El acoplamiento de eje cardán, a menudo denominado simplemente acoplamientos de junta universal, es un dispositivo mecánico que se utiliza para conectar dos ejes que no están en la misma línea recta y para transmitir par y movimiento de rotación.
Componentes estructurales de un acoplamiento de junta universal
Un acoplamiento de junta universal típico consta de los siguientes componentes principales:
1. Horquillas: Fijadas a los dos ejes de transmisión respectivamente, utilizadas para conectar los ejes transversales.
2. Eje transversal: Ubicado en el centro del acoplamiento, es el componente central para la transmisión de torsión.
3. Cojinetes de agujas o cojinetes lisos: asegúrese de que el eje transversal pueda girar libremente, reduciendo la fricción y el desgaste.
4. Bridas de conexión o dispositivos de sujeción: Se utilizan para la instalación y fijación, asegurando la confiabilidad de la transmisión.
Los acoplamientos de junta universal de alto-rendimiento generalmente están hechos de acero aleado o acero tratado térmicamente- para mejorar la resistencia y la resistencia al desgaste.
El principio de compensación del acoplamiento de junta universal
Acoplamientos de junta universalPuede transmitir par y velocidad incluso cuando dos ejes no son colineales. Su función principal es compensar la desalineación angular. A través de una estructura de eje transversal-, permiten que los ejes de entrada y salida giren libremente dentro de un cierto rango angular. Cuando el eje de entrada gira, las horquillas en ambos extremos del eje transversal- impulsan el eje de salida con velocidades angulares alternas, logrando una conexión flexible y compensando la desalineación causada por errores de instalación o deformaciones operativas.
Las juntas universales de una sola sección-son adecuadas para pequeñas desviaciones angulares (de 3 a 15 grados); para ángulos más grandes o cuando se requiere una velocidad de salida constante, normalmente se utilizan juntas universales dobles. Al disponer dos secciones en ángulos iguales, las velocidades angulares de entrada y salida se vuelven consistentes, logrando una transmisión suave.
Fórmula de cálculo de compensación de ángulo
Cuando el ángulo incluido entre los dos ejes es , el ángulo del eje de entrada es θ y el ángulo del eje de salida es ψ. Su relación de movimiento es la siguiente:
Por tanto, la relación de velocidades angulares se puede obtener:
Como puede verse en la fórmula, si se utiliza una junta universal única, la velocidad angular fluctúa periódicamente con θ. Para reducir el error, se recomienda que el ángulo incluido sea menor o igual a 10 grados. Si es grande se puede utilizar una estructura de junta universal doble, procurando que los ángulos de las dos juntas sean iguales ( ₁=₂) y que las horquillas estén en fase, así:
Lograr una transmisión de velocidad constante
Cálculos reales de instalación y calibración
Al instalar los acoplamientos de junta universal, primero determine el ángulo de compensación real _real entre los ejes de entrada y salida, que se puede medir usando un transportador o una máquina de medición de coordenadas. Si el ángulo de compensación máximo permitido en el diseño del equipo es _permisible, entonces se debe cumplir lo siguiente:
Para maquinaria industrial general, _admisible generalmente se establece entre 5 y 10 grados, mientras que para transmisiones de servicio pesado-, esto se puede relajar a 15 grados. Si _actual excede el límite, la compensación debe reducirse ajustando la posición de instalación o agregando un eje intermedio.
Para una junta universal doble, si el ángulo total incluido es _total, los ángulos de distribución de las dos juntas deben satisfacer:
Esto garantiza que las fluctuaciones de velocidad angular de las dos secciones se anulen entre sí, lo que da como resultado una transmisión suave.
Ejemplo de aplicación de ingeniería
Suponiendo que el ángulo incluido _total=12 grados se mide después de la instalación de los dos ejes de transmisión y se utiliza una conexión de junta universal doble, entonces el ángulo de compensación de cada junta universal debe ser:
Si el ángulo nominal de una estructura de una sola-sección es de 10 grados, el diseño es razonable y puede garantizar un funcionamiento estable. Si se utiliza una sola junta universal, la tasa de fluctuación de la velocidad angular se puede aproximar mediante la siguiente fórmula:
Esto significa que la velocidad de salida fluctuará aproximadamente un 1,1% dentro de un ciclo de rotación. La estructura de doble junta universal puede eliminar casi por completo esta fluctuación.
Los acoplamientos de junta universal compensan eficazmente la desalineación angular entre dos ejes a través de su estructura de eje transversal-flexible. El núcleo del cálculo de compensación radica en medir con precisión el ángulo incluido y asignar racionalmente el ángulo de acuerdo con la disposición de sección simple-o de sección doble-. En el diseño práctico se debe garantizar lo siguiente:
1. _real Menor o igual que _allowable;
2. Las estructuras de doble-sección deben mantener ángulos y fases iguales;
3. Para equipos de alta-velocidad o alta-precisión, se debe controlar dentro de los 5 grados.
Dominar los principios de cálculo e instalación anteriores puede mejorar significativamente la vida útil y la estabilidad de la transmisión de los acoplamientos de junta universal.
