Selección de acoplamientos de engranajes de tambor: tipos, desalineación, torsión y aplicaciones

Considere un polipasto de grúa de 250 kW que comienza a vibrar sólo cuando se levanta la carga. Al cabo de unos meses se inspecciona el acoplamiento del engranaje del tambor y el desgaste de los dientes se concentra en un flanco. El diagnóstico común no es un único componente defectuoso; es una falta de coincidencia entre el par de torsión del catálogo, la desalineación real y la película de grasa. La forma confiable de especificar un acoplamiento de engranaje de tambor es tratar el torque, el perfil de los dientes, el ajuste del eje y el mantenimiento como una lógica de selección completa.

Qué hace un acoplamiento de engranajes de tambor y por qué es importante el diente coronado

Un acoplamiento de engranaje de tambor transmite torsión a través de un conjunto de dientes externos coronados en cada cubo que engranan con dientes internos en una manga. La palabra tambor se refiere a la forma del diente curvado en dirección axial. Esa curva permite que el cubo se mueva a través de un pequeño desplazamiento angular dentro del manguito sin forzar la carga completa sobre un borde del diente.

Los acoplamientos de engranajes de dientes rectos todavía se utilizan donde la alineación se controla estrechamente y se requiere una pérdida mínima de movimiento. En transmisiones industriales pesadas, el perfil de dientes del tambor suele ser la opción más segura porque aumenta el rango de desalineación angular utilizable y distribuye la presión de contacto a lo largo de una superficie de diente más amplia. La mayoría de los acoplamientos de engranajes de tambor estándar toleran una desalineación angular de aproximadamente 0,5 a 1,5 grados, además de una cantidad limitada de desplazamiento paralelo y axial. Para obtener más detalles sobre los límites entre diseños, nuestro comparación de acoplamientos de engranajes de dientes rectos explica las diferencias prácticas.

Un acoplamiento de engranajes no cancela la desalineación; se adapta a la desalineación mediante el deslizamiento controlado entre los juegos de dientes. Si un desplazamiento grande se trata como una condición de rutina, la presión de contacto y la tasa de desgaste aumentan rápidamente. Por este motivo, la forma del diente coronado, el ajuste del casquillo y el tipo de lubricación son inseparables de la decisión de selección.

Seleccione por par, velocidad y geometría del eje.

Empiece por el trabajo, no sólo por el diámetro del eje. El par nominal transmitido por un accionamiento directo se puede estimar como T(Nm)=9550 x P(kW)/n(rpm). Para un motor de 200 kW a 980 rpm, esto equivale aproximadamente a 1.950 Nm. Si la máquina accionada tiene cargas de choque, arranques frecuentes o servicio de marcha atrás, multiplique este valor nominal por un factor de servicio. Un punto de partida es 1,75 para impactos moderados y 2,5 o más para trabajos pesados ​​de marcha atrás. El tamaño del acoplamiento debe estar clasificado por encima de este par ajustado.

Después del torque, verifique el rango de diámetros. Un acoplamiento puede cumplir con la clasificación de torque en el papel y aun así fallar prematuramente si el orificio del cubo está cerca de su límite máximo con un chavetero de tamaño insuficiente, o si el ajuste del eje no puede resistir las fuerzas de inversión. El diámetro exterior y la longitud del cubo también deben ajustarse al espacio disponible alrededor del eje.

Cree una breve lista de verificación de selección para el departamento de diseño:

1. Potencia del motor o motor y velocidad a plena carga.
2. Ciclo de trabajo: arranques, marcha atrás o frenado continuos y frecuentes.
3. Diámetros de eje, dimensiones de chaveteros y límites de holgura del cubo.
4. Espacio disponible para el diámetro exterior del acoplamiento y para el retiro del manguito durante el mantenimiento.
5. Desalineación esperada debido a la expansión térmica, el asentamiento de la base, las holguras de los cojinetes y las cargas de las tuberías.

Para una transmisión horizontal estándar de motor a caja de cambios, el acoplamiento de engranaje de tambor GICL básico suele ser la primera variante a verificar.

Acoplamiento de engranaje de tambor GICL para transmisiones horizontales de motor a caja de cambios Este acoplamiento de servicio pesado utiliza dientes de engranaje coronados para manejar operaciones de baja velocidad y alto torque mientras compensa la desalineación axial, radial y angular. Es una primera opción práctica para evaluar configuraciones de transmisión horizontal estándar. Ver producto →

La siguiente tabla de factores de servicio es una estimación inicial; el valor final debe provenir del análisis de servicio y de la calificación del fabricante del acoplamiento.

Alinear la instalación y estimar la desalineación efectiva

Los acoplamientos de engranajes de tambor toleran la desalineación, pero su vida depende de la frecuencia con la que se deslizan los dientes y de cuánta presión se ejerce en el punto de contacto. La desalineación angular crea deslizamiento entre los dientes externos e internos; la desalineación paralela mueve el punto de contacto y agrega carga de flexión al manguito.

En una instalación nueva, acerque los ejes a una alineación real lo más posible y luego monte el acoplamiento. El asentamiento de los cimientos, el crecimiento térmico en la carcasa de la máquina y la deflexión del rodamiento consumirán algunos de los valores permitidos incluso antes de que comience el acoplamiento. Deje un margen, no sólo un número de catálogo nominal.

Un acoplamiento de engranaje de tambor no es una junta universal. Si el diseño de la máquina requiere una gran articulación, una clase más apropiada es un acoplamiento universal cruzado o un acoplamiento de diafragma. Un acoplamiento de engranajes es la elección correcta cuando la transmisión necesita una conexión compacta y rígida a la torsión con flotación controlada y lubricación predecible.

Lubricación y mantenimiento: dónde se desgastan los acoplamientos de engranajes del tambor

Debido a que un acoplamiento de engranaje de tambor transmite torsión a través del contacto de dientes deslizantes, la grasa es parte del diseño. La cavidad del diente debe rellenarse con una grasa de extrema presión que permanezca en su lugar en condiciones de funcionamiento y estable a la temperatura de funcionamiento esperada. Muchas transmisiones estándar utilizan grasa NLGI grado 1,5 o 2 con un espesante sintético o de litio. Los sitios polvorientos, las salpicaduras de agua y las altas temperaturas ambientales requieren una grasa con mejor resistencia al agua y protección EP.

Los intervalos de relubricación dependen de la velocidad, la temperatura y los ciclos de carga. Un acoplamiento de alta velocidad puede necesitar grasa cada pocos meses, mientras que una unidad lenta y de servicio pesado a veces puede funcionar por más tiempo, pero el cronograma del fabricante es el punto de partida. Si cambia el tipo de grasa, purgue primero la grasa vieja; Los espesantes incompatibles pueden endurecer y restringir el espacio entre los dientes.

La inspección debe incluir el patrón de desgaste tanto en los dientes externos como en los internos. El desgaste uniforme en todo el ancho del diente es saludable. El desgaste concentrado en un borde indica que la desalineación real es mayor que el valor de diseño. La grasa descolorida o una pasta gris metálica en la cavidad dental suele indicar una sobrecarga, una relubricación insuficiente o una pérdida de la película de grasa.

Elija la variante de acoplamiento de engranaje de tambor adecuada

El término acoplamiento de engranajes de tambor cubre una familia completa de construcciones. Las versiones más económicas están destinadas a transmisiones motor-reductor horizontales con acceso normal para alineación y engrase. Cuando el tren motriz incluye un freno, un eje vertical o un gran espacio entre las máquinas, una variante diseñada específicamente es una mejor opción que un acoplamiento básico adaptado in situ.

En accionamientos de elevación o cabrestante en los que un freno de tambor ya forma parte de la máquina, un acoplamiento con una rueda de freno integrada acorta el tren de transmisión y mantiene la superficie de freno concéntrica con el eje.

Acoplamiento WGZ con rueda de freno integrada para maquinaria de elevación Con un diseño de engranaje coronado y un tambor de freno integrado, este acoplamiento combina la transmisión de torsión con el frenado en una unidad compacta. Es adecuado para transmisiones de elevación y cabrestante donde un conjunto de freno separado complicaría el tren de transmisión. Ver producto →

Para ejes de bombas o mezcladores verticales, verifique el diseño del acoplamiento de engranajes del tambor vertical en lugar de asumir que cualquier acoplamiento de engranajes se puede montar en posición vertical sin cambiar la retención de lubricación. Para el mantenimiento de la bomba, un acoplamiento espaciador permite retirar la bomba sin mover el motor.

Acoplamientos de engranajes de tambor en aplicaciones industriales

Los acoplamientos de engranajes de tambor aparecen en casi todos los trenes de ejes pesados donde se necesita una conexión compacta y rígida a la torsión. En acero y metalurgia, conectan soportes de piñones y accionamientos de mesas de rodillos donde los picos de vibración y torsión son comunes. En plantas petroquímicas y generación de energía, transmiten torque a través de bombas, ventiladores y sopladores donde la alineación puede cambiar a medida que se desarrollan las cargas en las tuberías. En instalaciones marinas, el fácil servicio y la resistencia a la corrosión determinan el diseño. En la minería, el polvo y el agua hacen que la lubricación sellada y las superficies dentales robustas sean importantes.

El equipo de elevación es un caso especial porque el accionamiento es corto, reversible y a menudo se combina con un dispositivo de frenado. Los acoplamientos de engranajes de tambor manejan esto bien cuando la variante coincide con el servicio de la grúa. Debido a que las grúas tienen ciclos de carga y factores de seguridad específicos, la serie de acoplamientos de tambor de grúa tiene un tamaño más conservador. el Descripción general de maquinaria de elevación y construcción. proporciona un punto de partida útil para estas aplicaciones; Para un accionamiento de grúa compacto con opción de freno integrado, el acoplamiento de tambor con borde de corona tipo CC es una opción típica.

Acoplamiento de tambor de engranaje coronado de CC para sistemas de elevación de grúas Diseñado específicamente para acoplar reductores a tambores en aplicaciones de elevación, este acoplamiento maneja cargas radiales y pares elevados con un cojinete esférico autoalineante. Es una opción típica para accionamientos de grúas compactas con opciones de frenado integradas. Ver producto →

Lista de verificación de selección final

La decisión final debe tomarse a partir de una tabla de tallas con los datos reales del servicio frente a usted. Los errores comunes son utilizar el diámetro del eje como único parámetro de dimensionamiento, ignorar las condiciones de par bloqueado o pérdida y esperar más capacidad de desalineación de la que el acoplamiento puede ofrecer sin un desgaste acelerado.

• Utilice el par ajustado con el factor de servicio correcto.
• Verifique que el diámetro del eje y el chavetero estén dentro del rango del catálogo.
• Elija la variante de construcción que coincida con los requisitos de freno, espaciador, vertical o grúa.
• Defina el objetivo de alineación para la instalación y realice un registro de alineación final.
• Establezca un programa de relubricación e incluya el estado de los dientes en la lista de verificación de inspección.

Un acoplamiento de engranaje de tambor puede brindar una larga vida útil si se selecciona para el trabajo real, se lubrica como un componente mecánico cargado y se protege contra una desalineación excesiva en la instalación. Esa combinación es lo que convierte un componente estándar en una parte confiable de una línea de producción.