Tabla de tamaños de acoplamientos Oldham: Cómo leer las especificaciones y seleccionar por dimensión

Los catálogos de acoplamientos Oldham presentan una compleja matriz de datos (diámetros exteriores, diámetros internos, pares de apriete, capacidad de desalineación, valores de inercia y límites de velocidad) que puede resultar difícil de interpretar sin comprender claramente el significado de cada parámetro y su relación entre sí. Un acoplamiento demasiado pequeño para su aplicación falla prematuramente; uno demasiado grande añade inercia y coste innecesarios. La correcta lectura de la tabla de tamaños es fundamental para el éxito de todo el proceso de selección.

Este artículo explica cada dimensión y parámetro que se encuentra en una tabla de tamaños de acoplamientos Oldham estándar, describe cómo se interrelacionan y presenta un ejemplo práctico de selección de principio a fin.

Dimensiones clave en un plano de acoplamiento Oldham

OD — Diámetro exterior: El diámetro exterior máximo del conjunto de acoplamiento, medido a través del cuerpo del cubo. Esta dimensión determina si el acoplamiento se ajusta al espacio radial disponible alrededor del eje. En instalaciones con espacio reducido (dentro de carcasas de máquinas, entre componentes adyacentes o cerca de los hombros del eje), verifique que el diámetro exterior más un margen de holgura se ajuste al espacio disponible antes de proceder con la selección.

L — Longitud total: Longitud axial total del acoplamiento ensamblado, medida de cara a cara del cubo con el disco colocado en su posición axial nominal. Esta dimensión determina el espacio axial necesario entre el motor y la máquina accionada. Asegúrese de que exista suficiente holgura para la longitud del acoplamiento, más cualquier juego axial que se produzca cuando el eje del motor se alarga debido a la dilatación térmica.

LH — Longitud del buje: La longitud axial de cada cubo determina hasta dónde se acopla el cubo al eje. Los cubos más largos proporcionan una mayor área de sujeción y, por lo general, un par de deslizamiento mayor para el mismo diámetro exterior del cubo. La longitud axial también determina la longitud mínima de acoplamiento del eje: el eje debe sobresalir lo suficiente dentro del cubo para que el sujetador del cubo se acople dentro de la zona de sujeción diseñada.

D — Diámetro del orificio: El diámetro interior del orificio del cubo debe coincidir con el diámetro del eje. La mayoría de las tablas de tamaños indican el rango de diámetros disponibles para cada tamaño de acoplamiento: el diámetro mínimo y máximo que se puede mecanizar en el cuerpo del cubo estándar sin comprometer el espesor de la pared ni la capacidad de sujeción. Si ambos ejes tienen el mismo diámetro, se aplica un solo tamaño de orificio a ambos cubos. Si los ejes difieren en diámetro (algo común en las conexiones de motor a husillo de bolas), especifique el orificio motriz y el orificio conducido por separado.

Diámetro exterior del disco / Grosor del disco: Algunas hojas de datos incluyen las dimensiones del disco central por separado. El diámetro exterior del disco determina la longitud máxima de la ranura en el cubo y, por lo tanto, el desplazamiento lateral máximo que puede soportar el acoplamiento. El espesor del disco determina la holgura axial disponible entre las caras del cubo.

Parámetros de rendimiento en la tabla de tallas

Par nominal (T_N): El par continuo que el acoplamiento puede transmitir en las condiciones de desalineación y velocidad de referencia. Este es el parámetro de rendimiento principal y el punto de partida para la selección del tamaño en función del par. Importante: esta es la capacidad nominal continua, no la capacidad nominal máxima. La capacidad de par máximo suele ser de 2 a 3 veces la capacidad nominal continua para cargas de corta duración.

Desplazamiento lateral máximo (ΔKr): Desplazamiento lateral máximo admisible entre los dos ejes del eje. Como se explica en este sitio web, este es el valor máximo posible; para una mayor vida útil, opere con un valor igual o inferior al 50 %. El símbolo ΔKr aparece en los catálogos europeos y los que cumplen con la norma ISO; los catálogos norteamericanos pueden utilizar términos como «desalineación paralela» o simplemente «desplazamiento lateral».

Desajuste angular máximo (ΔKw): La desviación angular máxima entre los ejes centrales, en grados. Para los acoplamientos Oldham, este valor suele ser de 0,5 a 1,0 grados para todos los tamaños; no aumenta significativamente con el tamaño del acoplamiento como sí lo hace la capacidad de desplazamiento lateral.

Desplazamiento axial máximo (ΔKa): El desplazamiento axial máximo que un eje puede realizar con respecto al otro sin que el disco entre en contacto con la superficie del cubo. Normalmente, oscila entre 0,5 y 2,0 mm, dependiendo del tamaño del acoplamiento.

Velocidad máxima (n_max): La velocidad de rotación máxima en la condición de desalineación de referencia y a la temperatura ambiente. Como se explica en el artículo sobre velocidad, este valor disminuye a medida que aumenta la desalineación de funcionamiento. Consulte la tabla combinada de velocidad y desalineación cuando opere por encima del 50 % de los valores nominales de velocidad y desalineación simultáneamente.

Momento de inercia de masa (J): La inercia rotacional del conjunto de acoplamiento completo (tanto el cubo como el disco), en g·cm² o kg·m². Este valor debe incluirse en el cálculo de la inercia reflejada total para el dimensionamiento del servomotor. El valor del catálogo corresponde al material estándar del cubo y del disco en el diámetro nominal; la inercia real varía ligeramente con el diámetro (la eliminación de material del cubo reduce la inercia) y con el material del cubo (aluminio frente a acero inoxidable).

Rigidez torsional (C_T): La rigidez angular del acoplamiento bajo carga torsional, expresada en N·m/grado o N·m/rad. Una mayor rigidez torsional implica una menor deflexión angular por unidad de par. En aplicaciones de servocontrol, la rigidez torsional afecta la frecuencia de resonancia del sistema de accionamiento: una mayor rigidez aumenta la resonancia, lo que permite un mayor ancho de banda del servocontrol.

Tabla de tallas representativa

Los valores mostrados son representativos de los acoplamientos Oldham estándar con núcleo de aluminio y disco de acetal, con un desplazamiento lateral de 0,2 mm y una temperatura ambiente de 25 °C. Verifique siempre la información con la hoja de datos del fabricante del acoplamiento seleccionado.

Ejemplo de selección resuelto

Solicitud: Servomotor que acciona un husillo de bolas en el eje de una fresadora CNC. Par nominal del motor: 4,0 N·m; par máximo: 12,0 N·m. Eje del motor: 10 mm; eje del husillo de bolas: 12 mm. Velocidad de funcionamiento: 2500 RPM. Desfase lateral medido: 0,25 mm. Desalineación angular corregida a menos de 0,3 grados. Entorno interior estándar, temperatura ambiente: 25 °C.

Paso 1 — Par de diseño: Par máximo 12,0 N·m × factor de servicio 2,0 (servo con inversión de giro) = 24,0 N·m de par de diseño.

Paso 2 — Tamaños de orificio: Se requiere un orificio de accionamiento de 10 mm y un orificio de salida de 12 mm. Consulte la tabla de tamaños para ver los acoplamientos que ofrecen este rango de diámetros.

Paso 3: Comprobación del par de apriete: El tamaño de 40 mm de diámetro exterior (DE) tiene una capacidad nominal continua de 15,0 N·m. El par de diseño es de 24,0 N·m, lo que excede la capacidad nominal de 40 mm. Pase al tamaño de 50 mm de DE, con una capacidad nominal continua de 30,0 N·m. El par de diseño de 24,0 N·m se encuentra dentro de esta capacidad nominal. El tamaño de 50 mm admite orificios de hasta 25 mm; tanto 10 mm como 12 mm están dentro del rango. Proceda con el tamaño de 50 mm de DE.

Paso 4 — Comprobación de velocidad: 50 mm nominal a 3500 RPM con un desplazamiento de 0,2 mm. Funciona a 2500 RPM con un desplazamiento de 0,25 mm. El desplazamiento está ligeramente por encima de la condición de referencia, por lo que el límite de velocidad efectivo es ligeramente inferior: aproximadamente 3200 RPM con un desplazamiento de 0,25 mm. La velocidad de funcionamiento de 2500 RPM se encuentra dentro de este rango. Aceptable.

Paso 5 — Verificación de desalineación: 50 mm con una tolerancia de desplazamiento máxima de 0,90 mm. Funciona a 0,25 mm, lo que equivale al 28 % del máximo. Esto es excelente, muy por debajo del límite de funcionamiento recomendado del 50 %. Se espera una larga vida útil del disco.

Paso 6 — Verificación de inercia: La inercia del acoplamiento de 50 mm es de 22,0 g·cm². La inercia del rotor del motor (típica para un servomotor de 4 N·m) es de aproximadamente 180 g·cm². La inercia del acoplamiento es del 12,2 % de la inercia del rotor, ligeramente superior al 10 %, pero aceptable para un eje CNC de ancho de banda estándar. Si la calibración del servo resulta difícil, considere el acoplamiento de 40 mm con un disco de mayor resistencia para reducir la inercia.

Resultado: Acoplamiento Oldham de 50 mm de diámetro exterior, bujes de sujeción, orificio motriz de 10 mm, orificio conducido de 12 mm, disco de acetal estándar, bujes de aluminio. Todos los parámetros cumplen con las especificaciones y presentan márgenes amplios.

Conclusión

Para interpretar correctamente la tabla de tamaños de acoplamientos Oldham, es necesario considerar todos los parámetros, no solo el diámetro interior y el par de apriete. El diámetro exterior y la longitud determinan el ajuste físico. El rango de diámetro interior determina la compatibilidad con el eje. El par de apriete nominal, junto con el factor de servicio, determina el tamaño mínimo aceptable. La velocidad nominal, la capacidad de desalineación y la inercia verifican que el tamaño seleccionado cumpla con los requisitos operativos de la aplicación. Analizar cada parámetro sistemáticamente, como se muestra en el ejemplo de selección, permite obtener una especificación que garantiza un rendimiento fiable y una larga vida útil. Omitir cualquier parámetro conlleva el riesgo de seleccionar un acoplamiento físicamente correcto, pero con un rendimiento operativo inadecuado.

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