El corazón de los acoplamientos de fuelle

Debido a un aumento constante en el nivel de automatización de los procesos de fabricación, vemos como incrementa el número de transmisiones altamente dinámicas que se incorporan en estos procesos. Especialmente en la transmisión de potencia y el sector motion, existe una demanda de acoplamientos de precisión adaptados a las especificaciones de cada una de las aplicaciones. Uno de los tipos de acoplamiento flexible más importantes es el de fuelle metálico, que ha probado su versatilidad. Su diseño consta de dos componentes: el fuelle metálico en acero inoxidable y dos cubos en una variedad de diseños. En función de la aplicación y las dimensiones geométricas disponibles, los cubos pueden ser diseñados como bridas, cubos con pinza integrada, aro cónico e incluso como eje macho expansible. La función del cubo es sujetar el acoplamiento a los ejes motriz y conducido, mientras que el fuelle situado entre ambos cubos compensa las desalineaciones entre los ejes.

Fuelles de acero inoxidable

El fuelle de acero inoxidable cumple con dos funciones en las transmisiones. En primer lugar, transmite el par torsor, y en segundo lugar compensa las desalineaciones entre los ejes. Esta compensación es un elemento clave en la transmisión. Si el par se transmitiera desde el eje motriz al eje conducido con un elemento rígido, las fuerzas de reacción provocadas por las desalineaciones dañarían los rodamientos. El fuelle metálico es el único elemento de compensación en los acoplamientos rígidos a torsión que compensa los tres tipos de desalineación (axial, angular y radial) durante operación continua. En aplicaciones estándar, podemos encontrar valores de hasta 2º angular y hasta 0,35 mm radiales para compensar. Pero estos valores no son absolutos. Para soluciones especiales, los fuelles metálicos pueden tener hasta 20 corrugaciones para compensar valores superiores.

En acoplamientos hasta 500Nm el fuelle metálico normalmente se une a los cubos por medio de adhesivo; para acoplamientos que transmiten pares superiores a 500Nm el fuelle está soldado al cubo. El montaje final de los acoplamientos de fuelle metálico siempre se realiza sobre mandriles para asegurar la precisión de su concentricidad. De este modo aseguramos que el acoplamiento no desarrolla fuerzas de reacción propias que pudieran afectar a los rodamientos una vez instalado. Conseguimos así que los intervalos de mantenimiento sean mayores y en consecuencia una reducción en los costes.

Los acoplamientos torsionalmente rígidos, como dice su nombre, deben ofrecen una elevada rigidez torsional en la dirección de rotación. Y al mismo tiempo, la rigidez axial, angular y radial debe ser la menor posible. Los acoplamientos de fuelle metálico tienen una elevadísima rigidez torsional en la dirección de rotación. Esto significa que el acoplamiento sólo se entregira lo mínimo cuando está sometido a carga. Normalmente el ángulo de torsión es inferior a 0,05 grados. Esta propiedad es utilizada para transmitir la rotación desde el lado motriz al elemento conducido, con una mínima diferencia de posición angular. Una ventaja de los acoplamientos torsionalmente rígidos de fuelle metálico es que podemos medir la posición directamente en el lado motriz, ahorrándonos sofisticados sistemas de medición en el lado conducido de la transmisión.

En general, las desalineaciones entre los ejes motriz y conducido existen. Un acoplamiento con un fuelle metálico puede compensar estas desalineaciones. Las fuerzas de reacción del acoplamiento causadas por desalineaciones axiales y angulares habitualmente son insignificantes. En cambio, la fuerza de reacción resultante de una desalineación radial puede ser entre cinco y diez veces mayor que las provocadas por desalineaciones axiales y angulares. No obstante, en muchos casos también podemos descartar estas fuerzas pues normalmente los componentes del lado motriz y conducido absorben fuerzas mayores que las de reacción de los fuelles metálicos.

Gracias a su diseño, los acoplamientos de fuelle metálico son acoplamientos que pueden utilizarse para un gran número de aplicaciones. Al poder variar el número de corrugaciones y el espesor de la pared del fuelle, este tipo de acoplamiento puede ajustarse a la mayoría de las necesidades de cada aplicación.

Los acoplamientos de fuelle metálico cubren una amplia gama de temperaturas y velocidades. Ya que ambos componentes del acoplamiento (el fuelle y los cubos) son metálicos, no hay problema en poder soldarlos, permitiendo trabajar en un rango de temperatura desde -50ºC hasta +250ºC. Y gracias a su diseño simétrico y la rigidez del fuelle, se pueden alcanzar velocidades superiores a 100.000 rpm con los cubos equilibrados. Gracias al reducido peso específico del fuelle metálico, las fuerzas centrífugas que aparecen a estas velocidades son relativamente pequeñas.

En la tabla 1 mostramos que el peso del fuelle metálico es muy pequeño en relación con el par transmisible. Como ejemplo: si un peso de 50 kg actúa sobre una palanca de 20 mm, nos genera un par de 10Nm. En este caso, el peso del fuelle metálico es 2700 veces menor que la fuerza actuando sobre el radio.

En resumen, las propiedades más importantes de los acoplamientos de fuelle metálico son las siguientes:

• Elevada rigidez torsional
• Fuerzas de reacción pequeñas
• Elevada compensación de desalineaciones
• Velocidades mayores que 100.000 rpm
• Vida infinita
• Juego cero
• Rango de temperatura desde -50ºC hasta +250ºC
• Transmisión precisa del ángulo y del par
• Sin desgaste y sin mantenimiento

Cada aplicación es única y la selección del acoplamiento óptimo debe realizarse de forma individualizada. R+W ofrece una amplia gama de soluciones, características y formas de montaje para los acoplamientos de fuelle metálico. En HERREKOR nuestros técnicos comerciales y nuestros ingenieros de aplicación, con una formación específica y continuada en acoplamientos, estamos a su disposición para asesorarle y seleccionar el acoplamiento que mejor se adapta a su necesidad. Consúltenos.

Fuente R+W