ES2977483T3

ES2977483T3 - Acoplamiento de eje

Info

Publication number: ES2977483T3
Application number: ES19743583T
Authority: ES
Inventors: Teppo Lindberg; Jussi Puhakka; Pekka Laakkonen
Original assignee: Konecranes Global Oy
Current assignee: Konecranes Global Oy
Priority date: 2018-01-23
Filing date: 2019-01-22
Publication date: 2024-08-26
Anticipated expiration: 2039-01-22
Also published as: EP3743633A1; MX2020006730A; WO2019145605A1; KR20200110360A; FI128065B; RU2749319C1; US11424661B2; US20210066996A1; CN111615592A; EP3743633B1; BR112020014510A2; FI20185062A1; EP3743633A4; CN111615592B; JP2021511472A

Abstract

La presente invención se refiere a un acoplamiento de eje que comprende un primer eje (1) soportado por un cojinete en un primer extremo (1-1), y un segundo eje (2) soportado por un cojinete en un segundo extremo (2-2). . Dicho primer eje (1) y segundo eje (2) están dispuestos coaxialmente de manera que el segundo extremo (1-2) del primer eje (1) esté contra el primer extremo (2-1) del segundo eje (2). En una superficie de extremo del segundo extremo (1-2) del primer eje (1), hay un rebaje (6), y una protuberancia (7) sobresale de la superficie de extremo del primer extremo (2-1) de el segundo eje (2), y dicho rebaje (6) recibe dicho saliente (7). El acoplamiento del eje comprende únicamente un tercer cojinete (8), así como un acoplador (9) que recibe el segundo extremo (1-2) del primer eje (1) y el primer extremo (2-1) del segundo eje. (2). Con tal solución se podrá permitir un mayor error radial entre los ejes sin que se sobrecarguen las estructuras del punto de acoplamiento. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Acoplamiento de eje

Campo de la Invención

La presente invención se refiere a la transmisión de potencia en acoplamientos de ejes.

Descripción de la técnica anterior

Se conoce previamente cómo conectar ejes coaxialmente entre sí como transmisión de potencia de modo que se dispone un cojinete en un primer y segundo extremo de un primer y segundo eje, es decir, el acoplamiento comprende el total de cuatro cojinetes. El documento GB708018A divulga un acoplamiento de eje que tiene un miembro anular.

Un problema con la solución antes mencionada es que un error radial entre los ejes debido a la instalación de los ejes puede provocar una carga importante en las estructuras del punto de acoplamiento de los ejes.

Sumario de la Invención

Es un objetivo de la invención desarrollar un dispositivo que permita que se solucione el problema antes mencionado. El objetivo de la invención se logra con un dispositivo que se caracteriza por lo que se divulga en la reivindicación independiente. Los modos de realización preferentes de la invención se divulgan en las reivindicaciones dependientes.

El objetivo antes mencionado se logra consigue mediante un acoplamiento de eje que comprende un primer eje que tiene un primer extremo y un segundo extremo, y un primer cojinete dispuesto en las proximidades del primer extremo, y que la invención comprende además un segundo eje que tiene un primer extremo y un segundo extremo, y un segundo cojinete dispuesto en las proximidades del segundo extremo, y dichos primer eje y segundo eje se disponen coaxialmente de modo que el segundo extremo del primer eje está contra el primer extremo del segundo eje.

En una superficie de extremo del segundo extremo de dicho primer eje hay un rebajo, y hay un saliente que sobresale de la superficie de extremo del primer extremo del segundo eje, y dicho rebajo recibe dicho saliente de modo que una superficie lateral del saliente y una superficie lateral del rebajo se sitúan enfrentadas entre sí. La superficie lateral del saliente o la superficie lateral del rebajo, o ambas de dichas superficies coincidentes, se conforma(n) curvada(s) en la dirección axial del primer eje y del segundo eje.

Para soportar el primer y segundo eje, el acoplamiento de eje comprende, además de dichos primer cojinete y segundo cojinete, solo un tercer cojinete dispuesto en las proximidades del punto de acoplamiento del primer eje y segundo eje.

El acoplamiento de eje comprende además un acoplador que recibe el segundo extremo del primer eje y el primer extremo del segundo eje, y conecta estos entre sí de forma no rotatoria para transmitir potencia entre dicho primer y segundo eje.

Un acoplamiento de eje de este tipo permite un error radial mayor entre los ejes, es decir, los ejes no necesitan ser tan precisamente rectilíneos como en las soluciones conocidas, sin que caiga una carga adicional importante en las estructuras del punto de acoplamiento de los ejes.

Breve descripción de las figuras

La invención se describirá ahora con mayor detalle en relación con los modos de realización preferentes, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

La figura 1 es una vista en sección transversal de un primer modo de realización de la invención; y la figura 2 es una vista en sección transversal ampliada del modo de realización de la figura 1; y

la figura 3 es una vista conceptual de un engranaje del primer eje, segundo eje y acoplador.

Descripción de al menos un modo de realización

La figura 1 muestra, a modo de ejemplo, una vista general del primer modo de realización del acoplamiento de eje. En referencia a la figura 1, el modo de realización en cuestión comprende un primer eje 1 que tiene un primer extremo 1 1 y un segundo extremo 1-2, y un primer cojinete 3 dispuesto en las proximidades del primer extremo 1-1. El acoplamiento de eje comprende además un segundo eje 2 que tiene un primer extremo 2-1 y un segundo extremo 2 2, y un segundo cojinete 4 dispuesto en las proximidades del segundo extremo 2-2. Dicho primer eje 1 y segundo eje 2 se disponen coaxialmente, en otras palabras, las líneas centrales de ambos ejes están en el mismo eje 5. Los ejes se disponen además de modo que el segundo extremo 1-2 del primer eje 1 está contra el primer extremo 2-1 del segundo eje 2. El primer eje 1 puede ser un eje de motor y el segundo eje 2 puede ser un eje de engranaje, como se muestra en la figura 1 a modo de ejemplo.

Además de dichos primer cojinete 3 y segundo cojinete 4, el acoplamiento de eje comprende, para soportar el primer eje 1 y el segundo eje 2, solo un tercer cojinete 8 dispuesto en las proximidades del punto de acoplamiento del primer eje 1 y el segundo eje 2. En el modo de realización de la figura 1, dicho tercer cojinete 8 se dispone en las proximidades del primer extremo 2-1 del segundo eje 2, en el lado de engranaje. Por lo tanto, todo el acoplamiento de eje no tiene más de tres cojinetes para soportar los ejes.

La figura 2 es una vista en sección transversal ampliada del modo de realización de la figura 1. La figura 2 muestra que hay, en una superficie de extremo del segundo extremo 1 -2 del primer eje 1, un rebajo 6, y que hay un saliente 7 que sobresale de la superficie de extremo del primer extremo 2-1 del segundo eje 2, y dicho rebajo 6 recibe dicho saliente 7 de modo que una superficie lateral del saliente y una superficie lateral del rebajo se sitúan enfrentadas entre sí. La superficie lateral de dicho saliente 7 o la superficie lateral del rebajo 6, o ambas de dichas superficies coincidentes, se conforma(n) curvada(s) en la dirección axial del primer eje 1 y del segundo eje 2. En este ejemplo en cuestión, dicho saliente 7 es de conformación de barril y la superficie lateral de dicho rebajo 6 se conforma para coincidir con la conformación de la superficie lateral del saliente 7, teniendo en cuenta que el primer eje 1 y el segundo eje 2 pueden coincidir axialmente cuando se ensamblan. El término "de conformación de barril" en este contexto significa que el diámetro del saliente es mayor en su parte central, y cuando se aleja axialmente de la parte central, el diámetro del saliente 7 disminuye.

De acuerdo con un ejemplo, el saliente 7 se fabrica con conformación de barril y el rebajo 6 se fabrica con forma de cilindro circular recto. La cuestión esencial al seleccionar las conformaciones mutuas del saliente 7 y el rebajo 6 es que el primer eje 1 y el segundo eje 2 consiguen soporte mutuo en la dirección radial, pero dichos ejes mantienen el ajuste mutuo entre sí cuando se soportan, incluso si hubo un ligero error de ángulo entre los ejes longitudinales de los ejes.

La figura 2 muestra además que el acoplamiento de eje comprende un acoplador 9. Dicho acoplador 9 recibe el segundo extremo 1 -2 del primer eje 1 y el primer extremo 2-1 del segundo eje 2 y conecta estos entre sí de forma no rotatoria en para transmitir potencia entre dichos primer eje 1 y segundo eje 2.

En el modo de realización de la figura 2, dicho acoplador 9 rodea el segundo extremo 1 -2 del primer eje 1 y el primer extremo 2-1 del segundo eje 2. La superficie exterior del segundo extremo 1 -2 del primer eje 1 se conforma como una contraparte de la superficie interior del acoplador 9 para evitar su rotación mutua y, de manera similar, la superficie exterior del primer extremo 2-1 del segundo eje 2 se forma como una contraparte para la superficie interior del acoplador 9 para evitar su rotación mutua. El acoplador 9 forma una ranura/ acoplamiento de eje entre el primer eje 1 y el segundo eje 2.

Es característico del primer acoplamiento de eje mostrado en la figura 2 que el acoplador 9 transmite el par de torsión entre el primer eje 1 y el segundo eje 2, es decir, se evita la rotación mutua de los ejes. Es característico del espacio entre el segundo extremo 1-2 del primer eje y el primer extremo 2-1 del segundo eje ajustados conjuntamente que mediante su ajuste se evita el desplazamiento radial en lo que respecta al saliente 7 y al rebajo 6.

Normalmente, un acoplamiento de eje de este tipo comprende cuatro cojinetes. Sin embargo, no se necesita un cuarto cojinete en el modo de realización mostrado en las figuras 1 y 2. Una disposición de soporte de tres cojinetes conjuntamente con la conformación del segundo extremo 1 -2 del primer eje 1 y el primer extremo 2-1 del segundo el eje 2 permite un error radial ligeramente mayor entre los ejes sin que dicho acoplador y/o cojinetes estén bajo una carga excesiva en cada rotación. Esto, a su vez, prolonga la vida útil de los dispositivos y reduce el tiempo de inactividad, así como la cantidad de trabajo de alineación de los ejes. En el modo de realización de la figura 2, el acoplamiento entre el primer eje 1 y el segundo eje 2 comprende adicionalmente una primera junta tórica 10 y una segunda junta tórica 11 para asegurar el apriete del acoplamiento de eje. La primera junta tórica 10 se dispone en las proximidades del segundo extremo 1-2 del primer eje 1 y la segunda junta tórica 11 se dispone en las proximidades del primer extremo 2-1 del segundo eje 2. Además, el acoplamiento comprende un anillo de retención 12 entre el primer eje 1 y el segundo eje 2.

En el cojinete del primer eje 1 y del segundo eje 2, se reserva para ambos un cojinete de este tipo, que recibe la carga axial. Por lo tanto, el acoplamiento de eje no se somete a una gran fuerza axial. El acoplamiento de eje tiene una pequeña holgura en la dirección axial, permitiendo un pequeño movimiento axial entre el segundo extremo 1-2 del primer eje y el primer extremo del segundo eje. Esta pequeña holgura tiene en cuenta la tolerancia de fabricación de los ejes, exactitud de instalación, movimiento térmico, etc. Después del montaje, queda una holgura en la dirección axial entre las caras de los ejes, que es ligeramente mayor que el espesor del anillo de retención. De esta manera, los ejes no se tocan entre sí ni siquiera por el anillo de corte en las caras. El objetivo es que los ejes estén en contacto entre sí solo por las superficies laterales cilíndricas o casi cilíndricas, tal como con conformación de barril, del saliente y del rebajo.

Mediante dichas juntas tóricas se sella una cámara de grasa cerrada en el área de acoplamiento. Durante el montaje, se proporciona vaselina en la cámara de grasa para organizar la lubricación con grasa. Entre el segundo extremo 1 -2 del primer eje 1 y el primer extremo 2-1 del segundo eje 2 se dispone un anillo de retención 12, con una tarea que es asegurar la posición del acoplador 9 en la dirección axial de modo que el acoplador 9 no se mueva axialmente hasta la junta tórica y que las juntas tóricas no se sometan a la posibilidad de cizallamiento. El anillo de retención 12 es un anillo interior para el que, durante el montaje del acoplador 9, se ha cortado de forma rotatoria internamente una ranura circular 13 en la superficie interior del acoplador 9. La profundidad de la ranura 13 alcanza ligeramente el engranaje interno, pero el perfil de la ranura 13 no se extiende desde el interior hacia afuera tan profundamente como para extenderse hasta el fondo de la ranura del engranaje axial.

La figura 3 es una vista conceptual del engranaje del primer eje 1, el segundo eje 2 y el acoplador 9 a modo de ejemplo. La figura 3 no está a escala y las partes mostradas pueden diferir de lo que se muestra. En el ejemplo de la figura 3, el segundo extremo 1 -2 del primer eje 1 comprende un primer engranaje 14, el primer extremo 2-1 del segundo eje 2 comprende un segundo engranaje 15, y la superficie interior del acoplador 9 comprende un tercer engranaje 16. Además, en la figura 3 se muestra una sección transversal del acoplador 9 para mostrar el tercer engranaje 16. En lo que respecta a un posible error de ángulo entre los ejes, es posible disponer algo más de tolerancia en el acoplamiento de modo que en al menos uno de los engranajes 14, 15 en lugar de un engranaje recto se fabrica un engranaje ligeramente con conformación de barril.

Una ventaja de un acoplamiento conectado con un acoplador es que se equilibra con respecto a la rotación, a diferencia de un acoplamiento dispuesto con una chaveta paralela que, con respecto a la rotación, se desequilibra. Una ventaja particular de un acoplamiento conectado con un acoplador es que los ejes del acoplamiento se pueden rotar en un intervalo de revoluciones mayor. Es conocida previamente, por ejemplo, una solución en la que los ejes se acoplan mediante un embrague de garras y con una rotación que a 4.500 RPM ha provocado daños con los diámetros de eje en el intervalo de 80 a 100 mm. La solución y el acoplamiento de eje de acuerdo con la reivindicación independiente funcionan con éxito en el intervalo de velocidad de 9000 RPM.

Ventajosamente, el acoplador se fabrica mediante brochado de modo que se pueda conseguir en él un engranaje axial interno. Al brochar, se pasa una herramienta larga a través del acoplador, que corta los engranajes requeridos, ventajosamente con un solo tirón. La herramienta tiene la conformación del engranaje, pero los engranajes de la herramienta son negativos de los engranajes de acoplador. Es común para el engranaje que un engranaje trapezoidal tenga ángulos de flanco de 30 grados.

En los acoplamientos de eje de un eje de motor y un eje de engranaje es conocido previamente disponer bridas en conexión con el punto de acoplamiento, en ambos lados de motor y engranaje, dentro de las que se han dispuesto los cojinetes ubicados en las proximidades del segundo extremo del eje de motor y el primer extremo del eje de engranaje. Sin embargo, el modo de realización de la figura 1 comprende una brida 17, solo, que comprende el tercer cojinete 8. Dicha brida 17 se dispone en el lado de engranaje, solo, en las proximidades del primer extremo 2-1 del segundo eje 2, y por tanto no hay ninguna brida en el lado de motor. Alternativamente, dicha brida también se podría disponer en el lado de motor, con lo que el tercer cojinete se situaría en las proximidades del segundo extremo del primer eje y, correspondientemente, el engranaje no comprendería ninguna brida. La retirada de la segunda brida es ventajosa porque da como resultado la reducción de la dimensión total del acoplamiento de eje y por tanto, se ahorra espacio.

En el primer modo de realización divulgado también se supone que el primer eje es un eje de motor y el segundo eje es un eje de engranaje. Alternativamente, el primer eje podría ser un eje de engranaje y el segundo eje un eje de motor. Las figuras también muestran que el punto de acoplamiento de los ejes está en el lado de motor. Sin embargo, el punto de acoplamiento también se podría situar en el lado de engranaje. Además, en dicho modo de realización el acoplador se dispone para rodear el punto de acoplamiento del primer eje y del segundo eje. Alternativamente, el acoplador puede rodear dichos ejes solo parcialmente o estar entre los ejes.

El procedimiento de posicionamiento más ventajoso de los cojinetes es aquel en donde se colocan dos cojinetes en el lado de engranaje y uno en un motor eléctrico. En dicho caso, el error potencial provocado al disponer el acoplamiento de eje interconectando los ejes se forma en el extremo exterior del eje de motor eléctrico, en relación con el acoplamiento, es decir, en el lado de extremo del entrehierro. De esta manera, el efecto del error se puede desplazar hasta un punto en donde no importe mucho.

Un procedimiento alternativo es colocar dos cojinetes en el motor eléctrico y uno en el engranaje cerca del acoplamiento de eje, y el posible error en la posición de eje se mueve al engranaje, más lejos del acoplamiento de eje. Aquí, en el eje de engranaje, en el extremo opuesto con respecto al acoplamiento de eje, puede estar un engranaje en contacto engranado, para este contacto engranado, sin embargo, no se produce una desviación muy grande, debido a que el pequeño desplazamiento (es decir, error) del eje en cuestión del engranaje está relativamente alejado, es decir, en el lado de extremo de acoplamiento de eje.

Cuando se ensamblan el motor y el engranaje, la colocación mutua de diferentes diámetros se diseña de modo que el ensamblaje se puede realizar en etapas cuando las piezas se acercan axialmente entre sí. En la dirección axial, se adapta el acoplador en cada extremo del eje, se unen los ejes y finalmente se conectan entre sí las conexiones de brida del motor eléctrico y el engranaje.

Los materiales típicos de los ejes se eligen de modo que el material más duro está en el eje del engranaje y éste puede ser, por ejemplo, acero cementado. El segundo material más duro está en el eje del motor eléctrico y éste puede ser, por ejemplo, acero templado tal como 42CrMo4. El acoplador se fabrica de acero blando, tal como acero de construcción.

Entre el segundo extremo del primer eje y el primer extremo del segundo eje se ha dispuesto un soporte mutuo, soporte que puede sustituir a un cojinete en la solución técnica convencional que, como es conocido, usa el total de cuatro cojinetes. Así, en el acoplamiento de eje de acuerdo con la reivindicación independiente 1, la cantidad de cojinetes se reduce de cuatro a tres, y la estructura usa tres cojinetes complementados por un soporte mutuo. La solución de acuerdo con la reivindicación independiente apunta además a un acoplamiento de centro a centro de los ejes, acoplamiento que considera los tres grados de libertad en el acoplamiento de los ejes como sigue:

- el movimiento axial (en consecuencia, fuerza axial) se permite a pequeña escala, pero se evita a gran escala por obstáculos o collares formados en la estructura;

- el movimiento radial (en consecuencia, fuerza radial) se restringe según lo restringido por la superficie lateral del saliente y la superficie lateral del rebajo; y

- el movimiento de rotación (en consecuencia, par de torsión) se restringe por medio del acoplador, que conecta de forma no rotatoria el primer y el segundo eje entre sí.

El acoplamiento de eje de acuerdo con la reivindicación independiente 1 se aplica al menos a ejes con un intervalo tamaño de 10 a 30 mm. Por medio del acoplamiento de eje en cuestión, se pueden acoplar entre sí dos ejes de transmisión de potencia, de modo que prácticamente se puede eliminar el efecto de un error de ángulo o error radial entre ellos. En soluciones de la técnica anterior, tales como en el intervalo de tamaño con un diámetro de eje menor de 20 mm, se debería poder lograr un error radial menor de 0,05 mm. En el intervalo de error radial de 0,1 mm, se provoca tanta tensión en la junta de acoplamiento que la transmisión de potencia fallará en un tiempo relativamente corto. Un experto en la técnica encontrará obvio que, a medida que avanza la tecnología, la idea básica de la invención se puede implementar de muchas maneras diferentes. Por tanto, el acoplamiento de eje y sus modos de realización no se restringen a los ejemplos descritos anteriormente sino que pueden variar dentro del alcance de las reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un acoplamiento de eje que comprende,

un primer eje (1) que tiene un primer extremo (1-1) y un segundo extremo (1-2), y un primer cojinete (3) dispuesto en las proximidades del primer extremo (1-1), y

un segundo eje (2) que tiene un primer extremo (2-1) y un segundo extremo (2-2), y un segundo cojinete (4) dispuesto en las proximidades del segundo extremo (2-2), y dicho primer el eje (1) y el segundo eje (2) se disponen coaxialmente de modo que el segundo extremo (1 -2) del primer eje (1) está contra el primer extremo (2-1) del segundo eje (2),

además de dichos primer cojinete (3) y segundo cojinete (4), para soportar el primer eje (1) y el segundo eje (2), el acoplamiento de eje comprende solo un tercer cojinete (8) dispuesto en las proximidades del punto de acoplamiento del primer eje (1) y del segundo eje (2), y

el acoplamiento de eje comprende además un acoplador (9) que recibe el segundo extremo (1-2) del primer eje (1) y el primer extremo (2-1) del segundo eje (2) y conecta estos entre sí de forma no rotatoria para transmitir potencia entre dicho primer eje (1) y segundo eje (2),

caracterizado por que

hay, en una superficie de extremo del segundo extremo (1-2) del primer eje (1), un rebajo (6), y que hay un saliente (7) que sobresale de la superficie de extremo del primer extremo (2-1) del segundo eje (2), dicho saliente (7) es un saliente axial que forma parte del segundo eje (2), y dicho rebajo (6) recibe dicho saliente (7) en contacto directo de modo que una superficie lateral del saliente (7) y una superficie lateral del rebajo (6) se sitúan enfrentadas entre sí, ypor que

la superficie lateral del saliente (7) o la superficie lateral del rebajo (6), o ambas superficies de contacto, se conforma(n) curvada(s) en la dirección axial del primer eje (1) y del segundo eje (2).

2. Un acoplamiento de eje como se reivindica en la reivindicación 1,caracterizado por quedicho tercer cojinete (8) se dispone en las proximidades del segundo extremo (1-2) del primer eje (1).

3. Un acoplamiento de eje como se reivindica en la reivindicación 1,caracterizado por quedicho tercer cojinete (8) se dispone en las proximidades del primer extremo (2-1) del segundo eje (2).

4. Un acoplamiento de eje como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes,caracterizado por que

la superficie exterior del segundo extremo (1-2) del primer eje (1) se conforma como una contraparte de la superficie interior del acoplador (9) para evitar su rotación mutua, y

la superficie exterior del primer extremo (2-1) del segundo eje (2) se forma como una contraparte para la superficie interior del acoplador (9) para evitar su rotación mutua.

5. Un acoplamiento de eje como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes,caracterizado por quedicho acoplador (9) rodea al menos parcialmente el primer eje (1) y el segundo eje (2).

6. Un acoplamiento de eje como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes,caracterizado por queel acoplamiento entre el primer eje (1) y el segundo eje (2) comprende adicionalmente una primera junta tórica (10) y una segunda junta tórica (11) para asegurar el apriete del acoplamiento de eje.

7. Un acoplamiento de eje como se reivindica en la reivindicación 6,caracterizado por quela primera junta tórica (10) se dispone en las proximidades del segundo extremo (1-2) del primer eje (1) y la segunda junta tórica (11) se dispone en las proximidades del primer extremo (2-1) del segundo eje (2).

8. Un acoplamiento de eje como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes,caracterizado por queel acoplamiento de eje comprende un anillo de retención (12) entre el primer eje (1) y el segundo eje (2).

9. Un acoplamiento de eje como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes,caracterizado por queel primer eje (1) es un eje de motor y el segundo eje (2) es un eje de engranaje.

10. Un acoplamiento de eje como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes,caracterizado por queel primer eje (1) es un eje de engranaje y el segundo eje (2) es un eje de motor.

11. Un acoplamiento de eje como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes,caracterizado por queel segundo extremo (1 -2) del primer eje (1), el primer extremo (2-1) del segundo eje (2) y la superficie interior del acoplador (9) comprenden un engranaje.