En el mercado existen multitud de sistemas para acoplar ejes. Todos estos sistemas presentan ventajas e inconvenientes, siendo siempre necesario escoger el que nos resulte más apropiado para nuestra aplicación. Este artículo tratará de describir brevemente los principales sistemas de acoplamiento entre ejes.

Tipos de acoplamientos descritos

1. Acoplamientos tipo Oldham
2. Acoplamientos mediante cardán
3. Acoplamientos elásticos
4. Acoplamientos de ejes flexibles de fuelle
5. Acoplamientos de ejes flexibles de muelle
6. Acoplamientos mediante engranajes dentados
7. Acoplamientos mediante correas de distribución o cadenas de transmisión mecánica

Acoplamientos tipo Oldham

Foto 1: Acoplamiento Oldham

Las juntas de acoplamiento Oldham están compuestas por tres piezas. Dos discos (normalmente de aluminio) los cuales tienen un resalte diametral y están conectados a los ejes. El movimiento se transmite a través de un disco flotante (normalmente de nylon o un plástico similar) que se encaja en los resaltes salientes mecanizadas en los discos, oponiendo a estos normalmente 90º.

Ofrecen poca inercia, no son magnéticos, y están aislados eléctricamente. Son de reducido tamaño y se caracterizan por su amortiguamiento torsional, no presenta holgura de rotación y es apropiado para aplicaciones que van desde el control incremental de válvulas de fluidos hasta accionamientos dinámicos en sistemas de servocontrol en lazo cerrado.

El acoplamiento transmite la rotación unidireccional o bidireccional a través de un disco flotante. Cuando rota el acoplamiento, el disco flotante se alinea alternativamente con cada núcleo tanto como se lo permita el error de alineamiento.

Este disco flotante es un elemento desechable del sistema de transmisión. Bajo una intensa sobrecarga se romperá limpiamente, por lo que actúa como un 'fusible mecánico' que protege al equipo. Este disco es remplazable y cuando se coloca uno nuevo entre los núcleos, el acoplamiento vuelve a tener sus características originales.

Acoplamientos mediante cardán

Foto 2: Acoplamiento mediante cardán

Componente mecánico que permite unir dos ejes que giran en ángulo uno respecto del otro. Su objetivo es transmitir el movimiento de rotación de un eje al otro a pesar de ese ángulo.

Se emplea para conectar ejes donde cabe esperar diferencias de alineación angular superiores a 5º. Entre sus aplicaciones se incluyen la conexión de ejes de línea, ejes motores, máquinas herramienta, cintas transportadoras y numerosos tipos de maquinaria giratoria, a la fuente motriz.

Entre sus inconvenientes destaca el desgaste, la suciedad y que se requiere lubricación regular para garantizar la duración del sistema. Otro inconveniente que presenta este sistema es que la velocidad angular del eje de salida no es constante. No obstante, si se colocan dos acoplamientos de este tipo en tándem y los ejes de entrada y salida se encuentran paralelos, este efecto se anula.

Acoplamientos elásticos

Foto 3: Acoplamiento elástico

Los acoplamientos elásticos combinan los mecanismos de una junta universal y de un acoplamiento de tipo Oldham para compensar de manera simultánea los desplazamientos del eje tanto angulares como en paralelo. Los acoplamientos flexibles tienen poca inercia, no son magnéticos, están aisladas eléctricamente y son resistentes a la corrosión. Son de reducido tamaño y presentan la característica de amortiguar las torsiones.

Estos acoplamientos funcionan correctamente bajo rotaciones bidireccionales y soportan las cargas de choque axiales y de torsión. Son muy adecuados para acoplar servomecanismos ligeros, motores paso a paso, codificadores, reductores, tacómetros y otras aplicaciones de instrumentación en general.

Al corregir el alineamiento en paralelo mediante desplazamientos laterales, los acoplamientos flexibles pueden corregir errores importantes de alineamiento, incluso disponiendo de muy poco espacio. Esta característica resulta muy útil en mecanismos de pequeñas dimensiones en donde sea difícil verificar o corregir el alineamiento.

Acoplamientos de ejes flexibles de fuelle

Foto 4: Acoplamiento de ejes flexibles de fuelle

El mecanismo de tipo fuelle es un modo tradicional de conectar dos ejes giratorios. Consiste en una serie de corrugaciones similares a unas membranas delgadas conectadas entre sí, como en un acordeón. Si bien estas membranas son rígidas ante torsiones, cada una es capaz de realizar cierta flexión angular, y la suma de todas estas flexiones confiere al acoplamiento su capacidad de superar desplazamientos angulares, en paralelo, o axiales.

Los acoplamientos en fuelle de níquel se caracterizan por su alta rigidez torsional, baja frecuencia de rebote, que minimiza las cargas radiales y axiales sobre los rodamientos, y por transferir el movimiento con gran eficacia. Están diseñados principalmente para actuadores asociados a instrumentos de gran sensibilidad.

Durante su funcionamiento, los pliegues están sometidos a esfuerzos de torsión y de flexión; los primeros suelen alcanzar sus máximos valores durante el retroceso de la carga, y los segundos están determinados por los desplazamientos angulares, laterales y axiales presentes en el sistema.

Acoplamientos de ejes flexibles de muelle

Foto 5: Acoplamiento de ejes flexibles de muelle

El mecanismo de tipo muelle es un modo cómodo de conectar dos ejes giratorios. Consiste en un cilindro al cual se le ha practicado una serie de cortes en espiral dándole una estructura similar a la de un muelle. Esta estructura  permite que se deforme ligeramente el cilindro inicial y así permite corregir errores de alineación de unos pocos grados en los ejes.

Los acoplamientos de muelle transmiten eficazmente el movimiento y son sometidos, durante el proceso, a esfuerzos de contracción y de torsión, siendo estos últimos los causantes de su mayor desgaste.

Presenta el inconveniente de que debido a su gran rigidez puede dañarse la máquina antes de que éste rompa. Al ser enteramente metálico tampoco esta aislado eléctricamente.

Acoplamientos mediante engranajes o ruedas dentadas

Foto 6: Acoplamiento mediante engranajes o ruedas dentadas

Permiten transmitir un movimiento giratorio entre dos ejes, pudiendo modificar las características de velocidad y sentido de giro. Los ejes pueden ser paralelos, coincidentes o cruzados.

Están ampliamente estudiados y existen multitud de distribuidores. El sistema más usado sin lugar a dudas para acoplar ejes.

Las principales ventajas son: mantener la relación de transmisión constante incluso transmitiendo grandes potencias entre los ejes, lo que se traduce en mayor eficiencia mecánica (mejor rendimiento). Además, permite conectar ejes que se cruzan (mediante tornillo sin fin), o que se cortan (mediante engranajes cónicos) y su funcionamiento puede llegar a ser muy silencioso.

Los principales inconvenientes son: su alto coste y poca flexibilidad (en caso de que el eje conducido cese de girar por cualquier causa, el conductor también lo hará, lo que puede producir averías en el mecanismo motor o la ruptura de los dientes de los engranajes). Otro inconveniente importante es que necesita lubricación (engrase) adecuada para evitar el desgaste prematuro de los dientes y reducir el ruido de funcionamiento. Además se necesita un mecanizado preciso para mantener los ejes paralelos, y a una distancia entre ellos correcta.

Acoplamientos mediante correas de distribución o cadenas de transmisión mecánica

Foto 7: Acoplamiento mediante poleas y correa dentada

Se emplean para transmitir un movimiento giratorio entre dos ejes distantes, permitiendo aumentar, disminuir o mantener la velocidad de giro del eje conductor, así como mantener o invertir el sentido de giro de los ejes.

Normalmente los ejes tienen que ser paralelos, pero el sistema también puede emplearse con ejes que se cruzan en ángulos inferiores o iguales a 90º.

Este sistema consta de una cadena o correa cerrada cuyos eslabones o dientes engranan con las ruedas dentadas o poleas que están unidas a los ejes de los mecanismos conductor y conducido.

Tiene la ventaja de que la distancia entre los eje no es tan estricta, siendo ésta un poco irrelevante.

En el caso de las correas dentadas, con ellas se pueden realizar reducciones, producen aislamiento eléctrico y en caso de sobresfuerzo se rompen, protegiendo así parte de los mecanismos de la máquina.

En el caso del uso de cadenas, estas tienen normalmente libertad de movimiento en una sola dirección, lo que obliga a que los ejes deban ser paralelos, además presentan el inconveniente de ser ruidosas y necesitar lubricación. A todo esto hay que añadir que en caso de bloqueo de uno de los ejes, el otro también se bloqueará, pudiendo dañar la máquina. Poseen la ventaja de poder realizar esfuerzos mucho mayores que los que pueden realizar las correas.

Presenta el inconveniente de ser más costoso, más ruidoso y de funcionamiento menos flexible (en caso de que el eje conducido cese de girar por cualquier causa, el conductor también lo hará, lo que puede producir averías en el mecanismo motor o la ruptura de la cadena), así como el no permitir la inversión del sentido de giro ni la transmisión entre ejes cruzados; además necesita una lubricación (engrase) adecuada.