Guia Completo dos Tipos de Acoplamentos: Definições, Aplicações e Construção

Neste artigo discutimos Acoplamento, Tipos de acoplamento, Acoplamento de Eixo, Funcionamento e Construção com Imagens. Comecemos definindo o que é acoplamento.

O que é acoplamento?

Um acoplamento é dispositivo que conecta dois eixos em suas extremidades para transmitir potência. Função principal: conectar dois equipamentos rotativos permitindo certo grau de desalinhamento, movimento axial ou ambos.

O que é Acoplamento de Eixo?

Componente mecânico que conecta dois eixos para transmitir potência com precisão do lado motor (drive) para lado movido (driven), absorvendo erros de montagem (desalinhamento, etc.) dos dois eixos.

Conecta dois eixos rotativos, como eixos motor e movido, para transmissão de potência. Encontrado em motores, bombas, geradores, compressores, etc.

Conecta motor elétrico e sistema hidráulico da bomba. Acoplamentos sem escorregamento para bombas centrífugas classificados como rígidos ou flexíveis.

Funções do Acoplamento (Acoplamento de Eixo)

1. Transmissão de potência: Do lado motor (lado que gira) para lado movido (lado que é girado).

Objetivo principal: conectar eixo motor ao eixo movido. Fabricar máquina com eixo único em vez de acoplamento é difícil: custo, precisão, transporte, montagem, horas extras. Se lado motor ou movido quebrar, eixo único deve ser substituído inteiramente.

2. Absorver desalinhamento: Erros de montagem entre eixos do lado motor e lado movido são absorvidos.

Alinhar precisamente eixo motor ao eixo movido leva tempo. Se eixos desalinhados, força extra aplicada às partes circundantes ao girar, causando vibração e ruído. Mesmo com mesmas peças, erros de usinagem tornam montagem precisa difícil. Acoplamento absorve tais erros.

Papel do acoplamento: transmitir potência dinâmica e precisamente mesmo com desalinhamento (excentricidade/ângulo de declinação, deslocamento axial).

3. Absorver vibrações para proteger produtos circundantes: Absorve vibração do lado motor e protege componentes ao redor.

Vibração e choque podem transferir-se a partes circundantes. Ex.: vibração do motor no lado motor transmitida a fuso de esferas, causando desvio de posição e impossibilitando bom uso do desempenho da máquina.

Se máquina sem acoplamento for atingida externamente, impacto transmitido diretamente ao motor, danificando-o. Solução: acoplamento. Absorve vibração para mover lado movido com alta precisão e/ou choque para proteger motores caros e outros componentes.

4. Não transferir calor do motor, etc., ao lado movido: Não transfere calor do motor no lado motor para lado movido.

Motor gera muito calor. Se transmitido ao lado movido, fuso de esferas e outros componentes expandem, comprimentos mudam, precisão de posicionamento sofre. Acoplamento impede transferência de calor, evitando deformação ou deslocamento das peças.

Como Funciona um Acoplamento de Eixo?

Conforme diagrama, acoplamento conecta dois eixos. Não é problema se diâmetros diferirem.

Motor no lado motor, hélice no lado movido.

Acoplamento não transfere calor do motor ao lado movido.

Acoplamento absorve choque e vibração, protegendo componentes circundantes de danos.

Tipos de Acoplamento

1. Acoplamento Rígido (Rigid Coupling)

Acoplamentos rígidos conectam dois eixos quando estão em alinhamento axial rígido perfeito.

Devem ser usados apenas quando eixos perfeitamente alinhados. Adequado apenas para eixos em alinhamento próximo ou mantidos alinhados. Se não alinhados, torque transferido a eixos e mancais, causando falha prematura.

Dois tipos principais:

A. Acoplamento de manga (Muff coupling) e B. Acoplamento de flange (Flange coupling)

2. Acoplamento de Manga (Muff Coupling)

Acoplamento de manga / Acoplamento de luva (Sleeve Coupling) é o tipo mais simples de acoplamento rígido: cilindro oco com diâmetro interno igual ao do eixo. Ajustado nas extremidades dos dois eixos por meio de chaveta de cabeça (gib head key). Potência transmitida de um eixo ao outro por chaveta e luva/manga.

Tipo simples, ferro fundido. Cilindro oco com diâmetro interno igual ao eixo. Ajustado nas extremidades por chaveta embutida (sunk key).

Simplesmente: acoplamento de manga ou caixa, caixa/manga sólida de ferro fundido, alisada para ajustar eixos cujas extremidades se encostam dentro da caixa. Caixa fixada ao eixo por chaveta embutida que percorre todo comprimento da caixa. Às vezes duas chavetas para fixar manga nos eixos.

Potência transmitida de eixo motor para eixo movido por chaveta e luva.

3. Acoplamento de Manga Dividida ou de Compressão (Split Muff / Compression Coupling)

Acoplamentos de manga dividida também conhecidos como acoplamentos de compressão ou grampo (clamp). Tipo de acoplamento rígido.

Manga feita de duas metades. Metades de ferro fundido. Uma metade presa por baixo, outra por cima. Pinos/parafusos e porcas de aço doce unem as duas metades. Número de parafusos: 4 a 8, sempre divisível por 4. Parafusos inseridos em recortes nas metades da manga.

Vantagens: Posição dos eixos não precisa mudar na montagem/desmontagem. Adequado para serviço pesado e velocidades moderadas. Mais barato que outros tipos. Construção compacta com dimensões radiais pequenas. Sem partes salientes exceto cabeça da chaveta.

4. Acoplamento de Flange (Flange Coupling)

Acoplamento de flange conecta duas embreagens rotativas com diferentes arranjos de flange. Nas extremidades dos eixos, flanges são ajustadas ou fornecidas. Vários porcas e parafusos fixam flanges juntas. Em cada extremidade, uma dessas flanges ou canais é fixa.

Que tipo de acoplamento é flange? Acoplamento de eixo com duas flanges separadas montadas nas extremidades dos eixos, ambas aparafusadas por porcas e parafusos.

Partes do acoplamento de flange: Dois cubos (hubs) que ajustam nos eixos dos equipamentos, usinados com flange multi-parafusos em uma extremidade. Quando "acoplados", flanges aparafusadas tornam-se UMA GRANDE MASSA!

Construção: Duas flanges de ferro fundido fixadas nas extremidades de cada eixo. Para completar acionamento, duas flanges aparafusadas com parafusos. Conecta dois tubos de forma vedada.

Uma flange tem porção projetada, outra recesso similar. Extremidades unidas garantem alinhamento correto sem resistência no material passado. Auxilia alinhar eixos na mesma linha. Porcas e parafusos conectam flanges. Usados em sistemas de tubulação pressurizada. Também para cargas pesadas, útil para eixos grandes.

Diferentes tipos de acoplamento de flange:

1. Tipo flange desprotegido (Unprotected type flange coupling)
2. Tipo flange protegido (Protected type flange coupling)
3. Tipo flange marítimo (Marine type flange coupling)

5. Acoplamento Flexível (Flexible Coupling)

Acoplamentos flexíveis protegem máquinas motor e movida de efeitos prejudiciais por desalinhamento de eixos, vibração, cargas de choque súbitas, flutuação axial (end float) ou expansão do eixo. O mais extensivamente usado é provavelmente o tipo pino-coroa (crown-pin), mostrado na figura.

Uma ou ambas metades do acoplamento têm pinos engatando em furos na outra metade. Pinos têm superfícies flexíveis renováveis e isolantes de arruelas de couro ou materiais similares. Construção permite movimento axial e cuida de choque de partida ou desalinhamento leve. Outra vantagem: desconexão rápida removendo pinos motores.

Outros tipos de acoplamentos flexíveis: tipo correia (belt-type) para potência média em baixas velocidades; engrenagem interna (internal gear) para acionamentos pesados (laminadores, moinhos de cimento); acoplamento Bibby aplicado universalmente a máquinas e acionamentos de eixos até maiores potências.

6. Acoplamento de Pino com Bucha (Bushed Pin Type Coupling)

Acoplamento Flexível de Pino com Bucha é tipo de acoplamento mecânico de transmissão de potência para conectar dois eixos nas extremidades para transmitir potência.

Alteração do acoplamento de flange descrito. No lugar de porcas e parafusos do flange, acoplamento de bucha tem bucha de borracha, pinos e porcas.

Bucha de borracha permite flexibilidade ao acoplamento de flange.

Acoplamento de flange flexível: duas flanges, uma chavetada ao eixo de entrada, outra ao eixo de saída. Dependendo do diâmetro, duas flanges unidas com 4 a 6 buchas e pinos.

Porca fixa pino à flange. Para evitar desgaste da bucha, superfície interna revestida com latão.

Chaveta fixa cubo da flange ao eixo.

Geralmente, folga de 5 mm mantida entre as duas flanges. Inicialmente, sem conexão rígida entre flanges; potência transmitida via buchas de borracha. Torna acoplamento mais flexível.

Vantagens

• Construção simples
• Absorve choque e vibração durante transmissão
• Suporta desalinhamento lateral 0,5 mm e angular 1,5°

Desvantagens

• Não econômico: custo alto por mais componentes
• Espaço radial necessário maior que outros acoplamentos

7. Acoplamento Universal (Universal Coupling)

Acoplamento de Hooke é outro nome para acoplamento universal. Usado quando eixos de dois eixos intersectam em pequeno ângulo. Teoricamente, inclinação pode ser constante, mas na prática muda ao transferir movimento.

Para conectar eixos em ângulo, acoplamento universal é dos mais versáteis. Usado para eixos a 90°.

Figura mostra junta universal. Tipos amplamente usados em transmissão de potência. Encontrado em transmissão de automóvel: caixa de câmbio ao diferencial. Duas juntas universais, uma em cada extremidade: uma no fim do eixo cardã à caixa, outra no diferencial à extremidade oposta.

Também usado para transmitir potência a vários fusos em máquinas de furar e fresar múltiplas.

Permite transmissão eficiente de potência e torque entre eixos desalinhados em qualquer ângulo, daí nome universal.

8. Acoplamento Oldham (Oldham Coupling)

Acoplamento Oldham projetado para unir dois eixos com desalinhamento lateral. Inventado por John Oldham na Irlanda em 1821.

Acoplamentos de mandíbula (jaw) sendo substituídos por Oldham. É inversão de mecanismo manivela deslizante duplo.

Três partes: duas flanges e disco central. Chavetas conectam flanges aos eixos. Flanges têm ranhuras internas. Disco central tem projeções que encaixam nas ranhuras das flanges. Disco central fica entre flanges, livre para deslizar nas ranhuras.

Flanges de aço inoxidável ou liga alumínio. Disco central de polímeros ou plásticos. Reduz atrito flange-disco ao deslizar. Adiciona flexibilidade.

Vantagens

• Tamanho compacto
• Fácil montagem
• Sob carga excessiva, disco central quebra primeiro, evitando falha de outros componentes importantes
• Disco central substituível fácil e barato
• Absorve choques e vibrações eficazmente
• Tolerância a desalinhamento em eixos
• Disco central plástico torna acoplamento eletricamente isolado
• Econômico

Desvantagens

• Não tolera desalinhamento angular
• Não tolera alto torque
• Deslizamento causa desgaste do disco central; após certo tempo, deve ser substituído

Aplicações

• Motor de passo (stepper motor)
• Robótica
• Aplicações servo motor
• Impressoras e xerox

9. Acoplamento de Engrenagem (Gear Coupling)

Acoplamento de engrenagem conecta dois eixos nas extremidades para transmitir potência. Acoplamentos normalmente não desconectam ou permitem desconexão durante operação; porém, alguns limitadores de torque escorregam ou desconectam quando limite de torque excedido ou problema surge.

Variante do acoplamento de flange. Devido ao grande tamanho dos dentes, acoplamentos de engrenagem transmitem muito torque. Neste tipo, flange e cubo montados separadamente, não como peça única como no flange.

Engrenagens do Acoplamento: Cada junta construída com par engrenagem interna/externa razão 1:1. Limitado a desalinhamentos angulares ~0,01–0,02 polegada paralelos e 2° angulares.

Acoplamentos de engrenagem e juntas universais para aplicações similares. Usados em aplicações pesadas onde alta transmissão de torque requerida.

Função do acoplamento de engrenagem

Função básica: conexão mecânica entre dois eixos rotativos. Usam engrenamento para transmitir potência e torque entre eixos conectados. Dispositivo mecânico que transmite torque entre dois eixos usando engrenagens.

Tipos de acoplamento de engrenagem

Costumam vir em duas variedades: manga flangeada (flanged sleeve) e manga contínua (continuous sleeve).

Onde acoplamentos de engrenagem são usados?

Grandes máquinas industriais: bombas, sopradores, compressores, misturadores, etc. Podem ser usados em sistemas menores de controle de movimento, principalmente com manga polimérica para reduzir backlash, mas outros designs zero-backlash geralmente mais adequados.

10. Acoplamento de Fole (Bellow Coupling)

Acoplamentos de fole (Bellows) são acoplamentos flexíveis com extremidades duplas chamadas cubos (hubs) que tampam tubo corrugado de engenharia de precisão servindo como corpo do acoplamento. Conhecidos por rigidez torsional excepcional, permitindo transmitir velocidade, posição angular e torque com precisão.

Para que servem acoplamentos de fole? Conectores de eixo flexíveis de peça única para acoplar eixos motor e movido em conjuntos de transmissão mecânica. Acoplamentos flexíveis contrapõem desalinhamento inevitável entre eixos conectados e, em alguns casos, absorvem choque.

Acoplamentos de fole têm extremidades duplas (cubos). Alta rigidez torsional, transmitem velocidade, posição angular e torque com precisão. Geralmente aço inoxidável. Usados em aplicações requerendo posicionamento de alta precisão. Paredes finas, ligeiramente flexíveis para desalinhamento angular, axial ou paralelo. Foles soldados aos cubos. Rigidez torsional mais alta de qualquer acoplamento para servomotor.

11. Acoplamento de Mandíbula (Jaw Coupling)

Acoplamento de mandíbula (jaw) é acoplamento de transmissão de potência também usado em controle de movimento. Projetado para transmitir torque amortecendo vibrações do sistema e acomodando desalinhamento, prevenindo danos a outros componentes.

Para que serve acoplamento de mandíbula?

Acoplamentos Mandíbula e Aranha (Jaw & Spider). Tipo comum de acoplamento de eixo na indústria. Projetados para transmitir torque e rotação entre dois eixos, aceitar desalinhamento de eixos, proteger componentes amortecendo choques e vibrações.

Como funciona acoplamento de mandíbula?

Elemento em acoplamentos de mandíbula carregado em compressão entre mandíbulas de cubos acasalados. Mandíbulas do cubo motor empurram mandíbulas do cubo movido operando no mesmo plano. Pernas da aranha elastomérica comprimidas entre mandíbulas motor e movido transmitem e amortecem força entre eles.

Usado para transmissão de potência geral e controle de movimento. Transmite torque reduzindo vibrações e ajustando desalinhamento, protegendo outros componentes.

Acoplamento de mandíbula: dois cubos metálicos e inserto elastomérico chamado elemento ou "aranha" (spider).

Vantagens

1. Capaz de lidar com desalinhamento angular e cargas reacionais causadas por desalinhamento.
2. Boa capacidade torque/diâmetro externo.
3. Excelente resistência química e capacidade de amortecimento.

12. Acoplamento de Diafragma (Diaphragm Coupling)

Acoplamentos de diafragma são tipo de acoplamento não lubrificado usado em turbomaquinário de alta performance para transmissão de torque e desalinhamento de eixos.

Transmite torque do diâmetro externo para interno, e depois do interno para externo.

Membros flexíveis: uma ou série de placas. Desalinhamento pode ser angular, axial ou paralelo. Usados quando alto torque e velocidade requeridos.

Acoplamento de diafragma: uma ou mais membranas metálicas fixadas ao diâmetro externo de flange motor, transferindo torque radialmente através do diafragma a fixação no diâmetro interno. Acoplamento de disco (disk coupling) outro tipo de membrana metálica.

Como funciona acoplamento de diafragma?

Membros flexíveis: uma ou múltiplas placas/diafragmas. Transmite torque do externo para interno de placa flexível, através de peça espaçadora (spool/spacer), e depois do interno para externo.

13. Acoplamento Hidráulico (Fluid Coupling)

Acoplamento hidráulico (fluid coupling), também acoplamento hidráulico, é dispositivo hidrodinâmico ou "hidrocinético" para transmitir potência mecânica rotativa. Usado como alternativa a embreagem mecânica em transmissões automotivas.

Funções do acoplamento hidráulico

Dispositivo hidrodinâmico que usa fluido de transmissão para transferir potência rotacional de um eixo a outro. Usado em transmissões automotivas, propulsão marítima, transmissão de potência industrial.

Princípio de funcionamento do acoplamento hidráulico

Dispositivo para transmitir potência de um eixo a outro por aceleração e desaceleração de fluido hidráulico. Baseado em princípios hidrocinéticos; requer velocidade de saída menor que entrada.

Composto de impulsor (impeller) no eixo motor (entrada) e rotor (runner) no eixo movido (saída). Impulsor funciona como bomba, rotor como turbina.

Componente tangencial da velocidade absoluta baixo no impulsor perto do eixo. Perto da periferia, componente tangencial alto, velocidade do fluido aumenta com aceleração do impulsor. À medida que velocidade aumenta, energia cinética aumenta. Fluido sai do impulsor em alta velocidade, atinge pás do rotor, transfere energia, sai do rotor em baixa velocidade.

Por Que Acoplamento de Eixo é Usado?

Razões mais comuns:

1. Conectar eixos de unidades separadas (ex.: motor e gerador).
2. Para desalinhamento de eixos.
3. Para flexibilidade mecânica.
4. Absorver cargas de choque transmitidas de um eixo a outro.
5. Proteção contra sobrecarga.

Aplicações de Acoplamento

1. Acoplamento de manga e luva: eixos de linha na transmissão de potência.
2. Acoplamento grampo/dividido/compressão: eixos de linha na transmissão de potência.
3. Acoplamento de flange: precisão de alinhamento. Ex.: marítimo.
4. Acoplamento flexível de pino-bucha: conectar pequenos desalinhamentos paralelos, angulares ou axiais.
5. Acoplamento universal: transmitir movimento rotativo ou potência, ex.: aeronaves, eixos cardã.
6. Acoplamento Oldham: aplicações com desalinhamento paralelo, ex.: impressão.

Tentamos fornecer detalhes completos sobre diferentes tipos de acoplamentos, vantagens, desvantagens e imagens. Esperamos que tenha gostado. Deixe feedback nos comentários.