En los equipos de fabricación y la maquinaria industrial, se usan acoplamientos para transmitir con precisión la potencia del motor al eje conducido. Los acoplamientos son componentes mecánicos que unen el eje motriz y el eje conducido, y que sirven para absorber los errores de montaje y amortiguar las vibraciones.
Sin embargo, hay varios tipos de acoplamientos, como los de tipo mordaza, de disco o de fuelle, por lo que hay que elegir el más adecuado según el uso y las características que se busquen.
En este artículo te explicamos de forma sistemática desde las funciones básicas de los acoplamientos hasta sus principales tipos y características, pasando por los aspectos clave a tener en cuenta a la hora de elegirlos. Además, te resumimos cómo combinarlos con los motores, algo que conviene saber para sacarles el máximo partido.
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Conceptos básicos sobre el emparejamiento y sus cuatro funciones
Un acoplamiento es un componente mecánico que conecta el eje motor (el que hace girar) —como el de un motor— con el eje conducido (el que gira) —como el de una bomba o un husillo de bolas— para transmitir la potencia. Es una pieza específica para unir ejes mecánicos, también conocida como «unión de ejes» o «junta».
Además de transmitir la potencia, los acoplamientos tienen otras funciones, como absorber los errores de montaje, amortiguar las vibraciones y aislar el calor. Si entiendes cada una de estas funciones, tendrás más claro en qué basarte a la hora de elegir el acoplamiento adecuado en el diseño de un equipo.
Lo que vamos a explicar en esta sección
- Conecta el eje motriz con el eje conducido para transmitir la potencia
- Absorbe tres tipos de desalineaciones
- Se encarga de amortiguar las vibraciones y de aislar el calor
Si entiendes bien las funciones de transmisión de potencia, absorción de desalineaciones, amortiguación de vibraciones y aislamiento térmico, tendrás claros los criterios para elegir el acoplamiento adecuado a la hora de diseñar un equipo.
Conecta el eje motor con el eje accionado para transmitir la potencia
La función de conectar el eje motor y el eje accionado para transmitir la potencia es la función más básica de un acoplamiento. Conecta el eje de salida del motor con el eje accionado, como un husillo de bolas o una bomba, y transmite la potencia de giro con precisión.
Si fabricas una máquina con una estructura en la que el eje está integrado, no solo te encontrarás con dificultades en cuanto a la precisión de mecanizado y el coste, sino que también se generarán horas de trabajo adicionales en el transporte y el montaje; además, si se rompe la parte motriz o la parte accionada, tendrás que cambiar todo el conjunto, lo que aumenta la carga de mantenimiento.
Si se unen mediante un acoplamiento, se puede transmitir la potencia incluso entre ejes de diferentes diámetros. En caso de avería, basta con cambiar solo la pieza afectada, lo que permite diseñar un sistema que tenga en cuenta tanto la unión de los ejes como el mantenimiento.
Absorbe tres tipos de desalineaciones
Otra de las funciones del acoplamiento es absorber tres tipos de desalineación. La desalineación se refiere a la desviación entre los ejes de los ejes motor y accionado. Los tipos principales son los siguientes:
| Tipos | Contenido |
| Excentricidad (desplazamiento paralelo) | Situación en la que los ejes de dos ejes están desplazados entre sí |
| Excentricidad (desplazamiento paralelo) | Situación en la que los ejes de dos ejes están inclinados formando un ángulo |
| Juego axial (desplazamiento en la dirección del eje) | Situación en la que los dos ejes se separan o se acercan en la dirección del eje |
Si no se corrige la desalineación, puede provocar problemas en el equipo, como vibraciones, ruido o un desgaste desigual de los cojinetes.
Cada pieza tiene sus propias variaciones en la precisión de mecanizado, por lo que montar todos los ejes de forma que coincidan perfectamente es, en la práctica, muy difícil.El acoplamiento aprovecha la deformación de elementos elásticos o resortes metálicos para absorber tres tipos de desviaciones dentro de los límites permitidos y así reducir la carga sobre las piezas adyacentes.
Se encarga de amortiguar las vibraciones y aislar el calor
Otra función importante del acoplamiento es amortiguar las vibraciones y aislar el calor. Si las vibraciones que se producen al girar el motor se transmiten a los equipos del lado pasivo, como los husillos de bolas, esto provoca una disminución de la precisión de posicionamiento y un deterioro del rendimiento de la máquina.El acoplamiento actúa como un amortiguador que absorbe las vibraciones del lado de accionamiento y mantiene la precisión del lado accionado.
Además, hay que tener cuidado con el calor que se genera mientras el motor está en marcha. Si el calor se transmite directamente al lado del eje conducido, los componentes, como los husillos de bolas, pueden sufrir dilatación térmica, lo que podría afectar a la precisión dimensional. El acoplamiento limita la transmisión de calor entre el lado de accionamiento y el lado conducido, evitando así la deformación de los componentes y las desviaciones de posición.
Las funciones de amortiguación de vibraciones y aislamiento térmico influyen en el mantenimiento de la precisión de todo el equipo y en la carga que soportan los componentes adyacentes, y son factores que contribuyen a alargar su vida útil.
Principales tipos y características de los acoplamientos
Los acoplamientos se clasifican en varios tipos según sus diferencias estructurales. Como cada tipo tiene una rigidez a la torsión, una capacidad de absorción de vibraciones y una tolerancia a la desalineación diferentes, es necesario conocer bien las características de cada uno antes de elegir el más adecuado.
Lo que vamos a explicar en esta sección
- La diferencia entre los acoplamientos de eje fijo y los de eje flexible
- Características del tipo de disco, ranura y fuelle
- Características de los tipos «Joe» y «goma»
Si conoces la estructura y las aplicaciones más adecuadas de cada tipo, podrás seleccionar de forma eficaz el acoplamiento que mejor se adapte a los requisitos de tu equipo.
La diferencia entre los acoplamientos de eje fijo y los de eje flexible
Entender la diferencia entre los acoplamientos de eje fijo y los de eje flexible es el punto de partida para elegir un acoplamiento. En la siguiente tabla comparamos las principales características de ambos.
| Tema | Acoplamiento de eje fijo (rígido) | Acoplamiento flexible (flexible) |
| Estructura | Integración sólida de dos ejes | Conectados mediante elementos elásticos o resortes metálicos |
| Compensación de desalineaciones | No compatible | Compensa el descentramiento, el ángulo de desviación y el juego axial |
| Rigidez a la torsión | Extremadamente alta | Varía según el modelo |
| Precio | Es relativamente barato | Varía según la estructura |
| Entorno adecuado | Condiciones en las que prácticamente no haya desalineación | Condiciones en las que hay errores de montaje y dilatación térmica |
Como los acoplamientos de eje fijo no son flexibles, no pueden compensar los errores de montaje, por lo que se usan cuando el desalineamiento de los ejes es mínimo. Son la opción ideal cuando lo que prima es una estructura sencilla y una alta rigidez a la torsión.
Los acoplamientos flexibles transmiten la potencia aprovechando la flexión de elementos elásticos o resortes metálicos, lo que les permite absorber las desalineaciones. Elegir el más adecuado según las condiciones de diseño es clave para el rendimiento del equipo.
Características del tipo de disco, ranura y fuelle
Los acoplamientos de disco, ranura y fuelle son acoplamientos de resorte metálico que aprovechan la deformación elástica del metal para absorber las desalineaciones. A continuación te explico la estructura y las características de cada tipo.
| Tipo | Características de la estructura | Principales puntos fuertes |
| Disco | Absorbe el desplazamiento del eje gracias a la flexión de la chapa metálica | Tiene una gran rigidez a la torsión y un error de transmisión de giro reducido |
| Ranura | Estructura monobloque en la que se ha mecanizado una ranura en espiral en un material cilíndrico | Diseño sencillo, compacto y de baja inercia |
| Fuelle | Compensa los desplazamientos en tres direcciones gracias a la flexión del fuelle metálico | Excelente uniformidad de rotación, ideal para la conexión de encoders |
Hay modelos sin holgura en los tipos de disco, de ranura metálica y de fuelle, y se eligen en función de la aplicación para conectarlos a servomotores, motores paso a paso o encoders. En los tipos de disco y de ranura metálica, hay productos que cumplen los requisitos de resistencia al aceite.
Características de los tipos «Joe» y «de goma»
Los acoplamientos de tipo «mandíbula» y los de tipo «goma» son acoplamientos elásticos que incorporan materiales elásticos, como la goma o el uretano, en sus piezas intermedias. Los de tipo «mandíbula» tienen una estructura en la que se intercala un elastómero (material elástico) entre dos cubos metálicos, lo que les confiere una excelente capacidad para absorber impactos y vibraciones. La facilidad de montaje es una de las características de los acoplamientos de tipo «mandíbula».
[Principales aplicaciones de los acoplamientos elásticos]
- Transmisión de potencia en bombas, cintas transportadoras, etc.
- Reducción de las vibraciones en equipos que generan cargas de impacto
- Supresión del hunting en los servomotores
Hay acoplamientos que utilizan caucho de alta amortiguación y que reducen el oscilado del servomotor, lo que permite ajustar una ganancia más alta. Aunque los acoplamientos con caucho de alta amortiguación tienen unas excelentes propiedades de absorción de vibraciones, la rigidez a la torsión y la holgura de desalineación admita varían según el producto.
En los equipos que se ven afectados por vibraciones o golpes, los acoplamientos elásticos son una opción muy recomendable.
Pasos básicos para elegir un acoplamiento y su relación con el motor
La selección de un acoplamiento empieza por elegir el tipo adecuado según el motor y la aplicación, y luego se va avanzando paso a paso: elegir el tamaño, comprobar las especificaciones (como el par admisible y la desalineación admisible) y verificar el método de fijación del eje. Además, el tipo y las características del motor con el que se va a combinar también son factores que influyen en el resultado de la selección.
Aquí te voy a explicar los pasos prácticos para la selección y cómo se relacionan con los motores.
Lo que vamos a explicar en esta sección
- Cómo filtrar según el uso que le vayas a dar
- Cómo comprobar el par admisible y el valor admisible de desalineación
- Cómo influyen las características del motor en la elección del acoplamiento
Si tienes en cuenta los puntos clave que hay que comprobar en cada fase de la selección, te resultará más fácil elegir el acoplamiento que mejor se adapte a tu aplicación y a las condiciones de uso.
Cómo filtrar según el uso que le vayas a dar
El primer paso para elegir un acoplamiento es filtrar los tipos según el uso que le vayas a dar. El tipo de acoplamiento se elige en función del tipo de motor y de la aplicación.
| Clasificación por uso | Prestaciones requeridas | Ejemplos de tipos adecuados |
| Control de movimiento (control de posicionamiento) | Sin holgura Alta rigidez a la torsión | Disco ranurado |
| Transmisión de potencia | Transmisión de par elevado Amortiguación de impactos Tolerancia a la desalineación | Joe Oldham |
En aplicaciones de control de movimiento, como la holgura en la dirección de giro afecta a la precisión de posicionamiento, hay que elegir un modelo sin holgura. Por otro lado, en aplicaciones en las que prima la transmisión de potencia, es importante seleccionar un acoplamiento que cumpla con el par necesario y que permita comprobar el par admisible.
Una vez que hayas reducido las opciones por tipo, pasa a elegir un tamaño en el que el par de corrección sea inferior al par admisible, comprueba el diámetro del orificio del eje, elige el método de fijación y haz una comprobación final de las dimensiones. Si vas comprobando estos puntos uno por uno, te resultará más fácil reducir las opciones.
Cómo comprobar el par admisible y el valor de desalineación admisible
La comprobación del par admisible y del margen de desalineación es un paso que hay que dar a la hora de determinar el tamaño del acoplamiento.
[Pasos para confirmar la talla]
- Cálculo del par corregido, que se obtiene multiplicando el par máximo del motor por un coeficiente de corrección
- Selección del tamaño en el que el par de corrección sea inferior al par admisible del acoplamiento
- Comprobación de que las desviaciones de alineación (excentricidad, ángulo de desviación y holgura axial) se encuentran dentro de los límites de tolerancia
Si la desalineación supera los límites permitidos, puede provocar vibraciones o reducir rápidamente la vida útil del acoplamiento.
Un punto al que debes prestar especial atención es que, cuando se producen simultáneamente dos o más tipos de desalineaciones, como el desplazamiento excéntrico y el ángulo de desviación, lo habitual es que los valores de tolerancia de cada una se reduzcan a la mitad de lo que serían por separado. Como en la práctica suelen darse casos de desalineaciones combinadas, lo mejor es diseñar el sistema para que los valores de tolerancia no superen un tercio de los valores individuales.
Comprueba también el espacio, el diámetro del orificio y el método de fijación para decidir qué tamaño es el adecuado para el equipo.
La influencia de las características del motor en la elección del acoplamiento
La influencia de las características del motor en la elección del acoplamiento es un factor clave que determina el rendimiento de todo el equipo y que no debes pasar por alto.Cuando se combina con un motor de control (como un servomotor), si usas un acoplamiento con baja rigidez a la torsión, puede producirse un desfase entre el ángulo de giro del motor y el de la carga, lo que podría comprometer la precisión de posicionamiento. Por otro lado, en aplicaciones en las que se quiere reducir la vibración, lo mejor es elegir un acoplamiento con buena absorción de vibraciones y que sea poco propenso a la resonancia.
Las características del acoplamiento adecuado varían según el tipo de motor. Para aplicaciones que requieren un control de posicionamiento de alta velocidad y precisión, lo más recomendable son los tipos de disco o con ranura, que ofrecen una rigidez elevada y un juego nulo.En aplicaciones donde prima la absorción de vibraciones, si se utilizan los acoplamientos de goma con alta capacidad de amortiguación, se evita la resonancia del sistema y se saca el máximo partido al rendimiento del motor. En los motores de uso general, donde lo habitual es la rotación continua en una sola dirección, las principales opciones son los acoplamientos de tipo Oldham o de tipo mandíbula, que admiten un gran margen de desalineación.
Además, las características de vibración y la precisión de giro del propio motor también influyen directamente en la carga que soporta el acoplamiento. Por ejemplo, si utilizas un motor con poco «cogging» (irregularidad en el giro), se reducen las fuerzas irregulares que se ejercen sobre el acoplamiento y mejora la estabilidad de todo el equipo.A la hora de elegir un acoplamiento, es fundamental tener en cuenta no solo el par admisible y los valores de desalineación permitidos que aparecen en el catálogo, sino también la calidad del motor que lo acciona.
Resumen
El acoplamiento (junta de eje) es un componente mecánico que conecta el eje motriz con el eje impulsado para transmitir la potencia. Además de transmitir la potencia, tiene la función de absorber los errores de montaje (desalineación), amortiguar las vibraciones y los golpes, y evitar que el calor generado por el motor, por ejemplo, se transmita al lado impulsado.
Hay varios tipos de acoplamientos: de disco, de mordazas, de tipo Oldham, de fuelle y rígidos, entre otros. A la hora de elegir uno, reduce las opciones según el uso y el tipo de motor, y asegúrate de que el par de corrección no supere el par admisible, además de comprobar los valores admisibles de excentricidad, ángulo de desviación y holgura axial.
Además, a la hora de elegir un acoplamiento, hay que tener en cuenta el tipo de motor con el que se va a combinar y las condiciones de uso. Cuando estudies la combinación entre el motor y el acoplamiento, elige el tipo de acoplamiento en función de la precisión de posicionamiento necesaria y la capacidad de amortiguación de vibraciones. Si buscas motores pequeños y de alta precisión, echa un vistazo a la página web de productos de C.I. Takiron.
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