¿Cuáles son los componentes clave de un acoplamiento de mandíbula y cómo se selecciona el correcto?

Un gerente de mantenimiento nos dijo una vez que una forma eficaz de reducir el tiempo de inactividad en una línea de envasado era dejar de tratar el acoplamiento como una pieza de repuesto genérica. La diferencia no estaba solo en la clasificación de torsión, sino también en el durómetro de araña y el ajuste del orificio. Un acoplador de mandibula es un dispositivo simple, pero lograrlo correctamente requiere atención a los mismos parámetros que provocan otras fallas en la línea motriz: tolerancia a la desalineación, temperatura de operación y carga de impacto.

Para transmisiones de torque bajo a medio que funcionen dentro de un rango de velocidad práctico, un acoplador de mandibula ofrece un buen equilibrio entre costo, amortiguación y facilidad de reemplazo. El diseño consta de dos cubos con mordazas entrelazadas y una araña de elastómero reemplazable. La buena noticia es que muchas fallas se pueden prevenir si comprende lo que ve la araña durante su funcionamiento.

Qué es un acoplamiento de mandíbula y cómo funciona

A acoplamiento de mandíbula , también llamado acoplamiento de araña, es un acoplamiento flexible de accionamiento positivo. Las dos mitades del cubo se enfrentan entre sí con un pequeño espacio y sus mandíbulas se entrelazan como un conjunto de engranajes que no se tocan. La araña elastomérica llena el espacio libre. Cuando el eje impulsor gira, las mordazas del cubo presionan contra los dientes de araña, que transmiten fuerza al cubo impulsado.

Debido a que la araña puede deformarse, se absorben pequeñas cantidades de desalineación angular, desplazamiento del eje y movimiento axial. El acoplamiento también amortigua la vibración, lo que ayuda a proteger los rodamientos conectados. Una característica importante es que la araña transmite el par a través de su material. A medida que aumenta el par, los dientes de araña se comprimen y esta deformación permite que la suavidad torsional absorba el par de arranque y reduzca el impacto transmitido al motor.

Por diseño, la araña suele ser el componente más débil. Cuando el sistema está sobrecargado, generalmente se espera que la araña caiga antes que los cubos metálicos o los ejes. Este principio de un elemento de sacrificio puede reducir significativamente el costo de las fallas, pero también significa que seleccionar una araña con demasiada rigidez o muy poca resistencia puede causar reemplazos prematuros repetidos.

Componentes clave de un acoplamiento de mandíbula

Los centros

Los dos cubos son la parte estructural del acoplamiento. Por lo general, se mecanizan a partir de hierro fundido para aplicaciones generales, hierro dúctil para un par mayor o acero cuando tanto la velocidad como el par son altos o cuando el tamaño del eje lo exige. El número de mordazas varía según el tamaño del acoplamiento y no es un indicador de rendimiento por sí solo. En cambio, la geometría del cubo determina en cuánto espacio radial tiene que trabajar la araña y con qué eficacia el acoplamiento se adapta a las diferencias de alineación.

La araña elastomérica

La araña es el elemento que define en gran medida las prestaciones del acoplamiento. La elección del material es una decisión de selección clave. El poliuretano, el NBR (caucho de nitrilo) y el elastómero termoplástico son las opciones dominantes y se comportan de manera diferente en términos de dureza, amortiguación y resistencia a la temperatura.

La dureza es un factor importante en el comportamiento del acoplamiento. Una araña más blanda proporciona más amortiguación pero permite una mayor desviación angular y corre el riesgo de sobrecalentarse a alta velocidad. Una araña más dura transmite el torque con menos desperdicio pero transfiere más impacto a los rodamientos conectados. Una elección adecuada es una balanza que tenga en cuenta las condiciones reales de arranque y funcionamiento.

Dónde se utilizan los acoplamientos de mandíbula

Los acoplamientos de mandíbula son comunes en bombas, pequeños ventiladores, transportadores, mezcladores, maquinaria de envasado y pequeños compresores. Suelen funcionar bien cuando la máquina accionada no genera cargas de choque pesado y la desalineación se mantiene dentro del rango nominal del acoplamiento. En general, cuanto menor sea el desplazamiento angular y paralelo, más tiempo tiende a sobrevivir la araña.

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Para equipos de proceso como un agitador o una bomba en una línea de elaboración de cerveza, el acoplamiento de mandíbula suele ser una opción práctica por su simplicidad y bajo costo de reemplazo. Una bomba con un acoplamiento mal alineado puede mostrar desgaste en los bordes de la araña después de unos pocos kilómetros de horas de funcionamiento.

Dimensionamiento y selección de un acoplamiento de mandíbula

Comience calculando el par nominal. La fórmula base es la potencia (kW) dividida por la velocidad (RPM), multiplicada por 9550. El resultado es el par requerido bajo carga estable. Para tener en cuenta el par de arranque, la aceleración y la sobrecarga, multiplique por un factor de servicio. El factor de servicio generalmente lo proporciona el fabricante del equipo o el fabricante del acoplamiento.

Después del torque, verifique los tamaños de los orificios. Los diámetros del eje en el lado conductor y conducido determinan el tamaño de acoplamiento adecuado más pequeño, porque cada rango de diámetro interior del acoplamiento tiene un límite superior e inferior. Un acoplamiento de gran tamaño es más pesado y más caro, mientras que un acoplamiento de tamaño insuficiente puede provocar un rápido desgaste de la araña y posiblemente daños en el cubo si el eje se desliza.

Es fácil pasar por alto dos límites más. La clasificación de RPM para un tamaño de acoplamiento determinado debe compararse con la velocidad de funcionamiento real, porque el material de la araña puede deformarse excesivamente a alta velocidad. Los límites de desalineación angular y paralela no deben tratarse como valores operativos continuos. Operar al límite puede reducir sustancialmente la vida útil. Una regla práctica es apuntar a una desalineación que esté notable por debajo del límite nominal del acoplamiento.

Para una visión más profunda del proceso de selección para diferentes condiciones de transmisión, una guía sobre cómo seleccionar el acoplamiento apropiado explica los parámetros clave con más detalle.

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Cuándo utilizar un acoplamiento de mandíbula y cuándo no

Buenas aplicaciones

Utilice un acoplamiento de mordaza para máquinas con torque moderado, cargas constantes o que varíen suavemente y compensación de desalineación requerida dentro del rango nominal del acoplamiento. Es especialmente adecuado cuando la línea motriz necesita amortiguación sin un resorte complejo o elemento metálico, y cuando desea reemplazar un solo componente en lugar de un acoplamiento completo. Debido a que son simples y livianos, los acoplamientos de mordaza se usan comúnmente para bombas y accionamientos pequeños.

Situaciones a evitar

Los acoplamientos de mandíbula no sustituyen a una junta universal. Por lo general, no pueden adaptarse a la alta desalineación angular que se acciona como necesitaría un eje cardán descentrado. Evite seleccionar un acoplamiento de mandíbula cuando la carga del proceso incluya golpes fuertes y constantes de una trituradora, un laminador o un compresor alternativo, ya que la araña puede fallar rápidamente y provocar tiempo de inactividad. De manera similar, evite los acoplamientos de mordazas cuando la temperatura de funcionamiento exceda la clasificación continua de la araña o cuando el ambiente contenga productos químicos que degraden el elastómero.

Cómo se ven los problemas en el campo

Los bordes agrietados de la araña a menudo significan que la desalineación paralela o angular es demasiado grande. Los dientes de araña que se rompen en la raíz pueden indicar una sobrecarga o una carga de impacto que excedió la capacidad del acoplamiento. Una araña derretida o pegajosa generalmente indica una velocidad excesiva o un suavizante efectonte debido al calor o los productos químicos. Una araña que se usa solo en un lado indica una desalineación del eje o un cubo que se tambalea.

Muchas de estas condiciones son difíciles de ver durante una inspección visual de rutina a menos que abra el protector del acoplamiento. Un programa de mantenimiento preventivo que incluye revisar la araña cada 4000 a 6000 horas de funcionamiento es una forma práctica de ayudar a detectar un acoplamiento defectuoso antes de que afecte a la máquina.

Pautas de instalación y mantenimiento

La instalación correcta es un primer paso importante. A continuación se muestra un proceso sencillo para la instalación de un acoplamiento de mandíbula.

1. Limpiar e inspeccionar los ejes y los orificios. Elimine las rebabas, pintura o muescas que impiden un ajuste perfecto.
2. Deslice cada cubo sobre su eje y alinee los ejes dentro de los límites de desalineación del acoplamiento.
3. Coloque la araña en el espacio entre los cubos, asegurándose de que esté asentada alrededor de todos los dientes de la mandíbula.
4. Apriete los tornillos de fijación del cubo según los valores de torsión recomendados por el fabricante.
5. Gire el acoplamiento con la mano y compruebe que no haya atascos ni movimientos excéntricos visibles.
6. Haga funcionar la máquina sin carga y verifique el buen funcionamiento antes de cargarla.

Durante la operación, mantenga puesta la protección del acoplamiento. Inspeccione el acoplamiento cuando la máquina esté parada y bloqueada. Busque cualquier signo de extrusión de araña, grietas o deformación. Limpiar la grasa que pueda atacar el elastómero. Vuelva a verificar la alineación del eje con un indicador de cuadrante después de cualquier reemplazo de cojinete o reposicionamiento del motor.

Obtenga el acoplamiento de mordaza adecuado para su transmisión

Un acoplamiento de mordazas puede ser una forma sencilla de resolver un problema de transmisión flexible, pero solo cuando el material de la araña, la dureza y las dimensiones del orificio coinciden con la aplicación. El equipo de Zhongye Heavy Industry Technology trabaja regularmente con requisitos de acoplamientos estándar y no estándar, y también pueden recomendar un cambio a una familia de acoplamientos diferentes si la aplicación ha superado el tamaño de un acoplamiento de mandíbula.

Algunas unidades que comienzan como acoplamientos de mordazas eventualmente pasan a ser un acoplamiento de engranaje de tambor o un acoplamiento de diafragma. Si su máquina está alcanzando los límites de la araña, comprender esas alternativas es el siguiente paso útil. Las capacidades de fabricación del fabricante en equipos metalúrgicos, mineros, de grúas, portuarios y de fabricación de papel proporcionan una base de referencia práctica para el rendimiento del acoplamiento en condiciones industriales.

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