ES2338783T3 - Dispositivo de acoplamiento con cuerpos de apriete. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de acoplamiento con dos piezas de maquinaria montadas de forma giratoria, especialmente un primer árbol (2) y un segundo árbol (13), para establecer una unión acoplable de estas piezas, en donde el dispositivo de acoplamiento posee unos cuerpos de apriete (3) que operan respectivamente por parejas uno contra otro y que actúan sobre superficies operativas (10, 11), caracterizado porque las superficies operativas (10, 11) están dispuestas paralelamente una a otra y en forma cónica y en donde - el dispositivo de acoplamiento presenta un primero y un segundo árboles (2, 13), teniendo el segundo árbol (13) un anillo de acoplamiento (1) que posee en su interior los cuerpos de apriete (3), los cuales están dispuestos en forma giratoria sobre el primer árbol (2), y estando formadas las superficies operativas (10, 11) por el anillo de acoplamiento y el primer árbol, o - el dispositivo de acoplamiento presenta un primero y un segundo árboles (14, 13), estando previsto un manguito de conexión (15) axialmente desplazable, dispuesto sobre el segundo árbol (13) y destinado a producir un desplazamiento axial de los cuerpos de apriete, presentando el manguito de conexión un anillo de acoplamiento (1) y estando dispuesto los cuerpos de apriete en forma giratoria sobre el lado interior del anillo de acoplamiento, y estando formadas las superficies operativas (10, 11) por el lado interior del anillo de acoplamiento y el primer árbol (14), o - el dispositivo de acoplamiento presenta un árbol adicional y un manguito de conexión (16) axialmente desplazable, dispuesto sobre el mismo, estando aplicados los cuerpos de apriete de forma giratoria a los lados exterior e interior del manguito de conexión y estando formadas las superficies operativas (10, 11) por el lado interior de un anillo de acoplamiento de la segunda pieza de maquinaria y el lado exterior del manguito de conexión o por el lado interior del manguito de conexión y el primer árbol, o - el dispositivo de acoplamiento presenta un árbol adicional (22) y un manguito de conexión (18) axialmente desplazable, dispuesto sobre el mismo, estando las dos piezas de maquinaria (20, 21) provistas de sendos anillos de acoplamiento que pueden ser conectados discrecionalmente con el árbol (22), estando sujetos los cuerpos de apriete de forma giratoria sobre el lado interior de los anillos de acoplamiento y estando formadas las superficies operativas por un cono doble (19, 19'') en el lado exterior del manguito de conexión y en un respectivo lado interior de un anillo de acoplamiento (1) de una pieza de maquinaria.
Description
Dispositivo de acoplamiento con cuerpos de
apriete.
La invención concierne a un dispositivo de
acoplamiento para establecer una unión acoplable de un primer árbol
y un segundo árbol.
Se conocen acoplamientos en un gran número de
versiones y éstos se describen en la literatura técnica, sobre todo
en libros de enseñanza de elementos de maquinaria y en atlas de
acoplamientos y engranajes.
El documento US 3 426 874 concierne a un
acoplamiento sincronizador autorreforzante con un anillo de
acoplamiento y cuerpos de apriete que actúan en caso por parejas uno
contra otro y que están dispuestos de forma giratoria alrededor de
un árbol.
El documento JP 06 017851 concierne a un
engranaje de cambio que presenta también cuerpos de apriete que
actúan por parejas uno contra otro y que están alojados en una
jaula. Los cuerpos de apriete pueden ser engranados por
desplazamiento de la jaula en dirección axial.
La invención tiene el cometido de proporcionar
un dispositivo de acoplamiento con un comportamiento de conexión
especialmente ventajoso.
Este problema se resuelve por medio de un
dispositivo de acoplamiento con las características de la
reivindi-
cación 1.
cación 1.
El acoplamiento según la invención, que es
operativo en ambos sentidos de giro, es un acoplamiento cónico con
cuerpos de apriete, como los que son conocidos por bloqueos
antirretroceso y embragues de piñón libre o de embalamiento y se
emplean como elementos de acoplamiento. Con cuerpos de apriete como
elementos de acoplamiento se puede efectuar un acoplamiento sin
escalones en cualquier posición de giro relativo entre las piezas de
maquinaria que se deben acoplar. La transmisión del par de giro
puede recibir la característica de un acoplamiento de arrastre por
complementariedad de forma, ya que, dependiendo del ángulo de cono
durante la autorretención, el acoplamiento puede diseñarse de manera
resistente a la torsión hasta la rotura de los cuerpos de apriete o
de sus partes circundantes.
En caso de una concordancia adecuada del ángulo
de cono y la fuerza de conexión axial, se puede crear también un
acoplamiento de seguridad que comience a resbalar al sobrepasarse un
par máximo prefijado.
Se describe la invención con más detalle
ayudándose de ejemplos de realización representados en las figuras
de los dibujos. Muestran:
Las figuras 1a, b, representaciones en sección
A-A de un acoplamiento según la figura 2,
La figura 1c, una representación ampliada de la
figura 2,
La figura 2, una primera forma de realización de
un acoplamiento,
La figura 3, otra forma de realización de un
acoplamiento con manguito de conexión,
La figura 4, otra forma de realización de un
segundo acoplamiento con manguito de conexión y
La figura 5, otra forma de realización de un
acoplamiento doble con manguito de conexión.
En la figura 1 se representan las partes
integrantes del acoplamiento. El acoplamiento consta del anillo de
acoplamiento exterior 1, el árbol 2 y los cuerpos de apriete 3
dispuestos radialmente entre ellos, los cuales se sujetan en una
jaula giratoria 4 -en sí conocida por los piñones libres- dentro de
unos rebajos 5 que están distribuidos uniformemente por el perímetro
de la jaula 4, y los cuales están en situación de preparados para
la función de apriete con un elemento de muelle 6. Los cuerpos de
apriete 3 tienen en su centro en el caso representado unas ranuras
oblicuas 7 destinadas a recibir el elemento de muelle giratorio 6
empleado en esta realización y en sí conocido por los piñones
libres, el cual se apoya en el canto derecho 8 de las ranuras 7 y
presiona radialmente sobre los cuerpos de apriete 3 con la fuerza de
ataque F_{A}.
El punto de ataque de la fuerza F_{A} no está
situado en las líneas de unión 9 entre los puntos de contacto
exterior e interior de los cuerpos de apriete 3 con las superficies
de apriete correspondientes 10 y 11, de modo que se origina cada
vez un par de giro M que hace que rueden los cuerpos de apriete 3
pasando a la situación de preparados para la función de apriete. Los
cuerpos de apriete 3 están enfrentados por parejas y se mantienen en
la situación de preparados para la función de apriete de modo que no
sea posible un giro relativo a derechas ni a izquierdas entre las
partes 1 y 2 del acoplamiento.
Las figuras 1a y 1b muestran una posición de
montaje de los elementos de apriete girada en 180º y un elemento de
muelle 6 con diámetro mayor (figura 1a), así como un elemento de
muelle 6 con diámetro menor (figura 1b).
En la figura 1a, estando abierto el
acoplamiento, los cuerpos de apriete 3 son presionados contra la
superficie de apriete 11 del árbol 2, siendo ésta así la realización
adecuada cuando el árbol 2 está en el estado desacoplado. En la
figura 1b los cuerpos de apriete 3 se sujetan en el anillo de
acoplamiento 1 y hacen que esta realización se pueda utilizar
universalmente.
La figura 1c muestra que las superficies de
apriete 10 y 11 son exactamente paralelas y forman un ángulo
\alpha de 0 a aproximadamente 10º con el eje de giro. La distancia
radial en las superficies de apriete 10 y 11 es igual a la altura
máxima de los cuerpos de apriete menos el camino de rodadura radial
necesario de las curvas de apriete interiores y exteriores de los
cuerpos de apriete 3.
Un tope 12 impide que la jaula 4 de los cuerpos
de apriete se desplace axialmente hacia fuera. El acoplamiento y
desacoplamiento de las dos piezas de maquinaria del anillo de
acoplamiento exterior 1 y del árbol 2 se efectúa por desplazamiento
axial entre ellas en la cuantía s. La cuantía s tiene que ser así de
grande hasta que las curvas de los cuerpos de apriete dejen de estar
en contacto con una de las superficies de apriete 10 u 11. Cuando L
es este entrehierro necesario, se tiene que cumplir entonces que la
cuantía s \geq L/sen \alpha. L se compone del camino de rodadura
radial de los cuerpos de apriete 3 y del entrehierro deseado entre
los cuerpos de apriete destensados 3 y la superficie de
apriete.
La elección del ángulo de cono \alpha es de
importancia esencial para el comportamiento de conexión del
acoplamiento. Los dos datos de funcionamiento consistentes en la
fuerza de conexión axial y el recorrido de conexión se comportan
recíprocamente entre ellos. En el caso de aplicación general, se
diseñará el acoplamiento de modo que la fuerza de conexión axial
F_{S} sea suficiente para vencer la fuerza de ataque F_{A} de
los muelles en el cuerpo de apriete 3 y para asegurar que esté
presente una fuerza de contacto F_{K} entre la curva de apriete y
las superficies de apriete. F_{K} contrarresta las fuerzas de
ataque F_{A} de las dos superficies de apriete una con respecto a
otra y depende, en primer lugar, del ángulo \alpha.
El acoplamiento está diseñado en general de modo
que dicho acoplamiento esté dotado de autorretención, lo que se
consigue con el emparejamiento de materiales corriente consistente
en acero sobre acero con un coeficiente de rozamiento estático de
aproximadamente \mu = 0,1 y, por tanto, tg \alpha < 0,1, es
decir, \alpha < 7º.
Dado que en funcionamiento los cuerpos de
apriete se separan todavía algo uno de otro al producirse una
transmisión brusca del movimiento de giro, la fuerza de suelta
oponente a \alpha < 7º tiene que ser mayor que F_{S}. Se han
de aplicar ángulos de \alpha \geq 7º para acoplamientos con
menores pares de giro a transmitir, junto con una buena facilidad de
conexión y cortos recorridos de conexión, pero con una mayor fuerza
de conexión F_{S}.
En las figuras 2 a 4 los acoplamientos muestran
el estado acoplado en la respectiva mitad superior de la imagen y el
estado desacoplado en la respectiva mitad inferior de la imagen. En
la figura 5 el acoplamiento muestra el estado desacoplado en la
mitad superior de la imagen y el estado acoplado en la mitad
inferior de la imagen.
En la figura 2 se representa la realización más
sencilla de un acoplamiento de árboles. En el árbol 13 con el anillo
de acoplamiento exterior está sujeto el anillo 3 de cuerpos de
apriete con el elemento de muelle interior 6 y el tope 12 se ve
impedido de salirse. El árbol 13 es puesto en contacto de apriete
con el árbol 14 por introducción axial de uno en otro en la cuantía
S y queda así acoplado con éste de manera solidaria en rotación. El
recorrido axial S ha de dimensionarse de modo que, al separarse los
dos árboles 13 y 14 uno de otro, se anule el contacto de apriete y
se origine un pequeño entrehierro L.
En la figura 3 los dos árboles 13 y 14 no pueden
ser desplazados uno respecto de otro y el proceso de acoplamiento se
ejecuta por medio del manguito de conexión 15 con los cuerpos de
apriete 3. El manguito de conexión 15 es maniobrado desde fuera de
una manera conocida y es apoyado sobre el árbol 13 de manera
axialmente desplazable y con arrastre de complementariedad de forma.
El otro árbol 14 lleva la superficie de apriete antagonista 11.
En la figura 4 se muestra la posibilidad de que
en un pequeño espacio de montaje se puedan acoplar dos piezas de
maquinaria rotativas en sus lados frontales. El manguito de conexión
16 tiene en el lado de acoplamiento un cono exterior y un cono
interior con el mismo ángulo de cono \Delta y está montado de
forma giratoria sobre el miembro de conexión 17, el cual, maniobrado
por vía mecánica, hidráulica, neumática o eléctrica, ejecuta el
recorrido de
conexión S.
conexión S.
Ambos anillos 3 y 3' de cuerpos de apriete están
montados sobre las superficies de apriete 10 y 11 del manguito de
conexión 16, una vez con el elemento de muelle exterior 6 y otra vez
con el elemento de muelle interior 6'. El manguito de conexión 16
no gira en la posición desacoplada (mitad inferior de la
imagen).
La figura 5 muestra la disposición y realización
del acoplamiento cuando en un espacio restringido dos accionamientos
diferentes 20 y 21 deban unirse alternativamente con un árbol
accionado 22 de una manera no escalonada y exenta de tirones. En
este caso, el manguito de conexión 18, que está montado sobre el
árbol de accionamiento 22 de una manera desplazable, pero solidaria
en rotación, por ejemplo con una unión de chaveta, tiene
exteriormente un cono doble 19 y 19' y las piezas de maquinaria de
accionamiento 20 y 21 tienen cada uno de ellas un cono interior en
el que se sujeta un respectivo anillo 3 y 3' de cuerpos de apriete.
El manguito de conexión 18 es movido axialmente a través de una
barra de conexión 23 representada aquí a título de ejemplo, la cual
va guiada en el árbol 22 y está unida fijamente mediante el disco 24
con el manguito de conexión 18.
En las posiciones extremas de la barra de
conexión 23 se acopla y acciona cada vez la correspondiente pieza de
accionamiento 20 ó 21 con el árbol 22. La barra de conexión 23
realiza un movimiento axial total de S, estando ambas uniones de
acoplamiento separadas en S/2 (posición central), es decir que está
presente la posición neutra sin accionamiento para los elementos de
accionamiento 20 y 21. Por tanto, la barra de conexión 23 posee un
total de tres posiciones de conexión. En caso de una distancia
agrandada de los elementos de accionamiento 20 y 21, el movimiento
de conexión puede ser introducido también desde fuera en el manguito
de conexión 18.
El dispositivo de acoplamiento puede existir (no
ilustrado) con uno o varios anillos 3 de cuerpos de apriete que
estén enfilados uno tras otro sobre los mismos conos interior y
exterior.
- 1
- Anillo de acoplamiento
- 2
- Arbol
- 3
- Cuerpo de apriete
- 4
- Jaula
- 5
- Rebajo
- 6
- Elemento de muelle
- 7
- Ranura
- 8
- Canto
- 9
- Línea de unión
- 10
- Superficie de apriete
- 11
- Superficie de apriete
- 12
- Tope
- 13
- Arbol
- 14
- Arbol
- 15
- Manguito de conexión
- 16
- Manguito de conexión
- 17
- Miembro de conexión
- 18
- Manguito de conexión
- 19
- Cono doble
- 20
- Pieza de accionamiento
- 21
- Pieza de accionamiento
- 22
- Arbol
- 23
- Barra de conexión
- 24
- Disco
Claims (4)
1. Dispositivo de acoplamiento con dos piezas de
maquinaria montadas de forma giratoria, especialmente un primer
árbol (2) y un segundo árbol (13), para establecer una unión
acoplable de estas piezas, en donde el dispositivo de acoplamiento
posee unos cuerpos de apriete (3) que operan respectivamente por
parejas uno contra otro y que actúan sobre superficies operativas
(10, 11), caracterizado porque las superficies operativas
(10, 11) están dispuestas paralelamente una a otra y en forma cónica
y en donde
- -
- el dispositivo de acoplamiento presenta un primero y un segundo árboles (2, 13), teniendo el segundo árbol (13) un anillo de acoplamiento (1) que posee en su interior los cuerpos de apriete (3), los cuales están dispuestos en forma giratoria sobre el primer árbol (2), y estando formadas las superficies operativas (10, 11) por el anillo de acoplamiento y el primer árbol, o
- -
- el dispositivo de acoplamiento presenta un primero y un segundo árboles (14, 13), estando previsto un manguito de conexión (15) axialmente desplazable, dispuesto sobre el segundo árbol (13) y destinado a producir un desplazamiento axial de los cuerpos de apriete, presentando el manguito de conexión un anillo de acoplamiento (1) y estando dispuesto los cuerpos de apriete en forma giratoria sobre el lado interior del anillo de acoplamiento, y estando formadas las superficies operativas (10, 11) por el lado interior del anillo de acoplamiento y el primer árbol (14), o
- -
- el dispositivo de acoplamiento presenta un árbol adicional y un manguito de conexión (16) axialmente desplazable, dispuesto sobre el mismo, estando aplicados los cuerpos de apriete de forma giratoria a los lados exterior e interior del manguito de conexión y estando formadas las superficies operativas (10, 11) por el lado interior de un anillo de acoplamiento de la segunda pieza de maquinaria y el lado exterior del manguito de conexión o por el lado interior del manguito de conexión y el primer árbol, o
- -
- el dispositivo de acoplamiento presenta un árbol adicional (22) y un manguito de conexión (18) axialmente desplazable, dispuesto sobre el mismo, estando las dos piezas de maquinaria (20, 21) provistas de sendos anillos de acoplamiento que pueden ser conectados discrecionalmente con el árbol (22), estando sujetos los cuerpos de apriete de forma giratoria sobre el lado interior de los anillos de acoplamiento y estando formadas las superficies operativas por un cono doble (19, 19') en el lado exterior del manguito de conexión y en un respectivo lado interior de un anillo de acoplamiento (1) de una pieza de maquinaria.
2. Dispositivo de acoplamiento según la
reivindicación 1, en el que los cuerpos de apriete (3) están
alojados en rebajos (5) de una jaula (4).
3. Dispositivo de acoplamiento según la
reivindicación 1 ó 2, en el que los cuerpos de apriete (3) están
alojados en un anillo de muelle (6).
4. Dispositivo de acoplamiento según la
reivindicación 3, en el que el anillo de muelle (6) está configurado
como un anillo de muelle helicoidal.
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