Normas metricas

Cuando los ingenieros seleccionan acoplamientos con las capacidades, la resistencia ambiental y los parámetros de servicio que sus aplicaciones demandan e instalan y los utilizan como están diseñados, pueden estar seguros de que los acoplamientos funcionarán de manera confiable a lo largo de su vida útil diseñada. Desafortunadamente, ignorar uno o más de estos factores puede causar una falla prematura del acoplamiento con resultados que van desde pequeños inconvenientes a pérdidas financieras graves y lesiones personales.        

Los acoplamientos mecánicos conectan y transfieren el movimiento giratorio y el par de torsión entre los ejes giratorios. Aunque el concepto es elemental, los detalles de seleccionar y usar acoplamientos pueden no serlo. Aquí hay algunos errores comunes y cómo evitarlos.        

Selección inteligente        
Con demasiada frecuencia, los ingenieros seleccionan acoplamientos de control de movimiento demasiado tarde en el proceso de diseño. Cuando esto sucede, los acoplamientos a menudo no cumplen los requisitos complejos del sistema.        

Los diseñadores que han cometido este error y tuvieron que realizar cambios en el sistema para que los acoplamientos funcionen correctamente pueden indicarle que: Los acoplamientos son un componente crítico para el rendimiento general del sistema. La selección temprana reduce los errores en la estimación del rendimiento y hace menos probable la falla prematura del acoplamiento.

La selección del acoplamiento implica una serie de criterios de diseño que incluyen torque, desalineación, rigidez, inercia, rpm, montaje del eje, ambiente, limitaciones de espacio, factores de servicio y costo. Los ingenieros que seleccionan acoplamientos deben abordar todos estos criterios en el proceso de selección.        

Además de pensar en los factores de diseño por adelantado, los ingenieros deben tener en cuenta que los cambios posteriores en la aplicación pueden hacer que su elección de acoplamiento sea menos adecuada a lo largo del tiempo.        

Errores de alineación        
La desalineación del eje es una de las condiciones de acoplamiento más comunes. Tal desalineación puede ser angular, paralela, axial o cualquier combinación de estos, un caso llamado desalineación compleja.        

La desalineación crea cargas que pueden exceder las especificaciones de acoplamiento. Todos los acoplamientos de eje flexible están diseñados para permitir algunas desalineaciones y diversos grados de flexión. Comprender la flexión permisible para el acoplamiento considerado es primordial.

Por ejemplo, los acoplamientos Oldham están diseñados para manejar desajustes paralelos relativamente grandes, pero no hacen mucho para compensar la desalineación angular o el movimiento axial. Un acoplamiento de una sola viga, por el contrario, acomoda fácilmente la desalineación angular y el movimiento axial con menos éxito para compensar la desalineación paralela.

Incluso con los acoplamientos correctos, una desalineación excesiva entre los ejes unidos es una de las razones más comunes de falla de acoplamiento. La desalineación que produce cargas que exceden las especificaciones de acoplamiento puede acelerar el desgaste.        

También tenga en cuenta que cualquier acoplamiento que se doble durante la desalineación genera cargas de soporte. Por lo tanto, una desalineación excesiva puede provocar fallas prematuras en otros componentes del sistema, como los cojinetes.        

Los ingenieros deberían rectificar la desalineación más allá de las especificaciones de acoplamiento intentando primero realinear los ejes. El acoplamiento correcto es secundario a un sistema bien alineado.        

Par que habla        
Los ingenieros que no especifican los acoplamientos a menudo no han considerado el torque. La selección del diseño debe tener en cuenta no solo el par de estado estacionario sino también el par instantáneo máximo. Esto es particularmente importante cuando el par de torsión varía, por ejemplo, con el movimiento de arranque y parada. En algunos casos, los diseñadores pueden desear construir en un grado de cumplimiento de torsión para amortiguar las cargas y picos de choque de par.        

Los pares de torsión estáticos flexibles dependen del diseño del acoplamiento. Por ejemplo, un acoplamiento de doble disco y un acoplamiento Oldham con un disco de acetal pueden ser clasificados para una aplicación particular, pero el acoplamiento de doble disco tiene una capacidad de par estático del 15 al 20% mayor.        

El cumplimiento de la torsión, la rigidez torsional o el viento se refieren a la deflexión rotacional entre el impulsor (por ejemplo, el motor) y la carga. Piense en ello como terminando el acoplamiento como un resorte.        

Windup puede significar una diferencia en el desplazamiento angular de un extremo del acoplamiento al otro. En aplicaciones servo, esto dificulta mantener la precisión. Windup también puede introducir resonancia en el sistema que puede causar inestabilidad en un servo sintonizado incorrectamente.

Choque y contragolpe        
Backlash se refiere a jugar en acoplamientos y es esencialmente movimiento que se pierde. El backlash interrumpe o desacopla la transferencia de potencia entre el motor u otro controlador y la carga. El retroceso no es aceptable en las aplicaciones de control de movimiento donde disminuye la precisión de posicionamiento y dificulta el ajuste del sistema.

En una aplicación centrada en el movimiento, como un servo, la retroalimentación introduce problemas de temporización que hacen que el acoplamiento avance y retroceda más de lo necesario. También introduce tensiones que contribuyen a la falla prematura. Por estas razones, los acoplamientos de retroceso cero son ideales para servoaplicaciones.

Los ingenieros también quiero minimizar la transferencia de golpes y vibraciones a través de un acoplamiento por amortiguación. La amortiguación es particularmente importante en aplicaciones de control de movimiento y transmisión de potencia donde la vibración indeseable desperdicia energía y acentúa los componentes del sistema.        

La amortiguación de impactos ayuda a reducir los efectos de las cargas de impulso y minimiza la descarga al motor y a otros equipos sensibles. Los ingenieros deben seleccionar acoplamientos que no contribuyan a las vibraciones del sistema y que tengan los efectos de amortiguación deseados.

Un tipo de acoplamiento que amortigua bien es un acoplamiento de mandíbula sin retroceso compuesto por una "araña" elastomérica y dos cubos. Las arañas vienen en varios durómetros para que los ingenieros puedan elegir el nivel de amortiguación adecuado para la magnitud de la carga de impulso en sus aplicaciones. El tipo de acoplamiento incorrecto o el material de araña incorrecto pueden acelerar la falla del acoplamiento.        

Inercia y velocidad del eje        
La inercia es la resistencia de un cuerpo a cambiar su velocidad angular. Gobierna la tendencia del acoplamiento a permanecer a una velocidad constante en respuesta a fuerzas externas aplicadas como el torque. En un sistema de transmisión de potencia, la inercia determinada por la masa y su distribución sobre el eje es una parte importante de las especificaciones de par motor.

Los ingenieros que elijan acoplamientos para sistemas de servodrive con arranques y paradas intermitentes deben considerar la inercia además del juego y la rigidez torsional. También deben comprender la inercia del sistema accionado y su efecto sobre el acoplamiento.        

La alta inercia de acoplamiento puede degradar el rendimiento del sistema al introducir resonancia y agregar a la frecuencia natural del sistema, posiblemente con consecuencias involuntarias. Los acoplamientos de baja inercia permiten a los ingenieros ajustar los sistemas para un mayor rendimiento y son buenas opciones para aplicaciones de precisión.        

La velocidad del eje es otro factor importante. Dejar las velocidades de operación seguras de los acoplamientos fuera de los criterios de diseño puede provocar fallas rápidamente, a veces con trágicas consecuencias.        

Los ingenieros deben prestar atención a las clasificaciones de velocidad de los fabricantes, pero también deben recordar que cualquier desalineación del eje perjudica la velocidad de operación segura de un acoplamiento. La rigidez del acoplamiento es otra consideración porque la velocidad también causa deflexión que reduce la velocidad máxima de seguridad.        

Especialmente en aplicaciones de alta velocidad, el equilibrio del acoplamiento es esencial para evitar vibraciones excesivas del sistema. Los ingenieros deben tener cuidado de no alterar el equilibrio dinámico de un acoplamiento antes o después de la instalación.        

Operación de aislamiento        
El aislamiento eléctrico evita el movimiento de las corrientes eléctricas entre los componentes funcionales de los sistemas mecánicos mientras se mantiene la transferencia de energía mecánica. Las corrientes eléctricas extrañas pueden causar serios problemas de control cuando pasan entre las servounidades y los componentes accionados.        

Los acoplamientos Oldham y mandíbula con insertos no metálicos o de polímero están aislando eléctricamente. Otros tipos de acoplamiento también se pueden fabricar con materiales eléctricamente aislantes.        

Los ingenieros también pueden desear la opción de aislar mecánicamente partes de un sistema. Un acoplamiento de fusibles evita que la energía se transfiera entre piezas cuando ocurre una falla. Por el contrario, un acoplamiento a prueba de fallas está diseñado para mantenerse conectado.

Algunas aplicaciones requieren un acoplamiento a prueba de fallas para proteger al personal o al equipo. Por ejemplo, un acoplamiento a prueba de fallas en una aplicación de manejo de materiales podría evitar problemas de seguridad o de proceso si el acoplamiento falla cuando se interrumpe el flujo de material.        

Los acoplamientos de mandíbula se consideran a prueba de fallas porque, incluso si falla la araña, las mordazas de los dos cubos se enclavan, lo que permite una transmisión de potencia continua. Por el contrario, un acoplamiento Oldham con un disco central que falla de manera similar se desconectará e interrumpirá la transmisión de potencia.        

Importancia de la instalación        
El mejor esfuerzo de diseño y atención al seleccionar un acoplamiento de eje se desperdicia si el acoplamiento se instala incorrectamente o si los parámetros reales de la aplicación están fuera del criterio de diseño original. Con demasiada frecuencia, un acoplamiento se instala apresuradamente o sin tener en cuenta las especificaciones del fabricante, lo que lleva a una falla prematura.

Los pasos de instalación pueden incluir preparar el acoplamiento y los ejes antes de la instalación limpiando las piezas de acoplamiento y engrasando los ejes ligeramente; verificar que cualquier desalineación entre ejes esté dentro de las clasificaciones del acoplamiento; y apretar los sujetadores en el orden correcto y al par especificado.        

Además, los instaladores deben asegurarse de centrar cualquier desalineación a lo largo de la longitud del acoplamiento y evitar instalar el acoplamiento demasiado hacia la izquierda o hacia la derecha de la línea central. Los acoplamientos deben instalarse en un estado libre de tensiones, no comprimidos ni estirados.        

Finalmente, los instaladores deben colocar los ejes a la profundidad correcta dentro de los cubos de acoplamiento. Algunos acoplamientos requieren un espacio mínimo entre los ejes. En la mayoría de los casos, la profundidad del eje dentro del cubo es especificada por el fabricante de acuerdo con el diseño del acoplamiento. Instalar ejes demasiado profundos o poco profundos en los cubos puede provocar fallas prematuras.        

Aumento de mantenimiento        
Los acoplamientos de control de movimiento son, con excepciones específicas, esencialmente libres de mantenimiento. El mantenimiento regular y diligente del sistema es importante, sin embargo, para todo el sistema en el cual el acoplamiento es un componente integral. Los requisitos y las programaciones de mantenimiento del sistema generalmente son una función de la aplicación, los ciclos de trabajo, los parámetros de operación, el entorno y otros factores.        

Cualquier plan de mantenimiento o servicio para el sistema en su conjunto tiene como objetivo evitar la falla de los componentes en cualquier parte del sistema, incluidos los ejes, los acoplamientos, los motores y los cojinetes. El acoplamiento puede verse afectado adversamente si las características operativas de otros componentes fuerzan el funcionamiento fuera de las especificaciones de diseño.        

Los requisitos básicos de mantenimiento del sistema pueden incluir la verificación de características de funcionamiento anormales, como ruido inusual o temperaturas excesivas de los componentes. El personal de mantenimiento también puede buscar vibraciones excesivas u otros indicadores de un cambio en la alineación dentro del sistema. Se debe tener en cuenta cualquier signo de desgaste de los sujetadores y los sujetadores sueltos se deben volver a apretar.        

Al utilizar acoples Oldham o tipo mandíbula, los ingenieros deben considerar el ciclo de trabajo de los discos centrales o las arañas. El desgaste en estos componentes puede ocasionar problemas de funcionamiento y rendimiento.        

Un plan de mantenimiento debe incluir el reemplazo de discos centrales y arañas con partes especificadas por el vendedor cuando se haya excedido el ciclo de trabajo o cuando se observe un desgaste excesivo. Los discos son artículos de bajo costo y fáciles de reemplazar que restaurarán las capacidades originales del acoplamiento.        

Si falla un acoplamiento, los ingenieros deben documentar las condiciones del sistema en caso de falla. Esto permite la acción correctiva apropiada, hasta e incluyendo la especificación de un acoplamiento diferente que satisfaga mejor las necesidades de la aplicación.

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