Cómo elegir acoplamiento para grúa: 4 tipos y alineación

El acoplamiento es un componente de transmisión crítico en el sistema de accionamiento de la grúa, ya que conecta el motor eléctrico con el reductor, y el reductor con el tambor o las ruedas. En el mecanismo de elevación, transmite el par del motor al eje de alta velocidad del reductor; en el mecanismo de traslación, se encarga de transmitir el par para el movimiento del carro puente y del carro. Una selección inadecuada del acoplamiento puede provocar desde vibraciones excesivas y fallos frecuentes de los elementos elásticos hasta roturas de eje y pérdidas de producción por paradas. Este artículo analiza la estructura y el principio de funcionamiento de los cuatro tipos principales de acoplamientos, y explica de forma sistemática el método de verificación del par, las tolerancias de alineación y las normas de instalación y mantenimiento.

Tipos de acoplamientos y características técnicas

Los acoplamientos utilizados en aparatos de elevación se clasifican en dos grandes grupos: rígidos y flexibles. Los acoplamientos rígidos (como los de brida) exigen una alineación exacta de los ejes y son adecuados para aplicaciones de baja velocidad y alta precisión de alineación. Los acoplamientos flexibles, que admiten ciertas desviaciones radiales, axiales y angulares, son la opción predominante en los sistemas de transmisión de grúas y se subdividen en los cuatro tipos principales siguientes:

Acoplamiento Dentado — compuesto por una corona dentada interior y un cubo con dientes exteriores, transmite el par mediante el engrane de los dientes. Rango de par nominal: 0,4~1000 kN·m; velocidad admisible ≤4000 r/min; capacidad de compensación angular ≤1,5°. Es el tipo con mayor capacidad de carga, adecuado para aplicaciones de servicio pesado como el mecanismo de elevación principal de Puente Grúa Biviga tipo QD. Sus inconvenientes son la necesidad de lubricación periódica con grasa (generalmente cada 500 horas de trabajo) y el aumento del juego y los impactos a medida que se desgastan los dientes. Según la norma JB/T 8854, la dureza de la superficie de los dientes debe alcanzar HRC45~52 y el juego lateral estándar es de 0,2~0,5 mm.

Acoplamiento flexible con pernos — transmite el par mediante pernos elásticos de nailon o elementos elásticos de caucho, que absorben vibraciones e impactos gracias a su deformación. Rango de par nominal: 0,01~50 kN·m; velocidad admisible ≤5000 r/min. Su principal ventaja es que no requiere lubricación ni mantenimiento, y los elementos elásticos actúan además como Protección contra Sobrecarga (cuando el par supera el límite, los pernos se cortan y protegen al motor y al reductor). Es adecuado para aplicaciones de par pequeño y mediano, como el mecanismo de traslación de Puente Grúa Monoviga tipo LD o el eje de alta velocidad de Polipasto Eléctrico. Si los elementos elásticos presentan grietas o una deformación permanente superior al 30% de su espesor original, deben sustituirse de inmediato. La selección se realiza según la norma GB/T 4323.

Acoplamiento de diafragma — formado por un grupo de diafragmas de Acero Inoxidable unidos a los dos semiacoplamientos mediante pernos, compensa los desplazamientos gracias a la deformación elástica de los diafragmas. Rango de par nominal: 0,05~200 kN·m; velocidad admisible superior a 10000 r/min; compensación angular ≤0,5°; compensación axial ±3 mm. No requiere lubricación, no tiene juego y es adecuado para transmisiones de alta velocidad y precisión. Se utiliza ampliamente en sistemas de Control de Velocidad por Frecuencia del mecanismo de elevación y en el mecanismo de Traslación del Puente de Grúa Pórtico. La vida a fatiga de diseño de los diafragmas es generalmente ≥10⁷ ciclos; al acercarse al final de su vida útil, aparecen grietas y una disminución de la Rigidez.

Acoplamiento de dientes abombados — basado en el acoplamiento dentado, los dientes exteriores se mecanizan con perfil abombado para aumentar la superficie de contacto y la capacidad de compensación. Rango de par nominal: hasta 800 kN·m; capacidad de compensación angular mejorada hasta ≤3,0°, con el rendimiento integral más óptimo. Los dientes abombados reciben un tratamiento de Cementación y Temple (profundidad de capa efectiva 0,8~1,2 mm), lo que aumenta la Resistencia de contacto de la superficie del diente en aproximadamente un 30%~50% en comparación con un Acoplamiento Dentado estándar. En aplicaciones de alta temperatura y ciclos frecuentes de inversión de giro, como en Puente Grúa Metalúrgico (tipo LDY) y Puente Grúa de Colada, el acoplamiento de dientes abombados es la solución preferida.

Parámetros clave para la selección del acoplamiento

La selección del acoplamiento requiere verificar tres parámetros básicos:

①El par nominal Tn debe ser mayor o igual que el par calculado Tc (Tc=K×Tmax, donde K es el factor de servicio, entre 1,3 y 2,5).

②La velocidad admisible np debe ser mayor o igual que 1,1 veces la velocidad de rotación real de trabajo.

③Las capacidades máximas de compensación radial, axial y angular deben ser superiores a 1,2 veces las desviaciones de instalación medidas. Los seis indicadores siguientes son la base fundamental para la decisión de selección:

Comparativa de parámetros entre acoplamientos

La siguiente tabla compara cuatro tipos de acoplamientos de uso habitual en función de su capacidad de carga, capacidad de compensación, necesidades de mantenimiento y ámbito de aplicación, ofreciendo una referencia cuantitativa para la selección del modelo adecuado:

Métodos de alineación de ejes y tolerancias admisibles

La desviación en la alineación de los acoplamientos es la causa principal de vibraciones excesivas, daños en los rodamientos y fallo prematuro de los elementos elásticos. Según estadísticas del sector, aproximadamente el 65% de los fallos prematuros en acoplamientos están directamente relacionados con una mala alineación. La corrección de la alineación debe realizarse mediante el método del comparador de carátula o con un sistema de alineación láser, midiendo tanto la desviación radial como la angular en la superficie exterior y en el frontal del acoplamiento, ajustando según la norma correspondiente.

Método del comparador de carátula (método tradicional) — Se fijan dos comparadores en el semiacoplamiento del lado de referencia (eje del motor), con las puntas de medición en contacto con la superficie exterior y el frontal del semiacoplamiento del lado a ajustar (eje del reductor). Se gira lentamente el eje una vuelta completa (0° 90° 180° 270° 360°), registrando las lecturas en las cuatro posiciones. La desviación radial Δr=|a1-a3|/2 (siendo a1 y a3 las lecturas a 0° y 180°), y la desviación angular Δα=arctan(|b1-b3|/D) (siendo b la lectura frontal y D el diámetro del punto de medición). Generalmente se requiere una desviación radial ≤0.05 mm y una desviación angular ≤0.1° (diferencia de lectura axial ≤0.17 mm por cada 100 mm de diámetro de medición).

Método de alineación láser (recomendado) — El transmisor láser se monta en el lado de referencia y el receptor en el lado a ajustar. El instrumento calcula automáticamente la desviación radial, la desviación angular y el espesor de las calzas de ajuste. Precisión de medición ±0.001 mm, tiempo de operación aproximado de 10 a 15 minutos (frente a los 30 a 45 minutos del método con comparador). En grúas de gran tamaño (≥50 t Tipo QD) y en sistemas de transmisión de múltiples etapas, se recomienda priorizar la alineación láser para reducir los reajustes debidos a errores de medición. Durante el ajuste, se sigue el orden "primero radial, luego angular; primero vertical, luego horizontal", verificando siempre con una nueva medición tras cada ajuste.

Tolerancias admisibles de alineación — Conforme a la norma ISO 4301 / FEM 1.001 (equivalente a ISO 4301 / FEM 1.001) y a las especificaciones de instalación correspondientes, las desviaciones admisibles según la velocidad de rotación son las siguientes: para velocidades ≤1500 r/min, desviación radial ≤0.08 mm y desviación angular ≤0.12°; para velocidades entre 1500 y 3000 r/min, desviación radial ≤0.05 mm y desviación angular ≤0.10°; para velocidades ≥3000 r/min, desviación radial ≤0.03 mm y desviación angular ≤0.08°. Tras la instalación del acoplamiento, debe realizarse una prueba en vacío de al menos 30 minutos, considerándose aceptable si la vibración medida en el soporte de rodamiento es ≤4.5 mm/s (según ISO 10816-3).

Instalación, mantenimiento y diagnóstico de averías

La correcta instalación del acoplamiento es la base para un funcionamiento fiable del sistema de transmisión. Durante el montaje deben tenerse en cuenta los siguientes aspectos: el ajuste entre el semiacoplamiento y el eje suele ser una transición H7/k6 o H7/m6; antes del ensamblaje, deben limpiarse el cuello del eje y el interior del acoplamiento, aplicando una capa fina de aceite lubricante. Para los acoplamientos dentados y los acoplamientos de dientes abombados, tras el montaje debe inyectarse grasa de litio n.º 2 a través del engrasador hasta que rebose. En los acoplamientos flexibles con pernos, la holgura entre el perno elástico de nailon y su alojamiento debe ser de 0.1 a 0.3 mm (un ajuste demasiado apretado puede provocar la fractura del perno; demasiado holgado genera impactos). En los acoplamientos de diafragma, los pernos deben apretarse en orden diagonal, en 2 o 3 pasos, hasta alcanzar el par especificado (aproximadamente 45 N·m para pernos M10 y 75 N·m para M12).

Durante la inspección rutinaria deben controlarse tres indicadores: ruido anormal, elevación de temperatura y vibración. En condiciones normales de funcionamiento, la temperatura de la carcasa del acoplamiento no debe superar la temperatura ambiente en más de +40 °C (para acoplamientos elásticos) o +60 °C (para acoplamientos dentados o de dientes abombados). Debe detenerse la máquina inmediatamente para inspección en los siguientes casos:

① Ruido periódico de "clic" — posible fractura del perno elástico o desgaste del engranaje; debe abrirse la cubierta protectora para inspeccionar.

② Fricción metálica aguda de "silbido" de alta frecuencia — posible grieta por fatiga en el diafragma; debe sustituirse el paquete de diafragmas.

③ Aumento repentino de la vibración en el soporte de rodamiento hasta ≥7.1 mm/s — posible desviación de alineación fuera de tolerancia; debe realizarse una nueva alineación. A continuación se presenta una tabla de referencia con los modos de fallo más comunes y sus causas:

Lecturas relacionadas: La selección del acoplamiento y la alineación de ejes deben realizarse conforme a las especificaciones de diseño del conjunto. Se recomienda consultar la norma ISO 4301 / FEM 1.001 «Norma de diseño para grúas» en lo relativo a los factores de seguridad del sistema de transmisión. El freno y el acoplamiento son componentes esenciales del sistema de transmisión, y su selección debe coordinarse; consulte la guía de selección de frenos para grúas para conocer el método de verificación del par de frenado. Asimismo, el reglamento TSG 51-2023 — Reglamento técnico de seguridad de aparatos de elevación establece requisitos claros para la inspección periódica de los componentes críticos del sistema de transmisión.

Preguntas frecuentes sobre acoplamientos para grúas