Quais são os principais componentes de um acoplamento de mandíbula e como você seleciona o correto?

Certa vez, um gerente de manutenção nos disse que uma forma eficaz de reduzir o tempo de inatividade em uma linha de embalagem era parar de tratar o acoplamento como uma peça de reposição genérica. A diferença não estava apenas na classificação do torque, mas na dureza da aranha e no ajuste do furo. Um acoplamento de mandíbula é um dispositivo simples, mas acertá-lo requer atenção aos mesmos parâmetros que levam a outras falhas do sistema de transmissão: tolerância ao desalinhamento, temperatura operacional e carga de choque.

Para acionamentos de torque baixo a médio que funcionam dentro de uma faixa de velocidade prática, um acoplamento de mandíbula oferece um bom equilíbrio entre custo, amortecimento e facilidade de substituição. O projeto consiste em dois cubos com mandíbulas interligadas e uma aranha de elastômero substituível. A boa notícia é que muitas falhas podem ser evitadas se você entender o que o spider vê durante a operação.

O que é um acoplamento de mandíbula e como funciona

A acoplamento de mandíbula , também chamado de acoplamento aranha, é um acoplamento flexível de acionamento positivo. As duas metades do cubo ficam voltadas uma para a outra com uma pequena folga e suas mandíbulas se intercalam como um conjunto de engrenagens que não se toca. A aranha elastomérica preenche o espaço livre. Quando o eixo motriz gira, as mandíbulas do cubo pressionam os dentes da aranha, que transmitem força ao cubo acionado.

Como a aranha pode se deformar, pequenas quantidades de desalinhamento angular, deslocamento do eixo e movimento axial são absorvidas. O acoplamento também amortece a vibração, o que ajuda a proteger os rolamentos conectados. Uma característica importante é que a aranha transmite o torque através do seu material. À medida que o torque aumenta, os dentes da aranha se comprimem e essa deformação permite que a suavidade da torção absorva o torque de partida e reduza o choque transmitido ao motor.

Por definição, a aranha é normalmente o componente mais fraco. Quando o sistema está sobrecarregado, geralmente espera-se que a aranha falhe antes dos cubos metálicos ou dos eixos. Este princípio de um elemento sacrificial pode reduzir significativamente o custo da falha, mas também significa que selecionar uma aranha com muita rigidez ou pouca resistência pode causar repetidas substituições prematuras.

Principais componentes de um acoplamento de mandíbula

Os centros

Os dois cubos são a parte estrutural do acoplamento. Eles normalmente são usinados em ferro fundido para aplicações gerais, ferro dúctil para torque mais alto ou aço quando a velocidade e o torque são altos ou quando os tamanhos do eixo exigem isso. A contagem de mandíbulas varia de acordo com o tamanho do acoplamento e não é um indicador de desempenho por si só. Em vez disso, a geometria do cubo determina quanto espaço radial a aranha tem para trabalhar e quão eficazmente o acoplamento acomoda as diferenças de alinhamento.

A aranha elastomérica

A aranha é o elemento que define em grande parte o desempenho do acoplamento. A escolha do material é uma decisão chave de seleção. Poliuretano, NBR (borracha nitrílica) e elastômero termoplástico são as opções dominantes e se comportam de maneira diferente em termos de dureza, amortecimento e resistência à temperatura.

A dureza é um fator importante no comportamento do acoplamento. Uma aranha mais macia proporciona mais amortecimento, mas permite mais deflexão angular e corre o risco de superaquecimento em alta velocidade. Uma aranha mais dura transmite torque com menos desperdício, mas transfere mais choque aos rolamentos conectados. Uma escolha adequada é um equilíbrio que leve em consideração as condições reais de inicialização e operação.

Onde os acoplamentos de mandíbula são usados

Os acoplamentos de mandíbula são comuns em bombas, pequenos ventiladores, transportadores, misturadores, máquinas de embalagem e pequenos compressores. Eles tendem a funcionar bem quando a máquina acionada não gera cargas de choque pesadas e o desalinhamento permanece dentro da faixa nominal do acoplamento. Em geral, quanto menor o deslocamento angular e paralelo, mais tempo a aranha tende a sobreviver.

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Para equipamentos de processo, como um agitador ou uma bomba em uma linha de produção de cerveja, o acoplamento de mandíbula costuma ser uma escolha prática por sua simplicidade e baixo custo de reposição. Uma bomba com um acoplamento mal desalinhado pode apresentar desgaste nas bordas da aranha dentro de alguns milhares de horas de operação.

Dimensionando e selecionando um acoplamento de mandíbula

Comece calculando o torque nominal. A fórmula básica é potência (kW) dividida pela velocidade (RPM), multiplicada por 9.550. O resultado é o torque necessário sob carga constante. Para contabilizar o torque de partida, a aceleração e a sobrecarga, multiplique por um fator de serviço. O fator de serviço geralmente é fornecido pelo fabricante do equipamento ou pelo fabricante do acoplamento.

Após o torque, verifique os tamanhos dos furos. Os diâmetros do eixo no lado acionador e acionado determinam o menor tamanho de acoplamento adequado, pois cada faixa de furo do acoplamento possui um limite superior e inferior. Um acoplamento superdimensionado é mais pesado e mais caro, enquanto um acoplamento subdimensionado pode causar desgaste rápido da aranha e possivelmente danos ao cubo se o eixo escorregar.

Mais dois limites são fáceis de perder. A classificação de RPM para um determinado tamanho de acoplamento deve ser verificada em relação à velocidade real de funcionamento, porque o material da aranha pode deformar-se excessivamente em alta velocidade. Os limites de desalinhamento angular e paralelo não devem ser tratados como valores operacionais contínuos. Operar no limite pode reduzir substancialmente a vida útil. Uma regra prática é procurar um desalinhamento que esteja visivelmente abaixo do limite nominal do acoplamento.

Para uma visão mais aprofundada do processo de seleção para diferentes condições de acionamento, um guia sobre como selecionar o acoplamento apropriado explica os principais parâmetros com mais detalhes.

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Quando usar um acoplamento de mandíbula e quando não

Boas aplicações

Use um acoplamento de mandíbula para máquinas com torque moderado, cargas constantes ou suavemente variáveis e compensação de desalinhamento necessária dentro da faixa nominal do acoplamento. É especialmente adequado onde a transmissão precisa de amortecimento sem uma mola complexa ou elemento metálico, e onde você deseja substituir um único componente em vez de um acoplamento inteiro. Por serem simples e leves, os acoplamentos de mandíbula são comumente usados ​​para bombas e pequenos acionamentos.

Situações a evitar

Os acoplamentos de mandíbula não substituem uma junta universal. Eles geralmente não podem acomodar o alto desalinhamento angular que seria necessário para acionamentos como um eixo cardan descentralizado. Evite selecionar um acoplamento de mandíbula quando a carga do processo incluir choques fortes constantes de um britador, laminador ou compressor alternativo, pois a aranha pode falhar rapidamente e causar tempo de inatividade. Da mesma forma, evite acoplamentos de mandíbula quando a temperatura operacional exceder a classificação contínua da aranha ou quando o ambiente contiver produtos químicos que degradem o elastômero.

Como são os problemas no campo

Bordas rachadas na aranha geralmente significam que o desalinhamento paralelo ou angular é muito grande. Dentes de aranha que quebram na raiz podem indicar sobrecarga ou carga de choque que excedeu a capacidade do acoplamento. Uma aranha derretida ou pegajosa geralmente indica velocidade excessiva ou efeito suavizante causado pelo calor ou produtos químicos. Uma aranha usada apenas em um lado indica desalinhamento do eixo ou cubo oscilante.

Muitas destas condições são difíceis de ver durante uma inspeção visual de rotina, a menos que você abra a proteção do acoplamento. Um cronograma de manutenção preventiva que inclua a verificação da aranha a cada 4.000-6.000 horas de operação é uma maneira prática de ajudar a detectar uma falha no acoplamento antes que ela afete a máquina.

Diretrizes de instalação e manutenção

A instalação correta é uma etapa inicial importante. Aqui está um processo simples para a instalação do acoplamento de mandíbula.

1. Limpe e inspecione os eixos e furos. Remova quaisquer rebarbas, tinta ou cortes que impeçam um ajuste correto.
2. Deslize cada cubo em seu eixo e alinhe os eixos dentro dos limites de desalinhamento do acoplamento.
3. Coloque a aranha no espaço entre os cubos, garantindo que ela esteja assentada ao redor de todos os dentes da mandíbula.
4. Aperte os parafusos de fixação do cubo com os valores de torque recomendados pelo fabricante.
5. Gire o acoplamento manualmente e verifique se não há emperramento ou movimento excêntrico visível.
6. Opere a máquina sem carga e verifique o bom funcionamento antes de carregar.

Durante a operação, mantenha a proteção do acoplamento colocada. Inspecione o acoplamento quando a máquina estiver parada e bloqueada. Procure sinais de extrusão de aranha, rachaduras ou deformação. Limpe a graxa que possa atacar o elastômero. Verifique novamente o alinhamento do eixo com um relógio comparador após qualquer substituição de rolamento ou reposicionamento do motor.

Obtendo o acoplamento de mandíbula correto para sua unidade

Um acoplamento de mandíbula pode ser uma maneira simples de resolver um problema de transmissão flexível, mas somente quando o material da aranha, a dureza e as dimensões do furo corresponderem à aplicação. A equipe da Zhongye Heavy Industry Technology trabalha regularmente com requisitos de acoplamento padrão e não padrão e também pode recomendar uma mudança para uma família de acoplamento diferente se a aplicação tiver ultrapassado o tamanho de um acoplamento de mandíbula.

Alguns acionamentos que começam como acoplamentos de mandíbula eventualmente passam para um acoplamento de engrenagem de tambor ou acoplamento de diafragma. Se sua máquina está atingindo os limites da aranha, compreender essas alternativas é o próximo passo útil. A capacidade de fabricação do fabricante em equipamentos metalúrgicos, de mineração, de guindastes, portuários e de fabricação de papel fornece uma base de referência prática para o desempenho do acoplamento em condições industriais.

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