Acoplamiento metálico unitario de una sola pieza (10) que presenta un primer extremo (26) y un segundo extremo (30) y por lo menos una circunvolución (14,

18, 22) entre el primer y el segundo extremos, caracterizado porque el acoplamiento se mecaniza a partir de una sola pieza de material y no incluye uniones, soldaduras o similares, comprendiendo cada circunvolución un extremo en punta externo de forma cilíndrica y presentando un espesor de material cuya sección transversal aumenta al reducirse la distancia radial desde el eje de rotación del acoplamiento

Antecedentes

Para adaptarse a la transferencia de par y a la desalineación potencial entre elementos rotativos tales como los ejes, hasta el momento se han utilizado acoplamientos flexibles. Dichos acoplamientos están conectados por medio de bridas o conexiones acanaladas y están especialmente diseñados para transmitir el par de un componente a otro, mientras amortiguan y disipan los efectos de la desalineación.

En la patente US nº 3.455.013, se da a conocer un acoplamiento metálico unitario de una sola pieza de metal según el preámbulo de la reivindicación 1.

Aunque existen muchos de dichos acoplamientos, todos ellos adolecen de un grado de flexibilidad limitado. Una forma común de incrementar la tolerancia a la desalineación es la de incorporar elementos flexibles adicionales. No obstante, esto da por resultado una estructura más pesada y más costosa y comúnmente la generación de puntos de concentración de tensiones ocasionadas por el procedimiento de fabricación. No obstante, es posible aumentar en cierta medida la flexibilidad en detrimento del rendimiento.

Un factor desencadenante común relacionado con las sacudidas de los acoplamientos de técnica anterior es la formación de fracturas por fatiga. Estas se pueden formar tanto debido a la falta de flexibilidad (rigidez) general del acoplamiento como debido a la presencia de puntos de concentración de tensiones individuales en el acoplamiento. Parte de la rigidez estructural (material y puntos de concentración de tensiones) de los diseños comerciales disponibles en la actualidad proviene de los medios de fabricación del acoplamiento. Un ejemplo de procedimiento comúnmente asociado a la generación de puntos de concentración de tensiones en un acoplamiento es el procedimiento de soldadura para unir membranas adyacentes. La soldadura causa un cambio de fase localizado en el metal de los discos, que a menudo provoca un cambio en la dureza y las propiedades de tratamiento térmico del acoplamiento en la zona. Otra deficiencia de los acoplamientos de técnica anterior es que pueden presentar una rigidez axial muy baja debido a factores de diseño intrínsecos y al procedimiento de fabricación. Esta baja rigidez puede plantear problemas de vibraciones que pueden provocar fallos en los elementos de flexión.

Los anteriores y otros inconvenientes inherentes a la técnica anterior se han tolerado durante un largo período de tiempo, debido a la ausencia de otras alternativas viables. Sin embargo, sería muy beneficiosa para la técnica la disponibilidad de un acoplamiento flexible más duradero.

Sumario

En la presente memoria, se da a conocer un acoplamiento metálico unitario de una sola pieza de metal según la reivindicación 1.

Además, se da a conocer un procedimiento para fabricar un acoplamiento flexible de una sola pieza y construcción unitaria según la reivindicación 12.

Breve descripción de los dibujos

Haciendo referencia a los ejemplos de dibujos, en los que los elementos similares se numeran de forma similar en las diversas figuras:

la figura 1 es una vista en perspectiva de una forma de realización del acoplamiento;

la figura 2 es una vista lateral de un acoplamiento similar al de la figura 1;

la figura 3 es una vista en perspectiva parcialmente en sección del acoplamiento ilustrado en la figura 1;

la figura 4 es una representación de una vista en sección transversal de un acoplamiento según la presente invención y un acoplamiento de espesor fijo para mostrar los puntos para el análisis de esfuerzos;

la figura 5 es una representación gráfica de la tensión debida al par en los puntos indicados en la figura 4;

la figura 6 es una representación gráfica de la tensión debida a la desalineación angular en los puntos indicados en la figura 4; y

la figura 7 es una vista en sección transversal de una forma de realización similar del acoplamiento que no corresponde a la presente invención;

la figura 8 es una vista en perspectiva de la forma de realización del acoplamiento ilustrada en la figura 7;

la figura 9 es una representación esquemática en perspectiva de una fresa para fabricar el acoplamiento según la presente invención; y

la figura 10 es una representación de una sección transversal de una circunvolución mecanizada en profundidad que ilustra la geometría interna de la misma.

Descripción detallada

Inicialmente, en esta exposición, se describen en primer lugar las formas de realización del propio acoplamiento y a continuación, un procedimiento para la fabricación de los acoplamientos.

Haciendo referencia a la figura 1, se ilustra una vista en perspectiva de una forma de realización del acoplamiento flexible 10 dado a conocer. El acoplamiento flexible 10 puede ser (tal como se ilustra) un acoplamiento de tipo disco. La forma de realización ilustrada en particular comprende tres circunvoluciones 14, 18 y 22. Sin embargo, pueden utilizarse más o menos circunvoluciones. El acoplamiento 10 comprende un primer extremo 26 y un segundo extremo 30 dispuestos para conectarse a un primer y un segundo ejes (no representados). Las configuraciones para los extremos 26 y 30 comprenden bridas, conexiones acanaladas, conexiones roscadas, recorridos en formas geométricas, etc. En la forma de realización de la figura 1, el primer extremo 26 es una primera brida, y el segundo extremo 30 es una segunda brida. Aunque las bridas 26 y 30 ilustradas carecen de aberturas, estas pueden comprender unas aberturas para el paso de unos medios de unión. También debe observarse que las circunvoluciones ilustradas en la figura 1 carecen de aberturas. En algunas formas de realización del acoplamiento dado a conocer en la presente memoria, están previstas unas aberturas 32 (ilustradas en la figura 2). Estas aberturas facilitan los procesos de nitruración, en caso de emplearse, y también son operativas para la evacuación de humedad desde el interior del acoplamiento durante el funcionamiento.

Haciendo referencia a la figura 3, se ilustra una vista parcialmente en sección del acoplamiento flexible 10. Esta vista provee acceso visual tanto al interior del acoplamiento como al espesor del material del acoplamiento. El acoplamiento 10 comprende una superficie interna 34 y una superficie externa 38. Entre las superficies, el espesor del material no es fijo, sino que se reduce gradualmente al aumentar la distancia radial desde el eje del acoplamiento, conforme a unos parámetros particulares que se describirán más adelante. Asimismo, es importante tener en cuenta que la superficie externa que empieza en la raíz de cada circunvolución es redondeada. En el acoplamiento ilustrado, la superficie es una superficie redondeada compuesta. En la superficie interna, cerca de la raíz de la circunvolución, se forma un ángulo con la finalidad de reducir la tensión. En la figura 4, se representa la superficie externa 40 y la superficie interna 42. La figura 4 ilustra una sección transversal representativa 44 de una de las circunvoluciones de un acoplamiento según la presente invención (disco 1), y superpuesta en líneas discontinuas (cuando es visible), una representación de una sección transversal 46 de un acoplamiento de espesor fijo (disco 2). El propósito de la ilustración es representar la variación de espesor en el acoplamiento dado a conocer en la presente memoria y los lugares en los que se miden los puntos de tensión (números 1 a 23) para un análisis de elementos finitos, cuyos resultados se representan gráficamente en las figuras 5 y 6. La figura 5 representa la tensión asociada al par aplicado, mientras que la figura 6 representa la tensión asociada a la desalineación de los ejes que engranan en el acoplamiento. La reducción de la tensión del acoplamiento es fácilmente apreciable según la presente exposición. En el acoplamiento dado a conocer (disco 1), se utiliza una superficie externa redondeada de sección decreciente 40 y una superficie interna inclinada 42 situada próxima al diámetro interno del acoplamiento flexible para obtener una distribución de espesor adaptada, reducir las tensiones y obtener una distribución de la tensión optimizada para el acoplamiento. En particular, el espesor de pared adaptado permite reducir la tensión total, la concentración de tensiones y el aumento de tensión localizada que se produce en los diseños de paredes de espesor uniforme. En la figura 5, se muestra cómo la tensión máxima calculada se reduce aproximadamente en un 33% utilizando... [Seguir leyendo]

1. Acoplamiento metálico unitario de una sola pieza (10) que presenta un primer extremo (26) y un segundo extremo

(30) y por lo menos una circunvolución (14, 18, 22) entre el primer y el segundo extremos, caracterizado porque el acoplamiento se mecaniza a partir de una sola pieza de material y no incluye uniones, soldaduras o similares, comprendiendo cada circunvolución un extremo en punta externo de forma cilíndrica y presentando un espesor de material cuya sección transversal aumenta al reducirse la distancia radial desde el eje de rotación del acoplamiento.

2. Acoplamiento metálico unitario de una sola pieza (10) según la reivindicación 1, en el que el acoplamiento es cilíndrico en su dimensión interna.

3. Acoplamiento metálico unitario de una sola pieza (10) según la reivindicación 1, en el que el primer y el segundo extremos (26, 30) incluyen una conexión.

4. Acoplamiento metálico unitario de una sola pieza (10) según la reivindicación 3, en el que la disposición de conexión es una brida.

5. Acoplamiento metálico unitario de una sola pieza (10) según la reivindicación 3, en el que la disposición de conexión es una conexión acanalada.

6. Acoplamiento metálico unitario de una sola pieza (10) según la reivindicación 1, en el que dicho acoplamiento incluye además por lo menos una abertura (32) en una posición radialmente externa de dicho acoplamiento.

7. Acoplamiento metálico unitario de una sola pieza (10) según la reivindicación 1, en el que el acoplamiento es flexible.

8. Acoplamiento flexible según la reivindicación 7, en el que el acoplamiento se realiza a partir de uno de entre: titanio, aceros resistentes a la corrosión, aceros de alta resistencia, materiales de níquel, aceros al carbono, aceros maraging y combinaciones que incluyen por lo menos uno de los anteriores.

9. Acoplamiento flexible según la reivindicación 7, que comprende además nitruración para mejorar las propiedades de fatiga y la resistencia al desgaste.

10. Procedimiento para fabricar un acoplamiento flexible de una sola pieza de construcción unitaria que comprende la etapa siguiente:

mecanizar, a partir de una sola pieza de material de partida, un acoplamiento flexible de una sola pieza de construcción unitaria (10) que no incluye ni uniones ni soldaduras o similares y que presenta un primer extremo de acoplamiento (26) y un segundo extremo de acoplamiento (30) y una o varias circunvoluciones (14, 18, 22) en el primer y el segundo extremos, comprendiendo cada circunvolución un extremo en punta externo en forma de cilindro, comprendiendo además el mecanizado la reducción del espesor de la sección transversal de las circunvoluciones del acoplamiento al incrementarse la distancia radial desde el eje de los acoplamientos.

11. Procedimiento según la reivindicación 10, en el que el mecanizado es uno de entre un: torneado por control numérico, un mecanizado electroerosivo y un mecanizado electroquímico.

12. Procedimiento según la reivindicación 10, que comprende además la nitruración del acoplamiento flexible unitario de una sola pieza.

13. Procedimiento según la reivindicación 10, en el que el procedimiento incluye el tratamiento de precalentamiento del material de partida.

14. Procedimiento según la reivindicación 10, en el que el procedimiento incluye el tratamiento de postcalentamiento del acoplamiento flexible unitario.

15. Procedimiento según la reivindicación 10, en el que el mecanizado comprende el acodado de la superficie externa de cada circunvolución con respecto al eje del acoplamiento y el acodado de la superficie interna de cada acoplamiento de manera diferente con respecto a un eje del acoplamiento.

16. Procedimiento según la reivindicación 10, en el que el procedimiento incluye la adaptación de la rigidez axial y de flexión del acoplamiento para desplazar la frecuencia o desintonizar la resonancia.

17. Acoplamiento según la reivindicación 1, en el que la circunvolución presenta una superficie externa y una superficie interna que presentan diferentes ángulos con respecto a un eje del acoplamiento.