Introdução
Acoplamentos são um componente usado para conectar eixos individuais para fins de transmissão de energia. Eles permitem que vários componentes operem como um sistema e fornecem um meio de simplificar o processo de desmontagem para isolar ou substituir componentes individuais. Eles são frequentemente problemáticos devido à complexidade do alinhamento de vários componentes e também porque são normalmente cobertos por uma proteção e frequentemente ignorados.
Tipos de acoplamento
Os acoplamentos vêm em uma ampla variedade de tipos para se adequar às várias aplicações. Eles são geralmente divididos em 2 categorias principais, que são acoplamentos rígidos e acoplamentos flexíveis. Os acoplamentos rígidos são usados quando o alinhamento preciso entre os 2 eixos é necessário e há pouco ou nenhum movimento relativo entre os eixos. Os acoplamentos flexíveis são usados quando algum movimento relativo entre os eixos é necessário. Os acoplamentos flexíveis têm uma tolerância mais ampla para alinhamento entre eixos.
A seleção do acoplamento é uma consideração crítica para garantir a confiabilidade de um ativo rotativo. Isso é para evitar falha prematura do acoplamento e também para garantir que os rolamentos dos componentes que estão sendo unidos não sejam sobrecarregados. As principais coisas a serem consideradas são:
- Requisitos de torque máximo
- Força de restauração - A força necessária para desalinhar o acoplamento
- Tolerâncias de desalinhamento
- Se o acoplamento deve ser limitador de torque para proteção
A tabela abaixo mostra algumas das características dos acoplamentos mais comuns:
Conforme mencionado anteriormente, há uma ampla gama de acoplamentos disponíveis no mercado para se adequar às várias aplicações para garantir a confiabilidade do sistema. Se a degradação do acoplamento for um modo de falha comum para um ativo alinhado corretamente, é provável que a seleção do acoplamento esteja incorreta.
Detecção de degradação do acoplamento
Uma das maneiras mais eficazes de prevenir e identificar a degradação do acoplamento é com a análise de vibração. A assinatura de vibração para desgaste do acoplamento é semelhante à assinatura para desalinhamento. Também é verdade que o desalinhamento é a causa primária do desgaste do acoplamento. Isso se deve ao movimento relativo entre os eixos conforme eles giram, o que cria um estresse cíclico no acoplamento.
O desgaste do acoplamento é detectado por um aumento nas amplitudes de vibração em harmônicos da frequência de operação. Quando esse aumento começa a aparecer em 3x, 4x e 5x a velocidade do eixo, geralmente é uma indicação de que o acoplamento está começando a falhar. Abaixo está um exemplo dessa assinatura:
Outro método eficaz para identificar o desgaste do acoplamento é usar um estroboscópio. Um estroboscópio emite um flash brilhante e tem a funcionalidade de ajustar o tempo do flash para corresponder à velocidade da rotação do acoplamento. Isso cria a aparência de que o acoplamento não está girando e permite que uma inspeção visual seja feita. Um link para um vídeo mostrando esse processo é fornecido no final deste artigo.
Causas raiz do desgaste do acoplamento
O desalinhamento é de longe a causa raiz mais comum da degradação do acoplamento. Isso é verdade para quase todos os acoplamentos. No caso de um acoplamento rígido ou um acoplamento com uma alta força de restauração, o desalinhamento também pode causar falha prematura do rolamento. Causas raiz adicionais da degradação do acoplamento estão listadas abaixo:
- Sobrecarga: Operar equipamentos além de sua capacidade de projeto pode causar sobrecarga do acoplamento. Isso pode levar à falha por fadiga, cisalhamento de fixadores e deformação de elementos de acoplamento. Cargas de impacto e choque são uma causa bem conhecida disso.
- Lubrificação ruim: Lubrificação inadequada dos componentes do acoplamento pode resultar em aumento de atrito e desgaste. A lubrificação é crucial para reduzir o calor de atrito e prevenir corrosão.
- Corrosão: A corrosão pode ocorrer devido à exposição à umidade, produtos químicos ou fatores ambientais. Ela enfraquece o material e pode levar à degradação do acoplamento ou até mesmo à falha catastrófica.
- Fadiga do material: O carregamento e descarregamento cíclicos repetidos do acoplamento podem causar fadiga no material, levando a rachaduras e falhas ao longo do tempo.
- Vibrações Excessivas: Vibrações no equipamento podem acelerar a deterioração do acoplamento. Altos níveis de vibração podem causar atrito, fadiga e concentração de tensão nos componentes do acoplamento.
- Ciclagem Térmica: Mudanças rápidas de temperatura podem resultar em ciclagem térmica do acoplamento, levando à expansão e contração diferenciais dos elementos de acoplamento. Isso pode causar estresse e distorção, levando, por fim, à falha.
- Instalação Inadequada: Práticas de instalação incorretas, como torqueamento inadequado de fixadores ou alinhamento incorreto do acoplamento, podem introduzir concentrações de estresse e levar a falhas prematuras. Uma coisa crítica a se considerar aqui é um ajuste apertado do acoplamento no eixo.
- Contaminação: A presença de contaminantes, como sujeira, detritos ou partículas estranhas, dentro do acoplamento pode causar desgaste abrasivo e danos às superfícies do acoplamento. Isso é especialmente crítico para acoplamentos do tipo engrenagem.
- Envelhecimento: Com o tempo, os materiais podem se degradar e perder suas propriedades originais. O envelhecimento pode tornar os componentes do acoplamento mais suscetíveis a falhas. Isso é especialmente verdadeiro para acoplamentos que usam insertos não metálicos.
Resumo
Acoplamentos são um componente relativamente simples que frequentemente são problemáticos. O processo de alinhamento de eixos separados e instalação de um acoplamento requer um forte entendimento de tolerâncias geométricas e uma atenção aos detalhes que podem ser difíceis de obter no campo. Esses aspectos, juntamente com a proteção que frequentemente dificulta as inspeções de acoplamento, são a principal razão pela qual os acoplamentos falham.
O monitoramento de condições praticamente elimina isso ao fornecer dados contínuos para a maioria das variáveis que causam desgaste em um acoplamento. Ao monitorar tanto a vibração quanto a temperatura dos rolamentos próximos ao acoplamento, as causas mais comuns da degradação do acoplamento podem ser identificadas e corrigidas, resultando em ativos mais confiáveis e custos de manutenção reduzidos.
Vídeo de inspeção visual de acoplamento 👇
