Modos de fallo del acoplamiento del eje: síntomas, causas y prevención

Puntos clave

• Los acoplamientos están diseñados para ser el fusible de sacrificio del tren de transmisión. Un acoplamiento que sigue fallando es un síntoma de desalineación, sobrecarga o problemas de lubricación, no un problema del acoplamiento.
• Cada tipo falla de una manera reconocible: polvo de caucho bajo un acoplamiento de mandíbula, dientes desgastados en un acoplamiento de engranajes, grietas por fatiga en un paquete de discos, segmentos de rejilla rotos, bandas de neumático separadas.
• Vibración a 2x la velocidad de funcionamiento y golpes al arrancar, parar o invertir son las dos advertencias tempranas más comunes.
• Después de cualquier fallo de acoplamiento, verifique la alineación de ejes con una herramienta láser y compruebe si hay pie blando antes de instalar el nuevo elemento.
• Registre cada fallo de acoplamiento como un evento de parada codificado y haga seguimiento del MTBF, de modo que las fallas crónicas reciban una solución de ingeniería en lugar de otra pieza de repuesto de la estantería.

Un acoplamiento de eje conecta el motor al equipo accionado, transmite par y absorbe las pequeñas desalineaciones que toda instalación real tiene. Esta guía está dirigida a técnicos de mantenimiento, jefes de mantenimiento e ingenieros de planta que están frente a un acoplamiento fallado, o al tercer acoplamiento fallado de este trimestre, y quieren saber por qué ocurrió y cómo detenerlo.

Por qué los acoplamientos fallan primero, y por qué es intencional

El acoplamiento suele ser el eslabón deliberadamente más débil en el tren de transmisión. Eso es intencional: una araña elastomérica barata o una rejilla reemplazable debe ceder antes que el eje del motor, la entrada de una caja de engranajes o un cojinete. El acoplamiento también trabaja más duro cuando algo más está mal, porque se flexiona en cada revolución para acomodar la desalineación.

Esto conduce a la regla más importante en la resolución de problemas de acoplamientos: un acoplamiento que sigue fallando es un mensajero. Reemplazar el elemento sin arreglar la desalineación, la carga o el problema de lubricación que lo provoca solo reinicia el reloj, y transfiere silenciosamente desgaste a cojinetes y retenes que cuestan mucho más reemplazar.

Modos de falla según el tipo de acoplamiento

Acoplamientos de mandíbula (araña elastomérica)

La araña elastomérica se desgasta, endurece y desmorona . La señal clásica es un pequeño montón de polvo de caucho o uretano bajo la protección del acoplamiento. A medida que la araña se desgasta, la holgura crece y se oye un golpeteo en cada arranque y reverso.

El calor, el ataque químico y la desalineación aceleran el envejecimiento de la araña. En ejes accionados por servomotor, esa misma holgura creciente también se manifiesta como errores de posición e inestabilidad de ajuste, lo que tratamos en nuestra guía sobre síntomas de fallo de servomotor .

Acoplamientos de engranajes

Los acoplamientos de engranajes fallan por desgaste de los dientes provocado por fallos de lubricación y desalineación . La grasa se centrifuga en servicio, el aceite se separa del espesante, y los dientes acaban funcionando en un espesante seco. Las tapas de engrase perdidas o con fugas rematan la faena.

Busque grasa seca, descolorida o separada y un patrón de desgaste concentrado en un lado de los dientes, que indica desalineación angular.

Acoplamientos de discos

Los paquetes de discos no necesitan lubricación, así que cuando fallan casi siempre es por causas mecánicas: grietas por fatiga en los discos, usualmente iniciándose cerca de los orificios de los pernos, causadas por desalineación o ciclos de par. Un paquete de discos abultado, ondulado o agrietado significa que el acoplamiento se ha estado flexionando más allá de su capacidad nominal.

Acoplamientos de rejilla

La rejilla se desgasta y eventualmente se rompe, y las ranuras en los cubos se desgastan junto con ella. Los acoplamientos de rejilla se lubrican, por lo que la misma negligencia de grasa que mata a los acoplamientos de engranajes aplica aquí.

Acoplamientos tipo neumático

Los elementos tipo neumático fallan por separación de la banda de rodadura y agrietamiento, impulsados por calor, envejecimiento por ozono, sobrecarga y sujeción floja. Un neumático que muestra los cordones o solapas a velocidad está inservible.

Síntomas universales: cómo se ve y suena un acoplamiento que está muriendo

Sea cual sea el tipo, los acoplamientos que fallan se anuncian de las mismas pocas maneras. Vibración, ruido, residuos y calor son los cuatro grandes, y cada uno se corresponde con una lista corta de causas probables.

Causas raíz, en el orden en que comprobarlas

1. Desalineación. El asesino dominante. Viene en tres sabores: angular (los ejes se encuentran en un ángulo), paralela o descentrada (los ejes son paralelos pero no están en la misma línea) y axial (separación de ejes incorrecta o dilatación térmica que empuja los ejes entre sí). La mayoría de las máquinas reales tienen una combinación.
2. Pie blando. Un pie de máquina que no apoya plano deforma el bastidor cuando se aprietan los tornillos, lo que cambia la alineación cada vez que se toca la máquina. Compruébelo antes de alinear, no después.
3. Sobrecarga de par y cargas de choque. Atascos, choques, inversiones frecuentes y bruscas, y acoplamientos subdimensionados fatigan los elementos rápidamente. Una rejilla rota o una araña hecha añicos con poco desgaste señala choque, no envejecimiento.
4. Negligencia de lubricación. Los acoplamientos de engranajes y rejilla son piezas de desgaste alimentadas por grasa. Intervalos perdidos, grasa equivocada y tapas perdidas son una causa principal de fallo de dientes y rejilla.
5. Selección de acoplamiento incorrecta. Un elemento dimensionado para la placa de características del motor pero no para el ciclo de trabajo real, la temperatura o la exposición química fallará prematuramente sin importar lo bien alineado que esté.
6. Errores de instalación. Martillar un cubo de acoplamiento sobre un eje es una doble falla: daña el diámetro del cubo y transmite cargas de impacto directamente a los rodamientos, provocando el daño por brinelling descrito en nuestra guía sobre modos de fallo de rodamientos. Separación de ejes incorrecta y pernos sin apretar completan la lista.

Cómo diagnosticarlo: una secuencia de inspección trabajada

Seguridad ante todo: bloquee y etiquete antes de retirar cualquier protección del acoplamiento. Los ejes giratorios matan y mutilan, y lo hacen rápido. Verifique energía cero, incluida la energía almacenada en variadores, frenos, contrapesos y cualquier cosa que la máquina accionada pueda devolver. Nunca anule un interbloqueo ni haga funcionar la máquina con la protección retirada, y siempre vuelva a colocar la protección antes de la prueba en marcha.

1. Mire antes de tocar. Con la máquina bloqueada y la protección retirada, busque polvo de elastómero, grasa proyectada, discos agrietados y decoloración por calor.
2. Compruebe la holgura a mano. Sujete un cubo y mueva el otro. El juego libre que puede sentir indica un elemento desgastado en un acoplamiento de mandíbula, rejilla o engranajes.
3. Lea los datos de vibración. La desalineación clásicamente aparece en 1x y 2x la velocidad de funcionamiento, con 2x a menudo dominante, además de vibración axial elevada para desalineación angular. Rastrear estas firmas es exactamente el tipo de victoria que justifica un programa de mantenimiento basado en la condición, y separa los problemas de acoplamiento de las frecuencias de malla de engranajes descritas en nuestra guía de fallos de cajas de engranajes.
4. Use un estroboscopio solo donde sea seguro. Con las protecciones en su lugar y una ventana de visión, un estroboscopio puede congelar el acoplamiento y revelar oscilación o un elemento neumático que aletea. Si no hay una vista segura con protección, sáltelo.
5. Mida la alineación. Tras cualquier fallo de acoplamiento, trate la alineación como sospechosa. Compruebe pie blando, luego alinee con láser según la tolerancia del fabricante del acoplamiento, no según "parece recto".

Reemplazar un acoplamiento de la manera correcta

• Inspeccione ejes, chavetas y diámetros de cubo; nunca martille los cubos. Use el método de ajuste que especifique el fabricante, como calentamiento controlado para ajustes por interferencia.
• Fije la separación entre ejes y el espaciado axial según la especificación del acoplamiento, teniendo en cuenta la dilatación térmica en máquinas calientes.
• Apriete todos los sujetadores al par especificado, y nunca reutilice elementos de fijación fatigados. Los pernos del paquete de discos, en particular, suelen ser de un solo uso en muchos diseños; confirme en el manual de su modelo.
• Alinee con láser después de la instalación y vuelva a comprobar tras las primeras horas de operación en máquinas críticas.
• Vuelva a colocar la protección, despeje el área y solo entonces realice la prueba.

Mídalo, o volverá aquí el próximo trimestre

La diferencia entre una planta que reemplaza acoplamientos para siempre y una que los arregla de una vez es la información . Registre cada fallo de acoplamiento como un evento de parada con un código de causa, incluso los cambios de araña de veinte minutos que nunca entran en ningún informe.

Haga seguimiento del MTBF y MTTR del activo: si el mismo acoplamiento falla cada ocho semanas, eso no es un problema de piezas, es un problema de alineación o de carga que merece tiempo de ingeniería.

Esas microparadas no registradas también drenan silenciosamente la disponibilidad, por eso las fallas de acoplamiento deben entrar en el mismo árbol de pérdidas que todo lo que rastrea su programa de OEE. Cuando las pérdidas son visibles, los acoplamientos crónicos dejan de esconderse dentro de "paradas varias".

Detectar fallos de acoplamiento antes de que paren la línea

La mayoría de las fallas de acoplamiento se anuncian durante semanas: paradas cortas, breves pérdidas de velocidad, operarios lidiando con un tren ruidoso. El problema es que estos eventos rara vez se registran.

Fabrico es OEE verificado por visión por computadora más ejecución de mantenimiento en circuito cerrado: las cámaras detectan paradas y microparadas que los registros manuales y los sensores no ven, y las órdenes de trabajo de mantenimiento cierran el ciclo desde la detección hasta la reparación.

Si las fallas repetidas del tren de transmisión están comiéndose su disponibilidad, reserve una demostración de Fabrico y vea lo que realmente le dicen sus líneas.

Preguntas frecuentes

¿Qué causa que una araña de acoplamiento de mandíbula falle?

Desalineación, calor, ataque químico y choque de par. La araña se flexiona en cada revolución para absorber la desalineación, por lo que la mala alineación la desgasta más rápido. El polvo de caucho bajo el acoplamiento es la señal visible más temprana.

¿Cómo sé si mi acoplamiento de eje está fallando?

Escuche golpes al arrancar, parar y invertir, busque residuos o grasa proyectada bajo la protección, y compruebe las tendencias de vibración por un componente 2x en aumento. Con la máquina bloqueada, el juego libre al mover los ejes a mano confirma un elemento desgastado.

¿Qué significa la vibración a 2x la velocidad de funcionamiento?

Es la firma clásica de desalineación de ejes, que suele aparecer junto con vibración a 1x y, para desalineación angular, lecturas axiales elevadas. Confírmelo con una comprobación de alineación láser en lugar de reemplazar piezas solo por la firma.

¿Con qué frecuencia deben engrasarse los acoplamientos de engranajes?

Los intervalos varían mucho según el modelo de acoplamiento, el tipo de grasa, la velocidad y la carga, así que siga el manual del fabricante para su acoplamiento específico. Lo que más importa es usar una grasa diseñada para acoplamientos, mantener las tapas de engrase en su lugar y cumplir realmente los intervalos en lugar de saltárselos.

¿Puedo seguir simplemente reemplazando el elemento del acoplamiento?

Puede hacerlo, pero estará tratando el síntoma. Un acoplamiento que falla repetidamente está absorbiendo una desalineación, pie blando o un problema de sobrecarga, y ese mismo esfuerzo está acortando la vida de sus rodamientos y retenes. Arregle la causa raíz una vez y el acoplamiento se convertirá en la pieza de diez años para la que fue diseñado.