular, radial y axial.

Los cubos suelen estar hechos de hierro fundido, acero o aluminio. La araña se puede fabricar con diferentes materiales de elastómero según las condiciones de funcionamiento. Los materiales comunes de la araña incluyen:

• Polietano (PU): Buen equilibrio de resistencia, flexibilidad y resistencia al aceite.

• Caucho nitrilo (NBR): Mejor para temperaturas más altas y exposición a cierto aceite.

• Hytrel: Mayor capacidad de par de torsión y resistencia a los productos químicos.

• Bronce: Se utiliza en algunos diseños de alta temperatura o de aislamiento eléctrico.

El diseño es compacto y no requiere lubricación. Si la araña se desgasta, generalmente se puede reemplazar sin mover las máquinas conectadas. Esta es una de las principales razones por las que este diseño es popular en aplicaciones sensibles a la mantención.

En Hebei Suju, suministramos acoplamientos en forma de araña con múltiples opciones de materiales de inserción para conjuntos motor-bomba, ventiladores, compresores y maquinaria general.

¿Cómo funciona un acoplamiento en forma de araña?

El par se transmite desde el cubo motriz a la araña, luego desde la araña al cubo conducido. La araña de elastómero se deforma ligeramente bajo carga, lo que permite que el acoplamiento:

• Absorba las vibraciones del motor o del equipo conducido.

• Amortigüe las cargas de choque durante el arranque y el detenimiento.

• Admita pequeños desalineamientos entre los ejes.

• Proteja los cojinetes reduciendo la transmisión de choques torsionales.

Las mordazas de los cubos son curvas o rectas según el diseño. Las mordazas curvas distribuyen la carga de manera más uniforme en la araña y permiten un par ligeramente mayor. Las mordazas rectas son más simples y menos costosas, pero pueden crear una mayor concentración de tensiones.

Dado que la araña es el elemento de desgaste, estos acoplamientos a veces se denominan acoplamientos de mordaza. Los cubos metálicos suelen durar toda la vida útil del equipo. La araña es la única parte que necesita inspección regular.

Tipos de acoplamientos en forma de araña y sus diferencias

Estos acoplamientos vienen en varios diseños. El tipo adecuado depende del par, la velocidad, el desalineamiento y las condiciones ambientales.

Diseño estándar

El diseño más común tiene dos cubos y un inserto en forma de araña. Se utiliza en aplicaciones industriales generales donde el par es moderado y el desalineamiento es pequeño. Los diseños estándar son económicos y ampliamente disponibles.

Diseño con espaciador

Un diseño con espaciador incluye un manguito central alargado o una araña de dos piezas que crea un espacio entre los cubos. Esto permite el acceso para el mantenimiento sin mover el motor o la máquina accionada. Los acoplamientos con espaciador son útiles cuando el equipo está cerca de paredes u otros obstáculos.

Diseño con agujero flexible

Algunos diseños utilizan un agujero cónico o de tipo abrazadera para adaptarse a diferentes diámetros de eje sin ranuras de clave. Estos son útiles para equipos prototipo o aplicaciones donde los tamaños de eje varían.

Diseño sin juego

Los diseños sin juego utilizan una araña precargada para minimizar el juego de rotación. Son adecuados para sistemas de posicionamiento, codificadores y equipos de automatización ligera donde importa la precisión.

Diseño de alto par

Los diseños de alto par utilizan arañas más grandes, materiales más resistentes o mandíbulas curvas para manejar más potencia. Estos llenan la brecha entre los acoplamientos estándar de este tipo y los acoplamientos de engranajes.

Cuándo usar este acoplamiento

Elija este tipo de acoplamiento cuando la aplicación necesite amortiguación de vibraciones, fácil mantenimiento y solo un par moderado. Los casos de uso comunes incluyen:

• Motores de bombas: Bombas centrífugas y de desplazamiento positivo.

• Ventiladores y sopladores: Sistemas HVAC, ventilación de procesos y sistemas de refrigeración.

• Compresores: Compresores de aire y compresores de refrigeración.

• Transportadores: Transmisiones de manejo de materiales de ligero a mediano.

• Herramientas de máquina: Tornos pequeños, fresadoras y equipos de automatización.

• Alimentos y empaque: Diseños compatibles con lavado con arañas de grado alimentario.

Evite este tipo de acoplamiento cuando:

• El par excede la clasificación de la araña.

• El desalineamiento del eje es grande o cambia continuamente.

• El entorno es extremadamente caliente, abrasivo o químicamente agresivo.

• Se requiere un juego cero y alta precisión más allá de la capacidad del acoplamiento.

• La transmisión tiene cargas de choque severas o ciclos de inversión frecuentes.

Un fabricante de plásticos en Tailandia seleccionó este diseño para la transmisión del ventilador de enfriamiento de su extrusor. El motor era de 22 kW, el desalineamiento estaba dentro de 0,5 mm y el equipo quería evitar la lubricación. El acoplamiento funcionó durante tres años con solo un reemplazo de la araña. La misma aplicación habría sido sobreespecificada con un acoplamiento de engranajes.

Guía de selección de acoplamientos de araña

Seleccionar el acoplamiento adecuado requiere hacer coincidir el producto con la aplicación. Siga estos pasos.

1. Determine los requisitos de torque

Calcule el torque nominal a partir de la potencia y la velocidad del motor. Utilice la fórmula:

T = 9550 × P / n

Donde T es el torque en N·m, P es la potencia en kW y n es la velocidad en RPM.

Aplique un factor de servicio basado en la aplicación. Las normas de acoplamientos AGMA recomiendan factores de servicio que van desde 1.0 para cargas suaves y constantes hasta 2.5 para cargas alternativas o de alto impacto. Seleccione un acoplamiento cuyo par nominal supere el par calculado multiplicado por el factor de servicio.

2. Verifique los tamaños de los ejes

El orificio del acoplamiento debe coincidir con los diámetros de los ejes del motor y del equipo accionado. Verifique la capacidad mínima y máxima del orificio del acoplamiento. Si los ejes tienen diferentes tamaños, seleccione un acoplamiento con diferentes opciones de orificio para cada cubo.

3. Estime el desalineamiento

Mida o estime el desalineamiento angular, radial y axial. Estos acoplamientos toleran un pequeño desalineamiento, típicamente:

• Angular: hasta 1° por cubo.

• Radial: hasta 0.5-1.0 mm dependiendo del tamaño.

• Axial: hasta 0.5-2.0 mm dependiendo del diseño.

Superar estos límites acorta la vida útil de la araña y aumenta la vibración.

4. Elija el material de la araña

Seleccione el material de la araña en función de la temperatura, la exposición a productos químicos y el par:

5. Tenga en cuenta los factores ambientales

Para aplicaciones de lavado o de alimentos, elija un buje de acero inoxidable y una araña de grado alimentario. Para uso al aire libre, seleccione un material de araña resistente a la radiación ultravioleta. Para equipos eléctricamente sensibles, considere una araña aislante para evitar el paso de corriente entre los ejes.

Procedimiento de instalación del acoplamiento de araña

Una instalación adecuada prolonga la vida útil de la araña y reduce la vibración. Siga estos pasos.

1. Inspeccione los componentes

Verifique si los bujes y la araña tienen daños antes de la instalación. Asegúrese de que los orificios coincidan con los diámetros de los ejes y de que las ranuras para clavijas estén alineadas si se utilizan.

2. Monte los bujes

Deslice cada buje sobre su eje. Utilice una clavija si es necesario. Ajuste los tornillos de fijación o los pernos de sujeción según la especificación de torque del fabricante. No lo apriete en exceso, ya que esto puede dañar el orificio o deformar el buje.

3. Alinee los ejes

Alinee los ejes lo más cerca posible dentro de los límites nominales del acoplamiento. Utilice una regla, un indicador de dial o una herramienta de alineación láser. Una mejor alineación significa una vida útil más larga de la araña.

4. Instale la araña

Inserta la araña en un buje. Luego, engrene el segundo buje. Asegúrese de que las mordazas se asienten completamente en los espacios de la araña. No fuerce la araña si no encaja.

5. Verificar el montaje

Gire el acoplamiento a mano para confirmar un engranaje suave. Verifique el juego axial y asegúrese de que los bujes estén correctamente espaciados. Haga funcionar la transmisión a baja velocidad primero y controle la vibración y la temperatura.

Para requisitos personalizados de acoplamientos de eje, Hebei Suju puede mecanizar los bujes para calibres no estándar o tamaños de ranuras de clavija.

Mantenimiento y solución de problemas del acoplamiento en araña

Los acoplamientos en araña requieren poco mantenimiento, pero no son libres de mantenimiento. Una inspección regular evita fallas inesperadas.

Lista de verificación de inspección

• Revisión visual de la araña: Busque grietas, trozos o desgaste excesivo.

• Monitoreo de vibración: Un aumento de la vibración a menudo indica degradación o desalineación de la araña.

• Par de los pernos: Verifique que los sujetadores del buje permanezcan apretados.

• Temperatura: Un calor excesivo puede indicar sobrecarga o mala alineación.

• Ruidos: Chillidos o golpes pueden significar una araña desgastada o mal asentada.

Problemas comunes y causas

Una planta de procesamiento de alimentos en Italia aprendió el valor del material correcto para las arañas. Utilizó arañas de poliuretano estándar en un área de lavado con vapor. Las arañas absorbieron humedad y se ablandaron, lo que causó vibraciones en seis meses. Después de cambiar a arañas de caucho nitrilo clasificadas para el entorno, el acoplamiento funcionó durante dos años sin problemas.

Acoplamiento de araña vs otros acoplamientos flexibles

Estos acoplamientos son una opción entre muchos tipos de acoplamientos flexibles. Aquí está cómo se comparan.

Estos acoplamientos ofrecen el mejor equilibrio entre costo, simplicidad y amortiguación para transmisiones industriales ligeras a medianas. Cuando el par o el desalineamiento exceden su rango, otros tipos de acoplamientos se convierten en una mejor opción.

Materiales y calidad de fabricación

La calidad de este acoplamiento depende del material del buje y de la formulación de la araña. Los bujes de hierro fundido son comunes para el uso industrial general porque son rentables y proporcionan una buena amortiguación. Los bujes de acero se utilizan cuando se necesita mayor resistencia. Los bujes de aluminio reducen el peso y la inercia para transmisiones más pequeñas.

La calidad de la araña (spider) es igualmente importante. Una araña mal formulada se endurecerá, se agrietará o se ablandará prematuramente. Los fabricantes de buena reputación prueban las arañas en cuanto a dureza, resistencia a la tracción y resistencia a la temperatura según las normas de vibración mecánica ISO. Cuando busque acoplamientos, pregunte sobre las especificaciones del material de la araña y la vida útil esperada en sus condiciones de funcionamiento.

En Hebei Suju, fabricamos los bujes a partir de materiales de calidad y suministramos arañas adecuadas para entornos industriales comunes. Para condiciones especiales, podemos recomendar o obtener materiales de araña personalizados.

Preguntas frecuentes sobre el acoplamiento de araña

¿Cuál es la diferencia entre un acoplamiento de araña y un acoplamiento de mordaza?

No hay diferencia práctica. Un acoplamiento de araña y un acoplamiento de mordaza son el mismo dispositivo. El nombre "araña" se refiere al insert de elastómero, mientras que "mordaza" se refiere a los bujes metálicos engranados.

¿Con qué frecuencia se debe reemplazar el insert de araña?

No hay un intervalo fijo. Inspeccione la araña durante el mantenimiento programado y reemplácela cuando vea grietas, trozos, endurecimiento o desgaste excesivo. En entornos limpios con buen alineamiento, una araña puede durar varios años.

¿Puede un acoplamiento en forma de araña manejar altos pares de torsión?

Un acoplamiento en forma de araña maneja bien los pares de torsión bajos a medios. Para pares de torsión muy altos, cargas de choque severas o desalineaciones grandes, un acoplamiento de engranajes o un acoplamiento de neumático suele ser la mejor opción.

¿Qué causa el fallo prematuro de un acoplamiento en forma de araña?

Las causas más comunes son la sobrecarga, la desalineación excesiva, la alta temperatura, el ataque químico y el material incorrecto de la araña para el entorno. Corregir estas condiciones suele prolongar significativamente la vida de la araña.

¿Son los acoplamientos en forma de araña adecuados para el procesamiento de alimentos?

Sí, cuando se les instala cubos de acero inoxidable y un material de araña apto para alimentos. Las arañas de poliuretano estándar no son adecuadas para entornos de lavado con vapor porque pueden absorber humedad y ablandarse.

Conclusión

Este acoplamiento es una solución confiable y de bajo mantenimiento para equipos accionados por motores que necesitan amortiguación de vibraciones y soporte de pequeñas desalineaciones. No es adecuado para todas las aplicaciones, pero es la opción correcta para muchas bombas, ventiladores, compresores y transportadores.

Para seleccionar el acoplamiento adecuado, calcule el par, verifique los tamaños de los ejes, estime el desalineamiento, elija el material adecuado para la araña y considere el entorno. Instale los cubos con el alineamiento y el par correctos, inspeccione la araña regularmente y reemplácela antes de que falle.

En Hebei Suju, suministramos acoplamientos de araña y otros acoplamientos flexibles para aplicaciones industriales en todo el mundo. Si necesita un acoplamiento estándar o un diseño personalizado para un taladro o entorno especial, envíenos su dibujo o solicite una cotización para obtener soporte técnico.