Tipos de acoplamento de motor elétrico: um guia de seleção completo

Por que a seleção de acoplamentos é importante em sistemas acionados por motor

Todo trem de acionamento de motor elétrico tem pelo menos um acoplamento – a interface mecânica entre o eixo de saída do motor e o que quer que o motor esteja girando. É um dos componentes mais especificados e frequentemente subespecificados em máquinas industriais. Acerte o acoplamento e ele desaparecerá em segundo plano, transmitindo torque de maneira confiável por anos. Se errar, as consequências aparecerão rapidamente: falha prematura do rolamento, fadiga do eixo, vibração que se propaga por toda a máquina e tempo de inatividade não planejado.

A razão pela qual a seleção de acoplamentos é mais complexa do que parece é que os acoplamentos são solicitados a fazer diversas coisas simultaneamente. Eles transmitem torque. Eles acomodam os inevitáveis ​​desalinhamentos entre eixos — angulares, paralelos e axiais — que resultam de tolerâncias de fabricação, expansão térmica e deflexão sob carga. E dependendo do tipo, eles também podem amortecer o choque torcional, proteger o equipamento posterior contra sobrecargas ou manter folga zero para um posicionamento preciso. Nenhum tipo de acoplamento faz todas essas coisas igualmente bem, e é por isso que a gama de designs disponíveis é tão ampla.

As seções abaixo cobrem as principais categorias de acoplamento utilizadas em aplicações de motores elétricos, os princípios físicos por trás de cada uma e os critérios de seleção que determinam qual tipo pertence a um determinado sistema de acionamento.

Acoplamentos flexíveis: o carro-chefe de uso geral

Os acoplamentos flexíveis são a categoria de acoplamento mais amplamente utilizada em aplicações de motores elétricos. Sua característica definidora é a presença de um elemento flexível – normalmente um elastômero, uma mola ou uma membrana metálica fina – que permite que o acoplamento acomode o desalinhamento entre os eixos sem transmitir as forças resultantes aos rolamentos e vedações.

Acoplamentos de mandíbula (aranha) estão entre os projetos de acoplamento flexível mais comuns. Dois cubos de metal – normalmente liga de alumínio ou aço – engatam um elemento de aranha elastomérico entre eles. A aranha transmite torque através da compressão enquanto absorve cargas de choque e pequenos desalinhamentos angulares e paralelos. A dureza da aranha é uma variável chave de seleção: as aranhas mais macias absorvem mais choques, mas oferecem menor capacidade de torque e podem ser danificadas por sobrecargas sustentadas; aranhas mais duras suportam torques mais altos, mas transmitem mais vibração. Os acoplamentos de mandíbula são amplamente utilizados em bombas, transportadores, ventiladores e acionamentos industriais em geral.

Acoplamentos de pneus (pneus) use um elemento elastomérico contínuo em forma de pneu. A alta flexibilidade do elemento do pneu acomoda desalinhamentos maiores do que os acoplamentos de mandíbula – particularmente desalinhamento angular – e proporciona excelente isolamento de vibração. Eles não necessitam de manutenção, não requerem lubrificação e são usados ​​em aplicações de baixa velocidade onde a compensação de desalinhamento é o principal requisito. Acoplamentos de pino elástico (bucha de pino) transmitem torque através de pinos equipados com buchas de borracha ou náilon, proporcionando flexibilidade moderada e boa absorção de choque, com a vantagem adicional de simples substituição do elemento sem perturbar o alinhamento do eixo.

Rokang's linha de acoplamentos flexíveis abrangendo pneus, pinos elásticos e designs elastoméricos relacionados atende aos requisitos de acoplamento flexível de uso geral em toda esta faixa de aplicação.

Servo-acoplamentos: precisão para aplicações de controle de movimento

As aplicações de servomotores – máquinas-ferramentas CNC, robótica, equipamentos semicondutores, bancadas de testes de precisão – impõem requisitos que os acoplamentos flexíveis de uso geral não conseguem atender. A principal exigência é folga zero: qualquer folga angular no acoplamento se traduz diretamente em erro de posicionamento na carga. Um segundo requisito é a alta rigidez torcional, de modo que a dinâmica do circuito de servocontrole não seja comprometida por um acoplamento que atua como uma mola no trem de força. Ao mesmo tempo, o acoplamento ainda deve acomodar os desalinhamentos do eixo inerentes a qualquer instalação real, sem impor cargas laterais aos rolamentos do motor.

Acoplamentos de diafragma atendem a esses requisitos por meio de um disco metálico fino e flexível (simples) ou uma pilha de discos (duplos) que transmitem torque com alta rigidez torcional enquanto flexionam para absorver desalinhamento angular e axial. Os projetos de diafragma único acomodam principalmente o desalinhamento angular; projetos de diafragma duplo lidam com deslocamento angular e paralelo. A construção toda em metal significa nenhum desgaste, nenhuma lubrificação e nenhuma degradação de desempenho ao longo do tempo – fundamental em aplicações de precisão onde é necessário um comportamento consistente ao longo de milhões de ciclos. Rokang's acoplamentos de diafragma de servo motor para aplicações CNC e de acionamento de precisão estão disponíveis em liga de alumínio e aço, em configurações de diafragma simples e duplo, com opções de fixação de cubo com fixação e parafuso de fixação.

Servoacoplamentos de mandíbula (aranha) na categoria servo usam elementos de aranha mais rígidos e tolerâncias de fabricação mais restritas do que seus equivalentes de uso geral, alcançando folga próxima de zero para serviços servo leves a médios. Acoplamentos Oldham usam um design de três peças – dois cubos e um disco central flutuante – que desliza em chavetas cruzadas para acomodar desalinhamento paralelo com folga zero, tornando-os particularmente adequados para aplicações onde o deslocamento do eixo é o principal tipo de desalinhamento. Acoplamentos de viga (helicoidal) são usinados a partir de uma única peça de alumínio ou aço inoxidável com cortes helicoidais que criam um elemento flexível integral - compacto, sem folga e adequado para aplicações leves de servo, codificador e instrumentação. Acoplamentos de fole use um elemento de fole de metal corrugado que fornece alta rigidez torcional com excelente acomodação de desalinhamento e folga zero, cobrindo a faixa superior de requisitos de desempenho do servoacoplamento. Rokang's acoplamentos de mandíbula e aranha projetados para sistemas servo e de automação complete a oferta de servoacoplamento junto com os tipos de diafragma, viga, oldham e fole.

Acoplamentos de engrenagem e acoplamentos de diafragma de alta velocidade: serviço pesado e de alto desempenho

Em níveis de torque e tamanhos de eixo mais elevados – acionamentos industriais, laminadores, guindastes, compressores, turbinas – os requisitos de acoplamento mudam de acomodação de desalinhamento para densidade máxima de torque e desempenho confiável sob cargas pesadas sustentadas.

Acoplamentos de engrenagem transmitem torque por meio de dentes de engrenagem engrenados em cubos internos e externos, com o perfil de dente coroado no cubo externo permitindo desalinhamento angular e axial, mantendo a capacidade de carga total. O acoplamento de engrenagem de tambor (coroado) é o projeto padrão da indústria pesada: ele oferece a maior relação torque por diâmetro de qualquer tipo de acoplamento flexível e suporta deslocamento angular e axial através da geometria da malha do dente. Para aplicações de carga pesada com requisitos de eixo intermediário, os acoplamentos de engrenagem com rodas ou discos de freio integrados combinam transmissão de torque e função de frenagem em um único componente. Rokang's acoplamentos de engrenagem de tambor para sistemas de acionamento industriais de alta carga abrangem as séries padrão GICL/GIICL, bem como variantes de rodas e discos de freio para aplicações em guindastes e transportadores.

Acoplamentos de diafragma de alta velocidade ocupam um espaço de desempenho diferente: rígidos à torção, sem folga, livres de manutenção e capazes de operar em velocidades superiores a 10.000 rpm. Esses acoplamentos são usados ​​em turbomáquinas, compressores, geradores e bancadas de teste de alta velocidade, onde os requisitos de lubrificação do acoplamento de engrenagens são inaceitáveis ​​e onde o equilíbrio dinâmico em altas velocidades de rotação é uma especificação crítica. Conforme observado na orientação do setor de Recurso de referência do Machine Design sobre design de acoplamento flexível e princípios de seleção , os acoplamentos totalmente metálicos, incluindo os tipos de diafragma e disco, geralmente alcançam diâmetros externos menores e pesos mais baixos do que as alternativas elastoméricas com classificações de torque equivalentes – uma vantagem importante em aplicações de alta velocidade onde a inércia e o equilíbrio são críticos. Rokang's acoplamentos de diafragma de alta velocidade classificados até 10.000 rpm e além são projetados para aplicações em turbomáquinas, geração de energia e bancada de testes de alta velocidade.

Acoplamentos de mola serpentina e acoplamentos de corrente: soluções flexíveis de alto torque

Para aplicações que necessitam de absorção de choque significativa e tolerância ao desalinhamento juntamente com alta capacidade de torque – transportadores pesados, equipamentos de mineração, britadores, acionamentos de bombas grandes – dois projetos de acoplamento são particularmente adequados.

Acoplamentos de mola serpentina transmitir torque através de um elemento de mola de aço contínuo em forma de S tecido entre dentes em dois cubos opostos. A mola atua como elemento de transmissão de torque e como elemento flexível simultaneamente, proporcionando excelente absorção de choque, alta capacidade de torque e capacidade de acomodar desalinhamentos angulares, paralelos e axiais. Ao contrário dos acoplamentos elastoméricos, o elemento de mola de aço não se degrada com a temperatura ou exposição a óleos e produtos químicos, tornando os acoplamentos de mola em serpentina adequados para ambientes industriais agressivos. Eles também são compactos devido à sua classificação de torque, o que é vantajoso quando o espaço é limitado. Rokang's acoplamentos de mola serpentina para aplicações de acionamento de alto torque e carga de choque estão disponíveis nas variantes padrão, de montagem rápida, de flange duplo e de disco de freio.

Acoplamentos de corrente use uma corrente de rolos de fio duplo ligando dois cubos de roda dentada. Eles são simples de instalar e manter, toleram desalinhamentos no passo da corrente e são capazes de transmitir alto torque a um custo relativamente baixo. A principal limitação é que eles exigem lubrificação periódica e não são adequados para aplicações de alta velocidade. Para acionamentos de velocidade moderada e alto torque em ambientes agrícolas, de mineração e industriais em geral, os acoplamentos de corrente continuam sendo uma solução prática e econômica.