Capítulo 04 - Acoplamentos 4.1 - Definição

São elementos de máquinas destinados a unir dois eixos, transmitindo torque e rotação, conforme mostra a figura abaixo:

Figura 01 – Eixos da máquina e do motor unidos por acoplamentos

4.2 - Funções

• Unir dois eixos, transmitindo torque e rotação; • Compensar desalinhamentos; • Absorver choques e vibrações; • Atuar como fusível mecânico.

A figura abaixo mostra como os acoplamentos podem compensar os desalinhamentos que podem existir entre dois eixos.

Figura 02 – Tipos de desalinhamento

4.3 - Classificação O grupo dos acoplamentos comandáveis é aquele em que o motor elétrico ou de combustão interna parte em vazio. Ou seja, o motor ainda não está acoplado à máquina, na partida do equipamento. Isto acontece, por exemplo, quando se dá a partida em um automóvel. A embreagem é o acoplamento comandável pela força, a fim de que o motor seja acoplado de modo suave à caixa de marcha, a fim de que esta transmita torque e rotação às rodas. O motor de arranque também possui um acoplamento comandável, ou seja, ele só irá partir o motor do automóvel,uma vez que atingir rotação e torque suficientes para tal.

Motor Máquina

Acoplamento

Os acoplamentos comandáveis são mais complexos, em função de sua forma de acionamento, mas apresentam a vantagem de economizar energia na partida do motor. Já o grupo de acoplamentos não comandáveis é aquele que o motor elétrico ou de combustão interna parte junto com a máquina. Estes são mais simples e se aplicam em situações em que a partida do motor não represente um consumo excessivo de energia. Devido a diversidade de acoplamentos elásticos e de fabricantes, eles serão relacionados abaixo em função de seus aspectos construtivos, e não pelos nomes específicos, que variam de fabricante para fabricante.. 4.3.1 - Acoplamentos r ígidos Não absorvem desalinhamentos, nem tampouco, os choques ou vibrações provenientes do funcionamento da máquina ou da partida do motor. Estes exigem que se faça um alinhamento 0-0 (zero-zero, perfeito) dos dois eixos acoplados, antes da partida do equipamento. Transmitem altas potências em baixas rotações (<400rpm) e conectam eixos longos.

Figura 03 – acoplamento rígido

pela força aplicada hidraulicamente

pelo torque

pelo sentido de rotação

mecanicamente

COMANDÁVEIS

pneumaticamente

Flexíveis

Torcionalmente elásticos

Rígidos

Torcionalmenterígidos

Lamelas

Engrenagens

NÃO COMANDÁVEIS

4.3.2 - Acoplamentos flexíveis Absorvem desalinhamentos, por isso possuem uma folga mínima (GAP), que é tabelada por fabricante. Eles dividem-se em:

4.3.2.1 - Não elásticos (torcionalmente rígidos)

São aqueles que apesar de acomodar certos desalinhamentos não possuem elasticidade torcional, transmitindo todos os choques e sobrecargas. a) Acoplamento de engrenagens Os cubos dos eixos possuem a forma de engrenagens com dentes externos que se encaixam nos elementos de ligação (rígidos) de dentes internos.

Figura 04 – Acoplamentos flexível de engrenagens

b) acoplamentos de dentes arqueados

São uma variação dos acoplamentos de engrenagens. São flexíveis e não elásticos. A combinação luva de poliamida e cubo de metal apresenta um acoplamento sem manutenção durante o funcionamento. A luva (dentes internos) absorve os desalinhamentos radial e angular dos eixos, mas não absorve choques, funcionando como fusível mecânico. É de Fácil montagem e instalação. Disponível para eixos até 125mm e torque até 5.000Nm

Figura 05– Acoplamento de dentes arqueados

c) Acoplamento de Lamelas

Cubos em aço carbono e/ou aço inox. Laminas em inoxidável. Torcionalmente rígidos. Suporta Torque de 5 até 1.450..000 Nm

Figura 06 – Acoplamentos de lamelas d) Junta Cardan: A cruzeta é o elemento que absorve os desalinhamentos. Entretanto, não absorvem choques, repassando-os para os eixos que acopla. Utilizado em máquinas operatrizes, como fresadoras, cilindro de laminação (estes cilindros são desalinhados em função da espessura de laminação da chapa), etc. e) Junta Homocinética

Figura 07– Junta Cardan

Utilizada em veículos de transporte, servem para absorver os desalinhamentos provenientes das irregularidades encontradas nas rodovias. As juntas se articulam para cima e para baixo, ao acompanhar o sobe-e-desce da suspensão passando num buraco, por exemplo

Figura 08– aplicação da Junta homocinética

4.3.2.2 - Elásticos (torcionalmente elásticos)

São os que possuem um elemento de ligação elástico entre os cubos (borracha, grade, mola), com a finalidade de absorver choques e acomodar certos desalinhamentos.

a) Acoplamento de pino Cubos em ferro Fundido. Amortecedores de Borracha. Não necessita lubrificação. Suporta torque de 139 a 49.000 Nm

Figura 09 – Acoplamento de pinos

b) Acoplamento de dentes Possuem vários tamanhos. Cubos em Ferro Fundido. Há muitas variações deste acoplamento, tanto quanto ao número de dentes, como da natureza do amortecedor, e quanto à sua dureza. Abaixo estão alguns exemplos. A figura (a) mostra um acoplamento tipo cruz, com amortecedor de borracha, que suporta torque de 140 a 39.200 Nm. A figura (b), com amortecedor em poliuretano de durezas diferenciadas e suporta torque: 7,5 a 35.000 Nm. A figura (c), com amortecedor em poliuretano, também de durezas diferenciadas, suporta torque de 90 a 4.040 Nm.

Figura 10 – Acoplamento de dentes

c) Acoplamento de grade A mola é o elemento que absorve o desalinhamento, os choques e vibrações, ao mesmo tempo em que une os flanges de cada eixo.

Figura 11 – Acoplamento de grade

Figura 12 – vista explodida do acoplamento de grade

d) Acoplamento Ômega (tipo pneu): flexível elástico. A borracha é o elemento que absorve tanto os desalinhamentos quanto os choques. Este tipo de acoplamento apresenta as seguintes vantagens:

• Absorve desalinhamentos • Manutenção simples • Redução de emissão de ruídos • Isolamento da corrente de fuga • Amortecimento das vibrações e choques • Simetria, segurança e balanceamento • Dispensa lubrificação • Diversas versões (com disco de freio, tambor de freio, eixo flutuante, com espaçador,

limitador de torque, resistência a ambientes abrasivos,etc.) Convém destacar a simplicidade de manutenção, em função de compor-se apenas de três peças: dois flanges e o elemento central de borracha. Ou seja, o motor e a máquina não precisam ser removidos durante sua manutenção, que consiste apenas na troca do elemento central, que é parafusado aos flanges.

A figura abaixo mostra a aplicação deste acoplamento 4.3.3 - Acoplamento Hidráulico os acoplamentos hidráulicos situam-se entre os acoplamentos comandáveis quando possuem variador de velocidade e torque, que absorvem desalinhamentos e choques, como se pode ver pelo seu aspecto construtivo, na figura 10 abaixo. O elemento de transmissão de torque e rotação é o óleo, que é acionado pela força centrífuga e lançado contra as pás das rodas externas (motrizes) e a interna (movida). O atrito fluido é o que permite essa transmissão de movimentos. É constituído de duas partes principais

- uma roda de bomba, funcionando como impulsor - uma roda de turbina, funcionando como rotor.

Figura 14 – Aplicação do acoplamento flexível elástico

Figura 13– Acoplamento omega

A roda da bomba é acionada pelo motor e em virtude do efeito da força centrífuga, o líquido submetido à uma pressão na periferia exterior.

O óleo que foi jogado para a periferia do acoplamento arrasta a roda de turbina que está acoplada ao eixo acionado.

No instante da partida não existe uma carga sobre o eixo acionado, e, o motor parte livre, alcançando sua rotação de regime, enquanto o eixo acionado vai sendo arrastado suave e gradativamente; motivo pelo qual estes acoplamentos são usados em transmissões de altas potências.

4.3.3.1 - Importância da carga de fluido

a - Quantidade insuficiente

- O escorregamento será maior que o previsto. - A máquina poderá não partir. - Caso partir, a temperatura de trabalho será alta podendo romper constantemente o bujão

fusível e/ou danificar os retentores. b - Quantidade em excesso

- Comporta-se quase como um acoplamento rígido. - Diminui-se o torque de aceleração do motor. - A amperagem do motor permanece alta por mais tempo, aumentando o consumo. - A máquina pode não partir. Em caso de sobrecarga da máquina o motor não estará protegido. - 0 motor aquece mais.

Figura 15 – Partes de um acoplamento hidráulico A tabela 01 indica os defeitos mais comuns para este tipo de acoplamento, as causas prováveis e aponta soluções

Defeito observado Causa provável Providência

Motor defeituoso ou incorretamente ligado

Checar motor (velocidade, consumo de corrente , etc.)

Máquina acionada bloqueada

Checar a máquina e remover motivo do bloqueio

Máquina consumindo muita potência

Checar consumo da potência compará-la com dados técnicos padrões

Quantidade de óleo excessiva, o motor não atinge velocidade

Checar o volume de óleo indicado pela Voith e o colocado no Acoplamento Hidrodinâmico

Quantidade de óleo a menos

Checar o volume de óleo indicado pela Voith e o colocado no Acoplamento Hidrodinâmico

Não

ati

nge

a ve

loci

dade

Vazamento de óleo no acoplamento Hidrodinâmico

Verificar estado das arruelas dos parafusos fusíveis, dos de carga de óleo e aperto dos parafusos na periferia do Acoplamento Hidrodinâmico

Quantidade de óleo a menos

Checar o volume de óleo indicado pela Voith e o colocado no Acoplamento Hidrodinâmico

Vazamento de óleo no Acoplamento Hidrodinâmico

Verificar estado das arruelas dos parafusos fusíveis, dos de carga de óleo e aperto dos parafusos na periferia do Acoplamento Hidrodinâmico

Máquina consumindo muita potência

Checar o consumo de potência e compará-lo com dados técnicos padrões

Par

afus

o fu

síve

l der

rete

Motor funcionando muito tempo em estrela

Apressar a passagem de estrela para triângulo

Mal alinhamento Realinhar de acordo com instruções

Rolamentos danificados Checar toda a instalação. Localizar o barulho e vibração, ouvindo e medindo. Substituir rolamentos

Inst

alaç

ão t

raba

lhan

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desu

nifo

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nent

e

Sistema de fixação da fundação solto

Checar e apertar os elementos de fixação da Fundação

Tabela 01 - defei tos, causas e prováveis soluçóes

4.3.3.2 - Principais vantagens:

• Aceleração suave de grandes massas; • Uso de motores elétricos de indução (gaiola) de baixo custo; • Redução rápida da corrente de partida do motor; • Limitação do torque máximo transmitido, propiciando proteção do conjunto; • Torque máximo ajustado pela simples mudança do volume de óleo; • Transmissão de potência sem desgaste, pois não existe contato mecânico entre as

partes; • Grande economia através da proteção de todos os elementos elétricos e mecânicos do

acionamento, mesmo sob grande freqüência de comutação ou reversão de rotação. Os acoplamentos hidráulicos podem ser divididos entre os de rotação constante e de rotação variável. O nível de óleo entre as rodas é o que determina o percentual de rotação que é repassado do eixo motor para o eixo movido, assim como o torque. A figura 11, mostra o esquema de um acoplamento com variador de velocidade.

Figura 16 – Acoplamento hidráulico com variador de velocidade

Embora possam variar a rotação e o torque, estes acoplamentos não se assemelham aos redutores, porque a relação entre estas grandezas não é inversamente proporcional, com acontece nos redutores. Sites relacionados: http://www.antaresacoplamentos.com.br http://www.ameridrive.com.br/frame_master.asp http://www.arten.com.br/prod_07.htm http://www.acoplastltda.com.br