INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA

INDICE

No.TITULOPag.

1.0Introduccin3

1.1Materiales para acoplamientos4

1.2Geometra y tipos de acoplamientos5

1.3Relacin de variables14

1.4Relacin de formulas15

1.5Ejemplo de calculo15

1.6Conclusiones17

1.7Bibliografa18

1.0 INTRODUCCION

Los acoplamientos tienen por funcin prolongar lneas de transmisin de ejes o conectar tramos de diferentes ejes, estn o no alineados entre s. Si dos ejes se pudieran alinear perfectamente, podran ser conectados con dos cubos con bridas o pernos. Una vez realizado se tiene la seguridad que ninguna de las dos mquinas se mover sobre la cimentacin y que sta no se asentar. Es un hecho real que siempre habr alguna desalineacin entre un eje impulsor y un eje impulsado, por lo cual deben ocuparse acoplamientos flexibles. Es decir el propsito fundamental de los acoplamientos flexibles es transmitir el par de torsin requerido desde el eje impulsor al impulsado y compensar el desalineamiento angular, paralelo o una combinacin de ambos, con numerosas funciones complementarias como proporcionar desplazamiento axial y as mismo restringirlo.

Tal vez los acoplamientos flexibles son las partes peor tratadas de cualquier maquinaria, tanto por lo que respecta al tiempo de seleccin como al de instalacin. A travs de una apropiada seleccin del acoplamiento y de un buen procedimiento de alineacin pueden evitarse altos costos de mantenimiento y prdida de tiempo en la produccin.

Diferentes tipos de acoples pueden absorber diversas faltas de alineacin, la seleccin de aquel que absorba la desalineacin mayor no siempre es la mejor eleccin; ya que a veces se produce una desalineacin mayor por una reduccin en la potencia transmitida o una reduccin en la vida til de los acoplamientos. Los catlogos de los fabricantes enumeran informacin de diseo del cual se podr elegir el acoplamiento ms apropiado y por lo comn desalineacin mxima para cada uno, la desalineacin puede cambiar por varias razones: el asentamiento de la de la cimentacin, el desgaste de los cojinetes y las distorsiones provocadas por vibracin y cambios en la temperatura, etc.

1.1 MATERIALES PARA ACOPLAMIENTOS

Acoplamientos miniatura tipo MKALos cubos estn formados por aluminio de alta resistencia; mientras que los fuelles son de acero inoxidable; estos operan en un rango de temperatura que va desde los -20C a 150C

Poliuretano 98 Sh-A; Acero tratado, Poliuretano 72 Sh-D; Aluminoide alta resistencia, Aluminio de alta resistenciaLos acoplamientos conformados por estos tipos de materiales son aplicados en el diseo de maquinas en general, sistemas de transmisin, instrumentacin, automatizacin, etc. Por lo general los acoplamientos elsticos son los que poseen este tipo de materiales.

Poliuretano 72 Shore-D; aluminio de alta resistencia y aluminio de precisin son otros tipos de materiales utilizados en acoplamientos elsticos.

Otros fabricantes como lo son RENOLD HiTec Coupling utilizan otro tipos de materiales de acuerdo al tipo de acoplamiento. Por ejemplo en los acoplamientos flexibles; estos son construidos por Grafito esferoidal segn la norma BS 2789 con un grado de 420/12; adems utilizan elementos de goma con diferentes calidades y durezas, siendo la SM-70 shore la estndar. Las gomas estn conformadas por Estireno Butadieno, Neopreno y Nitrilo.

Otros de sus acoplamientos estn construidos en acero en conformidad con el BS970 con un grado 070 M55.1.2 GEOMETRIA Y TIPOS DE ACOPLAMIENTOS

Acoplamientos rgidos

Los acoplamientos rgidos conectan los ejes sin permitir movimiento relativo entre ellas; sin embargo, es posible algn ajuste axial en el montaje. Se utilizan cuando la precisin y la fidelidad de la transmisin del torque es de primordial importancia como, por ejemplo, cuando la relacin de fase entre el dispositivo impulsor y el dispositivo impulsado se debe de mantener con precisin. Por consiguiente, la maquinaria de produccin impulsada por grandes ejes en lnea usa con frecuencia acoplamientos rgidos entre las secciones del eje. Los servomecanismos necesitan tambin conexiones sin juego en el tren impulsor. En contraparte, la alineacin de los ejes de los ejes acoplados se ajusta con precisin para eliminar la introduccin de grandes fuerzas y momentos laterales, cuando el acoplamiento se sujeta en su lugar. Acoplamientos de tornillo pasajero Estos utilizan un tornillo prisionero duro que se incrusta en el eje para transmitir torque y cargas axiales. Estos no son recomendables salvo para aplicaciones con cargas ligeras y se pueden aflojar con la vibracin.

Acoplamientos acuadosUsan cuas estndar y pueden transmitir un torque considerable. Con frecuencia se emplean los tornillos prisioneros (opresores) junto con una cua, ubicando el tornillo a 90 de la cua. Para operar adecuadamente contra la vibracin, se utiliza un tornillo prisionero con punta de copa que se incrusta en el eje debajo del tornillo, con la finalidad de proporcionar una interferencia mecnica contra deslizamiento axial en vez de confiar en la friccin.

Acoplamientos de sujecin Se fabrican con varios diseos, de los cuales los ms comunes son los acoplamientos deslizantes de uno o dos piezas, que se abrazan alrededor de los dos ejes y transmiten torque a travs de la friccin. Un acoplamiento de bloqueo cnico utiliza una hendidura en forma de cono, que esta apretada entre el eje y el alojamiento del acoplamiento cnico para sujetar el eje.

Acoplamientos flexibles

Un eje, como un cuerpo rgido, tiene seis grados potenciales de libertad (GDL) con respecto a un segundo eje. Sin embargo, debido a la simetra slo cuatro de estos GDL son de inters. Se trata de las desalineaciones axial, angular, paralela y torsional, que pueden ocurrir individualmente o combinados, y se presentan en los ensambles debido a las tolerancias de fabricacin, o quizs ocurran durante la operacin como resultado de los movimientos relativos de los dos ejes. La transmisin final de un automvil tiene movimiento relativo entre los extremos del eje de transmisin. El extremo del eje impulsor esta fijo a la estructura y el extremo impulsado esta sobre el camino. La estructura y el camino estn separados por la suspensin del carro, de modo que los acoplamientos del eje de transmisin absorben las desalineaciones angulares y axiales, conforme el auto pasa los baches.

A menos que se tomen precauciones para alinear los dos ejes adyacentes, en las mquinas pueden haber desalineaciones axiales, angulares y paralela. Las desalineaciones angulares ocurren dinmicamente, cuando la carga impulsada intenta guiar o demorar al impulsor. Si el acoplamiento permite cualquier tolerancia torsional, se presenta un juego cuando el torque cambia de signo. Esto es indeseable si lo que se necesita es una fase precisa, como en los servomecanismos. En un acoplamiento flexible sera deseable la tolerancia a la torsin, si el impulsor se debe aislar de cargas de choque o vibraciones de torsin grandes.

Se fabrican numerosos diseos de acoplamientos con tolerancia y cada uno ofrece una combinacin de caractersticas diferentes. El diseador generalmente encuentra el acoplamiento comercial adecuado para cualquier aplicacin. Los acoplamientos flexibles se dividen en diferentes categoras, de acuerdo a sus caractersticas.

Acoplamientos de quijadaTienen dos mazas con quijadas prominentes. Las quijadas se traslapan axialmente y se traban torsionalmente a travs de un inserto flexible de caucho o un metal blando. Las holguras permiten algo de desalineacin axial, angular y paralela aunque tambin pueden permitir un juego indeseable.

Acoplamientos de discos flexiblesSon similares a los acoplamientos de quijada, donde sus dos mazas estn conectadas por un elemento con tolerancia (disco), como un elastmero o un resorte metlico. Esto permite desalineacin axial, angular y paralela, adems de alguna tolerancia a la torsin con un poco o nada de juego.

Acoplamientos de engrane y ranura Utilizan engranes externos con dientes rectas o curvas, que permiten movimientos axiales sustanciales entre los ejes y, segn la forma del diente y las holguras, tambin absorben pequeas desalineaciones angulares y paralelas. Tienen gran capacidad de torque por el nmero de dientes engranados.

Acoplamientos helicoidales y de fuelle Son diseos de una sola pieza que usan deflexiones elsticas para permitir desalineaciones axiales, angulares y paralelas con un poco de juego o sin l. Los acoplamientos helicoidales se fabrican con un cilindro solido metlico cortado con una ranura helicoidal para incrementar si flexibilidad. Los acoplamientos de fuelle de metal se fabrican con una hoja de metal delgada soldando una serie de arandelas huecas juntas, moldeando hidrulicamente un tubo dentro de la forma, o colocando un recubrimiento electroltico grueso sobre un mandril. Dichos acoplamientos tienen una capacidad de torque limitada comparado con otros diseos, pero ofrecen cero juego y alta rigidez a la torsin, en combinacin con desalineacin axial, angular y paralela.

Acoplamientos de eslabn O acoplamientos de Schmidt conectan dos ejes a travs de una red de eslabones, que permiten una desalineacin paralela significativa sin cargas laterales, o perdidas de torque y sin juego. Algunos diseos permiten pequeas cantidades de desalineacin angular y axial. Tales acoplamientos se utilizan con frecuencia donde se necesitan grandes ajustes paralelos o movimientos dinmicos entre los ejes.

Juntas universalesSon de dos tipos comunes, el acoplamiento de Hooke, el cual no tienen velocidad constante y el acoplamiento de Rzeppa, que si la tiene. Los acoplamientos de Hooke se usan generalmente en pareja para eliminar su error en la velocidad. Ambos tipos pueden manejar desalineaciones angulares muy grandes y, en pareja. Ambos tipos pueden manejar desalineaciones angulares muy grandes y, en apreja, tambin proporcionan grandes deslizamientos paralelos. Estos se emplean en ejes de transmisin de automviles, los acoplamientos Hooke por pares en el eje de transmisin trasero y los Rzeppa en el impulsor delantero del automvil.

1.3 RELACION DE VARIABLES

SmboloVariableUnidades

C2Factor de impacto de carganinguna

FAEsfuerzo en la direccin del ejeN

fFactor de seguridadninguna

fDFactor de rigidez torsionalninguna

fTFactor de temperaturaninguna

fBFactor de trabajoninguna

hRendimiento del husillo y los rodamientosninguna

IRadio de reduccinninguna

JantrMomento de inercia del elemento conducidokg m2

JmasaMomento de inercia de la mquinakg m2

JmotMomento de inercia del motorkg m2

Jgetr. abMomento de inercia a la salida del reductorkg m2

JschlMomento de inercia del husillo y de la pieza a desplazarkg m2

mschlPeso del husillo y de la pieza a moverkg

nVelocidad del motorrpm

TanPar de aceleracin del motorN m

TAPar motrizN m

TKNPar nominal del acoplamientoN m

TmaxPar de pico del motorN m

sPaso del husilloninguna

PmxMximo par en salidaKW

1.4 RELACION DE FORMULAS

Formulas para el calculo estimativo de un acoplamiento en base al par

Par acoplamiento

Transmisin directa

Transmisin indirecta

Formulas para el calculo estimativo de un acoplamiento en base a la aceleracin

Basado en la aceleracin del motor

Transmisin directa

Transmisin indirecta

Formulas para el calculo estimativo de un acoplamiento en base al esfuerzo tangencial

Formula para el clculo rpido del par en el acoplamiento

1.5 EJEMPLO DE CALCULO

Datos motor:

Par Nominal TN Mot = 18 NmPar de pico Tmax = 90 NmMomento de inercia JMot 1 = 72x10-4 Kgm2Eje motriz 28k6Motor brusless trifsico

Datos mquina:

Husillo de recirculacin de bolas Jsp = 38x10-4 Kgm2Paso del husillo s = 10 mm = 0,01 mDimetro y tolerancia de eje 30k6Peso del husillo y de la pieza a mover = mschl = 950 kgVelocidad = 10 m/minEsfuerzo tangencial FA 7500 NFactor de impacto de carga C2 = 2,5

Momento de inercia del husillo y de la pieza a desplazar referido al eje principal:

Par de aceleracin:Tan = Tmax = 90 Nm

JMasch = Jsp Jschl 2/5Jk

JMasch = (38 + 24 + 14) x10-4 = 76x10-4 Kgm2

JMot = JMot 1 3/5 Jk

JMot = (72 + 21)x10-4 = 93x10-4 Kgm2

Par segn la fuerza tangencial:

Clculo aproximado:TKN 1,5 TmaxTKN 1,5 (90 Nm)TKN 135 Nm

La preseleccin ya nos indica prcticamente el modelo ms correcto. En lugar de acoplamientos del tipo SEA 200 EKM 300, los tamaos SEA 120 EKM 150 debieran ser suficientes. Dado que la rigidez torsional es suficiente no es preciso considerar esta en el proceso de seleccin del acoplamiento.

Finalmente se comprueba la posibilidad de dimetros de ejes con el acoplamiento seleccionado.

Preseleccin: (alternativa)

a) Acoplamiento de fuelle KM170b) Acoplamiento de seguridad SBB 170c) Acoplamiento de seguridad SEA 200d) Acoplamiento elstico EKM 300

1.6 CONCLUSIN

Salazar Granados Emanuel

Torres Pino Isael

Es importante considerar una gran cantidad de datos tanto del motor como de la maquina para pode realizar una seleccin de un acoplamiento; datos como esfuerzos tangenciales, momentos de inercia; eje motriz, par entre otros. En la resolucin del problema, es interesante observar que podemos realizar una seleccin de acoplamiento por diferentes mtodos; como son por el mtodo de aceleracin; en esta metodologa se considera al par del motor como el par mximo; esto nos lleva a que el par transmitido por el acoplamiento debe ser mayor o igual al par del motor. Por otro lado la metodologa de la fuerza tangencial; nos da una frmula un poco mas directa; en donde se involucran variables como son el paso del husillo, esfuerzo en direccin del eje, factor de impacto de carga; relacionando estas variables; nos da como resultado el par nominal que necesita nuestro acoplamiento. Finalmente, la metodologa del calculo aproximado nos relaciona otro tipos de variables como son el factor de temperatura, el factor de rigidez, el factor de trabajo; as como el par de aceleracin del motor; al realizar el producto entre estas variables se obtiene el par necesario para nuestro acoplamiento.Como podemos ver; existen varios mtodos para la seleccin de un acoplamiento, dichos mtodos los podremos utilizar de acuerdo a las variables que nosotros dispongamos.

1.7 BIBLIOGRAFIA

Norton, Robert L DISEO DE MQUINAS Cuarta Edicin; Editorial Pearson Ficha tcnica de Acoplamientos por TECNOPOWER Catalogo industrial de Acoplamientos RB y PM RENOLD