ES2554860T3 - Acoplamiento de árboles - Google Patents

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ES2554860T3 ES11004280.1T ES11004280T ES2554860T3 ES 2554860 T3 ES2554860 T3 ES 2554860T3 ES 11004280 T ES11004280 T ES 11004280T ES 2554860 T3 ES2554860 T3 ES 2554860T3
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Abstract

Acoplamiento para dos árboles que van a unirse entre sí por momentos de torsión con un manguito de acoplamiento (7) dispuesto entre los extremos (1, 3) de los árboles, en el que los extremos (1, 3) de los árboles se engranan uno sobre otro formando un intersticio anular (6), y el manguito de acoplamiento (7) está dispuesto en el intersticio anular (6), y presentando el manguito de acoplamiento (7) un dentado interior (8) y un dentado exterior (9) que actúan conjuntamente con dentados (4, 5) exterior o interior correspondientes en los extremos de árbol (1, 3), caracterizado por que el manguito de acoplamiento (7) presenta el dentado interior (8) solamente en un extremo axial y el dentado exterior (9) solamente en su otro extremo axial y porque los dentados (4, 9) exteriores correspondientes están realizados abombados, de manera que mediante el manguito de acoplamiento (7) puede compensarse un desplazamiento angular y/o radial de los extremos de árbol (1, 3).

Description

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Acoplamiento de arboles
La invencion se refiere a un acoplamiento para dos arboles que van a unirse entre si por momentos de torsion con un manguito de acoplamiento dispuesto entre los extremos de los arboles de acuerdo con el preambulo de la reivindicacion principal adjunta.
Para compensar el desplazamiento radial y/o angular de arboles que deben unirse por momentos de torsion se emplean a menudo acoplamientos de doble articulacion. En este caso se conoce el dotar a los extremos de arbol enfrentados de dentados exteriores, y al manguito de acoplamiento, que une los dos extremos de arbol, de dentados interiores correspondientes. El manguito de acoplamiento se fija entonces sobre los dos extremos de arbol enfrentados con un juego axial, realizandose habitualmente los dentados exteriores existentes en los extremos de arbol abombados en tres dimensiones para la compensacion de las desviaciones de alineacion mencionadas.
En otros casos de aplicacion tambien es conocida la realizacion de al menos uno de los arboles como arbol hueco y dejar entonces al manguito de acoplamiento discurrir dentro de este arbol hueco. En este caso el extremo de arbol hueco esta dotado de un dentado interior y el manguito de acoplamiento soporta en este lugar un dentado exterior correspondiente. Tambien en esos casos de aplicacion los dentados exteriores mencionados estan realizados abombados para compensar las desviaciones de alineacion.
En los acoplamientos descritos pueden originarse fuerzas axiales considerables que dependen, entre otros, del momento de torsion de accionamiento, del diametro de cfrculo primitivo de los dentados previstos y/o del coeficiente de friccion dentro del dentado.
Los procedimientos de calculo que se aplican a este respecto muestran ciertas limitaciones en la practica. Asf no esta probado si las fuerzas realmente aparecen solo en su altura maxima calculada. Tambien deberfa comprobarse que las fuerzas que se producen en los dentados individuales no se neutralizan mutuamente incluso en el caso de una configuracion de acoplamiento simetrica. Mas bien se conocen casos en los que las fuerzas se suman unas a otras.
No obstante esto significa que los apoyos para arboles no se solicitan solamente por las cargas de funcionamiento que pueden calcularse bien, sino que mediante el acoplamiento previsto dado el caso pueden aparecen aun cargas considerablemente mas elevadas. Por consiguiente los apoyos para arboles deben realizarse con una construccion mayor, lo que trae consigo un encarecimiento correspondiente del engranaje correspondiente.
Ademas para el manguito de acoplamiento debe preverse un espacio de construccion adicional. Un engranaje equipado de manera correspondiente se construye bajo este aspecto debidamente mas largo. Por consiguiente para este engranaje ha de preverse tambien una carcasa debidamente mayor, que naturalmente es tambien debidamente mas pesada.
Por ello pueden producirse consecuencias notables en casos de aplicacion especiales. Asf un ejemplo de aplicacion especial para un acoplamiento de acuerdo con la invencion es la union de un engranaje planetario en una planta eolica. Un engranaje de este tipo tiene dimensiones en las que una carcasa puede tener un diametro de aproximadamente 3 m y mas. Debido a la prolongacion que va a preverse para el acoplamiento resulta de ello un peso adicional que puede ascender a varias toneladas. Esto dificulta por un lado el montaje del engranaje en la construccion de la planta eolica y aumenta, por otro lado, la carga estatica constante del mastil sobre el que se suspenden el rotor asf como el engranaje acoplado conjuntamente con este y el generador intercalado por detras. Debido a este peso adicional, aumentado, la gondola que aloja el engranaje y el generador asf como la suspension para estos deben realizarse tambien mas estables y por tanto mas pesadas, lo que agrava adicionalmente la carga, por ejemplo para el mastil.
Para evitar esto un constructor intentara configurar el acoplamiento de manera especialmente compacta y ahorrando espacio.
En el estado de la tecnica se propone para ello que los extremos de los dos arboles que van a unirse entre sf por momentos de torsion se engranen uno sobre otro formando un intersticio anular, y el manguito de acoplamiento este dispuesto en el intersticio anular y el manguito de acoplamiento esta dispuesto en el intersticio anular.
Una forma de construccion de este tipo conocida por el documento JP 2006 017295 A tiene la ventaja de que no necesita preverse ningun espacio de construccion separado para el manguito de acoplamiento en direccion axial, de manera que un engranaje puede realizarse muy corto con un acoplamiento correspondiente. Por tanto tambien puede realizarse una carcasa de engranaje correspondiente mas corta y por tanto especialmente ahorrando peso.
En el caso de una forma de realizacion de acuerdo con la invencion el manguito de acoplamiento tiene solamente en uno de los extremos un dentado interior, y solamente en su otro extremo un dentado exterior, que actuan
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conjuntamente con dentados correspondientes en los extremos de arbol, estando realizados en cada caso los dentados exteriores abombados de manera que a traves de las piezas de acoplamiento ha de compensarse un desplazamiento angular y/o radial de los extremos de arbol.
Los dentados de este tipo son de manera conocida muy seguros en cuanto al funcionamiento y la fabricacion de los dentados de este tipo no representa ningun problema para un funcionamiento que produce el engranaje.
Se propone que al menos uno de los dentados este previsto sobre una corona dentada unida al extremo de arbol correspondiente.
Por tanto puede resolverse especialmente el problema de que los dentados interiores o exteriores anteriormente mencionados del manguito de acoplamiento, y/o los dentados correspondientes en los extremos de arbol estan sometidos a un desgaste especial. Si por ejemplo uno de los arboles cuyos extremos de arbol deben unirse con el otro arbol por momentos de torsion se fabrica por razones no discutidas con detalle en este documento como pieza de fundicion, por ejemplo de fundicion gris, entonces este tiene una resistencia al desgaste considerablemente menor que el manguito de acoplamiento en particular que habitualmente se fabrica de acero. Para compensar esto deberfa aumentarse realmente el dentado debidamente, lo que sin embargo tendrfa como consecuencia un aumento no deseado del espacio de construccion necesario, y por tanto otra vez las repercusiones negativas descritas ya anteriormente sobre el tamano, el peso y los costes de la carcasa.
La corona dentada prevista ahora puede componerse en este caso tambien de acero como el manguito de acoplamiento. Con ello el dentado articulado especialmente amenazado por el desgaste es una combinacion de acero/acero que es muy resistente al desgaste.
La corona dentada separada compuesta de acero entonces puede insertarse a presion por ejemplo fijamente en el extremo de arbol a modo de arbol hueco que aloja a esta.
Dado que los ajustes prensados estan sometidos sin embargo de nuevo a restricciones especiales, se propone en particular unir la corona dentada de manera fija respecto al giro con el extremo de arbol que aloja a esta por medio de un asiento dentado.
Especialmente de esta manera se impide que, en el material de arbol real que como ya se describio anteriormente puede ser el material de fundicion relativamente sensible, pueda aparecer un desgaste debido a movimientos relativos.
Para reducir adicionalmente el desgaste del manguito de acoplamiento se propone ademas configurar este en forma toroidal en sus extremos axiales. Con ello se consigue que los apoyos axiales del manguito de acoplamiento posibiliten un movimiento angular de los arboles que van a unirse a traves de un deslizamiento de rodadura bajo carga axial que puede realizarse con muy pocas perdidas. Los arboles que van a unirse entre si pueden moverse por tanto facilmente unos contra otros.
Especialmente el manguito de acoplamiento en sus extremos axiales esta fijado mediante bridas de apoyo unidas en cada caso a los extremos de arbol en direccion axial.
Esto tiene especialmente la ventaja de que las fuerzas axiales que se originan dentro del acoplamiento mediante el rozamiento en articulaciones pueden ponerse en contacto de la manera mas diversa segun la direccion de la fuerza axial. Con ello se alcanza una descarga de los apoyos para arboles y por tanto estos pueden disenarse mas pequenos, lo que trae consigo, bajo los aspectos discutidos anteriormente, repercusiones positivas con respecto a un dimensionamiento menor tambien de la carcasa de engranaje, etc.
En el diseno de los dentados dentro del acoplamiento se conoce que estos especialmente en el caso de un material relativamente elastico, como por ejemplo pieza de fundicion gris, pueden retorcerse de acuerdo a la formacion del momento de torsion y por tanto las aristas finales de los dientes que forman el dentado especialmente en el material de fundicion pueden sobrecargarse facilmente.
Para compensar esto de manera clasica se corrige uno o dos de los dentados que se corresponden entre si durante el procesamiento. No obstante esto solamente puede realizarse exactamente para un momento de torsion determinado en cuanto al valor.
Para una forma de realizacion especialmente preferida se propone por tanto prever un debilitamiento de material consciente acunado en forma de U bajo el dentado de la corona dentada.
Con ello se consigue que la zona terminal del dentado de la corona dentada ceda en funcion del momento de torsion y por tanto los extremos de dientes se descarguen segun las necesidades con las cargas mas diversas.
De la siguiente descripcion de un ejemplo de realizacion resultan ventajas y caracterfsticas adicionales de la
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invencion.
En este caso muestran:
la figura 1 un corte a traves de un acoplamiento de articulacion doble;
la figura 2 un corte a traves de una corona dentada.
En la figura 1 se distingue el extremo 1 de un arbol 2. Este ha de conectarse por momentos de torsion con el extremo 3 de un segundo arbol (no representado con mas detalle). Para ello el extremo 1 del arbol 2 esta dotado de un dentado exterior 4 de manera terminal. Ademas el extremo 3 del segundo arbol (no representado con mas detalle) esta realizado a modo de arbol hueco y esta dotado con un dentado interior 5 de manera terminal.
El extremo 3 a modo de arbol hueco engrana por encima el extremo 1 del arbol 2 de manera que entre medias se produce un intersticio anular 6.
En este intersticio anular 6 esta dispuesto un manguito de acoplamiento que presenta en uno de sus extremos axial un dentado interior 8 asf como un dentado exterior 9 en su otro extremo enfrentado en direccion axial.
El dentado interior 8 del manguito de acoplamiento 7 se corresponde con el dentado exterior 4 del arbol 1, y el dentado exterior 9 del manguito de acoplamiento 7 se corresponde con el dentado interior 5 del extremo 3 a modo de arbol hueco del segundo arbol (no representado con mas detalle).
Los dentados exteriores respectivamente de los pares correspondientes estan realizados abombados de manera que mediante el manguito de acoplamiento 7 puede compensarse un desplazamiento angular y/o radial.
En este caso se producen movimientos relativos dentro del dentado. En el caso de un ejemplo como el representado aquf, en el que el extremo de arbol 3 a modo de arbol hueco puede componerse de un material propenso al desgaste como por ejemplo pieza de fundicion gris, por lo tanto el dentado interior 5 que se engrana con el dentado exterior 9 del manguito de acoplamiento 7, no se encuentra directamente sobre el extremo de arbol 3 sino sobre una corona dentada 10 unida al extremo de arbol 3. Esta corona dentada 10 es de acero, de manera que entre ella y el manguito de acoplamiento 7 se presenta una combinacion de material acero/acero que es relativamente resistente al desgaste.
Para introducir los momentos de torsion de la corona dentada 10 que provienen del manguito de acoplamiento 7 en el extremo de arbol 3 a modo de arbol hueco, la corona dentada 10 esta dotada afuera con un dentado 11, de manera que esta unida de manera fija respecto al giro mediante un asiento dentado al extremo de arbol 3.
Para fijar el manguito de acoplamiento 7 en su posicion axial este esta sujeto mediante bridas de apoyo 12, 13 a modo de arandelas. Estas bridas de apoyo 12, 13 estan sujetas debidamente en los extremos de arbol 1 o 3 y permiten guiar, cuando se originan, las fuerzas que aparecen dentro de los dentados entre los extremos de arbol y el manguito de acoplamiento, y dado el caso tambien ponerlas en contacto.
Para posibilitar el movimiento angular que aparece con la torsion de los extremos de arbol entre las bridas de apoyo 12, 13 y el manguito de acoplamiento 7, el manguito de acoplamiento 7 esta configurado en sus extremos 14, 15 axiales en forma toroidal.
En la figura 2 se distingue la corona dentada 10 en una vista seccionada en perspectiva.
Esta corona dentada 10 se introduce, como ya se ha dicho de manera resistente a la torsion en el extremo de arbol 3 mediante su asiento dentado 11.
Se sabe ahora que en la introduccion de momentos de torsion en el dentado interior 5 este se retuerce conforme a la formacion de momentos de torsion y por tanto las aristas finales 16, 17 tienden a una sobrecarga.
De manera clasica se corrige un dentado 5 correspondiente en su fabricacion. En el caso de un momento de torsion predeterminado especial puede evitarse con ello una deformacion correspondiente y por tanto sobrecarga.
Sin embargo, en la forma de realizacion representada en este documento sobre la corona dentada 10 el dentado 5 esta engranado por debajo en un lado en direccion axial mediante una incision 18 en forma de U. Esta incision 18 forma un debilitamiento de material intencionado por debajo del dentado, de manera que, en el caso de una carga por momentos de torsion, la zona terminal 16 del dentado 5 cede de manera definida y por tanto los extremos de dientes del dentado 5 con cualquier carga dada se descargan debidamente. Con ello un correspondiente dentado es mas resistente al desgaste.

Claims (6)

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    REIVINDICACIONES
    1. Acoplamiento para dos arboles que van a unirse entre si por momentos de torsion con un manguito de acoplamiento (7) dispuesto entre los extremos (1, 3) de los arboles, en el que los extremos (1, 3) de los arboles se engranan uno sobre otro formando un intersticio anular (6), y el manguito de acoplamiento (7) esta dispuesto en el intersticio anular (6), y presentando el manguito de acoplamiento (7) un dentado interior (8) y un dentado exterior (9) que actuan conjuntamente con dentados (4, 5) exterior o interior correspondientes en los extremos de arbol (1, 3), caracterizado por que el manguito de acoplamiento (7) presenta el dentado interior (8) solamente en un extremo axial y el dentado exterior (9) solamente en su otro extremo axial y porque los dentados (4, 9) exteriores correspondientes estan realizados abombados, de manera que mediante el manguito de acoplamiento (7) puede compensarse un desplazamiento angular y/o radial de los extremos de arbol (1, 3).
  2. 2. Acoplamiento de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que al menos uno de los dentados (4, 5) correspondientes esta previsto sobre una corona dentada (10) unida al extremo de arbol (3) correspondiente.
  3. 3. Acoplamiento de acuerdo con la reivindicacion 2, caracterizado por que la corona dentada (10) esta unida de manera fija respecto al giro por medio de un asiento dentado (11) al extremo de arbol (3) correspondiente.
  4. 4. Acoplamiento de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el manguito de acoplamiento (7) esta configurado en sus extremos (14, 15) axiales en forma toroidal.
  5. 5. Acoplamiento de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el manguito de acoplamiento (7) esta fijado en sus extremos (14, 15) axiales mediante bridas de apoyo (12, 13) unidas a los extremos de arbol (1, 3).
  6. 6. Acoplamiento de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la corona dentada (10) esta dotada con una incision (18) que engrana el dentado (5) por debajo en un lado en direccion axial.
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