Detalles de las plaquitas de elastómero para acoplamientos

Los acoplamientos de elastómero son un tipo de acoplamiento de eje. Transfieren el par entre dos ejes y realizan tareas como la transmisión de potencia, la compensación de errores de alineación, pero también la amortiguación de impactos y vibraciones. Los acoplamientos de elastómero garantizan una transmisión de potencia óptima mediante el uso de varios materiales, y también en función de sus propiedades y forma del material. Las propiedades del acoplamiento de elastómero respectivo evitan simultáneamente que las vibraciones del eje de accionamiento se transmitan al eje acoplado. En el siguiente artículo se analiza qué propiedades son, cómo se determina la dureza de los elastómeros y qué ejemplos de aplicación existen.

Términos: Acoplamiento de garra y acoplamiento de garra de elastómero

Los acoplamientos de garra son acoplamientos estrellados cuya tarea es transferir el par entre dos ejes. Los acoplamientos de garra no son rígidos. Dependiendo de su diseño, pueden compensar los errores angulares, así como los errores radiales y axiales, al tiempo que se garantiza una transmisión de potencia alta y precisa. Su construcción básica consta de dos núcleos metálicos que se acoplan entre sí como garras y, por lo tanto, transfieren un par de torsión de manera entrelazada. Con respecto a la amortiguación de vibraciones y la capacidad de carga, las características de los acoplamientos de garra pueden verse afectadas por diferentes amortiguadores. En los acoplamientos de elastómero, estos amortiguadores están hechos de un elastómero.

Los acoplamientos de garra de elastómero utilizan un así llamado elemento de compensación que transfiere el par de manera rotacionalmente elástica y amortiguadora de vibraciones (para obtener más detalles sobre la transmisión del par, consulte Transmisión de movimientos rotacionales – Aspectos básicos de los acoplamientos). En aplicaciones particularmente de alto impacto y alta vibración, el elemento puede tener un impacto significativo en la vida útil de todo el sistema. El elemento compensador o el inserto de acoplamiento influye significativamente en las propiedades de la transmisión o el acoplamiento. Como regla general, una precarga de compresión actúa sobre el elemento que garantiza la holgura del embrague. Los insertos de acoplamiento de elastómero pueden tener diferentes formas, por ejemplo, estrellas elastoméricas o anillos o discos transversales elastoméricos.

Las plaquitas de elastómero también deben sustituirse como piezas de repuesto o si están desgastadas. En la siguiente figura se muestra un ejemplo de cómo se puede construir un acoplamiento de garra y cómo se monta el inserto de acoplamiento correspondiente:

Otros acoplamientos con insertos de elastómero

Además de los acoplamientos de garra, las plaquitas de elastómero también se utilizan en otros tipos de acoplamientos, como acoplamientos Oldham y acoplamientos de disco de resorte. Para obtener una descripción detallada de los tipos de acoplamiento comunes, consulte nuestro artículo Acoplamientos de eje – Aspectos básicos y áreas de aplicación.

Similar a los acoplamientos de garra, el acoplamiento Oldham también depende de dos piezas. Entre las piezas se coloca una arandela que encaja en las ranuras de las piezas. El disco transversal elástico permite que el acoplamiento se mueva lateralmente, lo que permite utilizarlo en aplicaciones con desajuste radial. Una aplicación para un acoplamiento Oldham con plaquita de elastómero sería, por ejemplo, un banco de pruebas del motor:

• (1) Posicionamiento del eje X de la mesa
• (2) Estación de prueba de rendimiento
• (3) Acoplamiento de eje
• (4) Soportes en forma de L

En un acoplamiento de disco, las piezas están dentadas y se conectan a un piñón elástico. Esto amortigua y compensa los errores de alineación. Son adecuados para cargas dinámicas.

La tienda MISUMI ofrece numerosos acoplamientos de eje como acoplamientos de ranura, acoplamientos de disco (servoacoplamientos), acoplamientos Oldham o acoplamientos de garra. Si está buscando información sobre el cálculo de cajas de cambios en este contexto, nuestro artículo "Cálculo de varias cajas de cambios" puede servirle de ayuda.

Otras propiedades de las plaquitas de acoplamiento de elastómero

Las plaquitas de acoplamiento de elastómero no solo tienen propiedades de amortiguación, sino que también proporcionan cierta flexibilidad y resistencia. Esta flexibilidad permite la compensación de desajuste entre ambos ejes para desajustes radiales, axiales o angulares. Las pequeñas imprecisiones se compensan con la plaquita de elastómero sin afectar la transmisión de potencia. En general, las plaquitas de elastómero protegen directamente los componentes conectados contra cargas no uniformes y prolongan la vida útil de todo el sistema.

Pero la flexibilidad también tiene desventajas, ya que aumenta la probabilidad de que los picos de par extremo provoquen el fallo de la plaquita de elastómero. Sin embargo, sin duda esto puede tener un efecto positivo: esta protección contra sobrecarga evita daños puntuales adicionales a otros componentes al hacer que el acoplamiento falle primero, lo que interrumpe la conexión. Esta propiedad la aprovechan los acoplamientos a prueba de fallos o sobrecargas.

Materiales adecuados para plaquitas de elastómero

Las plaquitas de acoplamiento de precisión suelen estar hechas de poliuretano termoplástico (abreviatura: TPU), un material térmicamente estable a un intervalo de temperatura de -30 °C a +120 °C. El material HYTREL también se puede utilizar porque tiene una estructura especial y se utiliza principalmente para aplicaciones con temperaturas extremas. Otros materiales pueden incluir:

• Caucho de nitrilo (NBR): Este material es especialmente resistente a aceites y grasas. Por lo tanto, el uso en cajas de cambios o bombas es obvio. Sin embargo, el caucho de nitrilo es sensible a la temperatura y puede volverse quebradizo y endurecerse por encima de los 100 °C. El caucho de nitrilo hidrogenado (HNBR), que tiene una mayor resistencia a la temperatura, está disponible como avance adicional. Sin embargo, no tiene la misma elasticidad que el NBR.
• Goma de etileno propileno-dieno (EPDM): La EPDM tiene una alta resistencia a la radiación UV, altas temperaturas y ozono y es adecuada para aplicaciones al aire libre o sistemas HVAC. Sin embargo, no se puede utilizar en entornos que utilicen aceites o grasas.
• Goma de silicona (SI): La silicona tiene una alta resistencia a la temperatura (hasta 180 °C), pero baja resistencia a la abrasión y resistencia a aceites, ácidos, etc. Por lo tanto, solo es adecuada en una medida limitada en entornos industriales.

Por último, como suele ser el caso, la elección del material adecuado depende de la aplicación específica. El rango de temperatura, la resistencia química y la capacidad de carga mecánica son sin duda los criterios de selección más importantes. Sin embargo, el poliuretano se considera una buena solución de uso general.

Dureza en tierra en relación con plaquitas de acoplamiento de elastómero

La dureza Shore es generalmente un criterio importante para seleccionar plaquitas de acoplamiento de elastómero. La dureza Shore influye directamente en las propiedades de rigidez y amortiguación del elastómero y el acoplamiento en su conjunto. Cuanto más alta sea la dureza Shore, más duro será el elastómero. En consecuencia, permite menos deformación, como resultado de lo cual el acoplamiento en sí se vuelve más rígido y el par puede transferirse con mayor precisión. Sin embargo, esto también reduce las propiedades de amortiguación. Si la amortiguación de vibraciones y la absorción de impactos son factores clave, se debe utilizar un elastómero más suave con dureza Shore baja.

La dureza Shore de materiales elásticos como plástico o caucho puede clasificarse utilizando métodos de prueba de dureza. Todos los métodos tienen en común que consisten en introducir un indentador en una muestra de prueba con una fuerza definida, seguido de la medición de la profundidad de penetración. Se utilizan varias escalas en función de la dureza del material sometido a prueba. La dureza Shore A y la dureza Shore D son relevantes para los elastómeros. El método Shore-A se basa en introducir una bola o una punta plana con un diámetro de 0,79 mm como indentador. Se utiliza para elastómeros más suaves. Para elastómeros más duros, se aplica la escala Shore-D y se introduce un indentador con una pirámide de bordes afilados como punta.

Obtenga más información sobre la dureza de los materiales en nuestro artículo sobre niveles de dureza y pruebas de dureza.

Varias durezas Shore para elastómeros en general

Las plaquitas de acoplamiento de elastómero pueden clasificarse según su grado de dureza de la siguiente manera:

• Grado medio de dureza: Tipo A
• Bajo grado de dureza: Tipo C
• Alto grado de dureza: Tipos B, D y E

MISUMI tiene estrellas de elastómero o anillos de elastómero de varias durezas:

• A = Dureza Shore 98 Sh A
• B = Dureza Shore 64 Sh D
• C = Dureza Shore 80 Sh A
• D = Dureza Shore 65 Sh D
• E = Dureza Shore 64 Sh D

Tipo A

Las plaquitas de acoplamiento de elastómero tipo A son las plaquitas de elastómero más utilizadas. Tienen un nivel de dureza de 98 Sh A y una buena combinación de absorción de vibraciones y capacidad de carga.

Tipo C

El tipo C es el tipo de elastómero más suave con una dureza de 80 Sh A. Este tipo tiene las mejores propiedades de amortiguación.

Tipos B, D y E

Los tipos B, D y E son el grupo más duro de plaquitas de acoplamiento de elastómero con una dureza Shore de 64-65 Sh D. Tienen una rigidez de torsión relativamente alta, pero una potencia de amortiguación bastante baja.