Acoplamento de lâminas Thomas Rexnord: guia completo

O acoplamento de lâminas liga dois eixos por meio de um pacote de lâminas finas de aço inoxidável, que flexionam para absorver o desalinhamento sem desgaste por atrito e sem lubrificação. É o tipo de acoplamento usado em bombas, compressores, ventiladores e acionamentos de alta velocidade e alto torque. Neste guia técnico completo apresentamos a linha Thomas, da Rexnord: como o acoplamento de lâminas funciona, os 14 modelos do catálogo, para que serve cada um, materiais, normas, balanceamento e como pedir. No mercado, “acoplamento de lâminas” e “acoplamento de discos” são o mesmo equipamento, e o catálogo em inglês o chama de flexible disc coupling.

O que é um acoplamento de lâminas

Um acoplamento flexível liga as pontas de dois eixos, transmite torque e, ao mesmo tempo, acomoda pequenos desalinhamentos que aparecem em serviço, por assentamento de fundações, dilatação térmica ou vibração. O acoplamento de lâminas faz isso com um pacote de lâminas metálicas finas, parafusadas alternadamente a cada um dos cubos. Em vez de deslizar, o aço flexiona, e é por isso que ele dispensa lubrificação.

Lâminas ou discos? São dois nomes do mesmo componente. Os fabricantes falam em acoplamento de discos (disc coupling), e na oficina muita gente diz acoplamento de lâminas. Na linha Thomas, o catálogo da Rexnord usa “flexible disc couplings” (acoplamentos de discos flexíveis). Aqui usamos os dois termos como sinônimos. Se você procura o mesmo princípio em outra linha, veja o guia do acoplamento Lamiflex de discos e lâminas flexíveis.

As funções de um acoplamento flexível, segundo o catálogo Thomas, são:

• Funções principais: transmitir potência de um eixo ao outro com eficiência e acomodar os pequenos desalinhamentos que surgem em serviço.
• Funções secundárias: proteger os equipamentos conectados, absorvendo choques, vibrações e pulsações, reduzindo a carga transversal nos mancais, aceitando reversões de carga e minimizando a folga (backlash).

Como funciona o acoplamento de lâminas

O conjunto básico tem três partes: dois cubos (ou flanges), montados nos eixos, e o pacote de lâminas que os liga, às vezes com um espaçador no meio. Os parafusos prendem as lâminas em furos alternados: um furo vai ao cubo do lado motor e o seguinte, ao cubo do lado movido.

1. O torque passa do cubo motor para o pacote de lâminas pelos parafusos.
2. Entre dois parafusos vizinhos, a lâmina trabalha em tração, nos trechos chamados de cordas de acionamento (driving chords).
3. Quando os eixos estão desalinhados, as lâminas flexionam em cada ciclo, sem atrito de deslizamento.
4. O torque chega ao cubo movido com a mesma rotação, sem folga relevante.

Desalinhamento angular e paralelo. Um pacote de lâminas aceita desalinhamento angular. Para aceitar também desalinhamento paralelo, o acoplamento precisa de dois pacotes, um em cada ponta do espaçador, e por isso os modelos com espaçador são os mais usados. Os modelos de flexão simples (single flex) aceitam só o angular. O catálogo Thomas informa o desalinhamento angular por pacote de lâminas, em geral 1/3° por pacote, e 1/2° ou 2/3° nos tamanhos menores da série XTSR.

Pacote de lâminas Thomas: XTSR, Tpack, redondo e slabbed

O pacote de lâminas é o coração do acoplamento, e a Thomas usa quatro projetos:

• XTSR (unitizado): usado em todos os acoplamentos XTSR, com 4, 6 ou 8 furos conforme o tamanho (4 furos nos tamanhos 494 a 644, 6 furos nos 726 a 996 e 8 furos nos 1088 a 5258) e perfil recortado. É todo de aço inoxidável e unitizado, ou seja, sem peças soltas. Arruelas perfiladas eliminam picos de tensão na região dos parafusos, e o círculo de furos do pacote é menor que o dos flanges, o que pré-tensiona as cordas e evita fadiga de torque na partida. O perfil recortado reduz a rigidez total e otimiza o caminho do torque.
• Tpack: semiunitizado, com buchas cabeçudas em furos alternados e perfil recortado. É opcional nos modelos AMR, CMR e Series 52, e é o padrão do Series 71-8 (tamanhos 225 a 750).
• Slabbed: perfil achatado do Series 71 (4 e 6 furos), com rigidez menor e melhor transmissão de torque. As lâminas são soltas, coladas entre si com fita para facilitar a montagem.
• Classic round (redondo): o projeto original da Thomas, com lâminas de perfil redondo, furos igualmente espaçados ou em pares, também coladas com fita. É o usado em 54RDG, 54RD, DBZ, AMR, CMR e SN/SF/SV.

Vantagens e cuidados do acoplamento de lâminas

Vantagens

• Sem lubrificação: a série 54 foi projetada como alternativa sem manutenção de lubrificação aos acoplamentos de engrenagem e de grade em montagens curtas.
• Alta velocidade e alto torque: o XTSR52 chega a 23.000 rpm balanceado (tamanho 494) e a 283.000 N·m de torque contínuo máximo (tamanho 5258).
• Folga mínima: a transmissão é por tração nas lâminas, sem folga de dentes.
• Absorve choques e vibrações e reduz a carga transversal nos mancais.
• Material resistente à corrosão: pacotes de lâminas em aço inoxidável de série, com Tomaloy, Monel e Inconel como opções em algumas linhas.
• Atende a normas de equipamentos críticos, como API 610, ISO 14691 e API 671, conforme o modelo, além da certificação ATEX II 2GD c T6 nos XTSR52 e XTSR71.
• Serve motores NEMA com mancais de deslizamento sem modificações nem dispositivos de limitação de folga axial, segundo o catálogo.

Cuidados

• O alinhamento é decisivo. Um acoplamento de lâminas trabalha bem dentro da capacidade, e o desalinhamento acima do limite compromete o pacote.
• Pacote simples não aceita desalinhamento paralelo. Se o seu eixo exige isso, escolha um modelo com dois pacotes.
• Proteção obrigatória: todo produto de transmissão de potência rotativo deve ter proteção (guarda), e nunca se opera o acoplamento sem ela.
• Balanceamento: alguns tipos (AMR, CMR e DBZ) não são adequados para balanceamento dinâmico. Veja a seção de materiais e normas.

Os 14 modelos de acoplamento de lâminas Thomas

O catálogo Thomas Metric 2023 da Rexnord reúne estas famílias. Para escolher o tamanho de cada uma, veja o passo a passo de dimensionamento de acoplamento de lâminas.

Há ainda as séries antigas Series 52 e Series 71, substituídas por versões com mais recursos (XTSR52 e XTSR71), mas ainda usadas em reposição. No site da PEAGE há páginas de produto para os principais modelos: XTSR52, XTSR71, 54RDG e 54RD, SN, AMR, DBZ e Thomas 71.

Acoplamentos de lâminas curtos: 54RDG, 54RD e DBZ

Quando a distância entre os eixos é mínima, os acoplamentos de lâminas curtos (close-coupled) são a solução.

Series 54RDG e 54RD

São acoplamentos de diâmetro reduzido, projetados para substituir acoplamentos de engrenagem e de grade em montagens curtas. O elemento central é bipartido axialmente, o que permite fazer a manutenção sem mover os cubos nem os equipamentos conectados. No 54RDG, o elemento central é centrado (piloted) no adaptador, o que dá maior potencial de velocidade com alta densidade de torque. Quando especificados, atendem a API 610 e, no 54RDG, também a API 671.

• Pacote: redondo (classic round), com 1/3° de desalinhamento angular por pacote.
• Balanceamento padrão: AGMA classe 6.
• Materiais: lâminas em aço inoxidável (Tomaloy, Monel e Inconel opcionais), componentes principais em aço carbono e parafusos em aço liga.
• Faixa do 54RD: tamanhos de 125 a 1000, com torque contínuo máximo de 263 a 146.760 N·m e velocidade de 4.600 a 1.200 rpm, conforme o tamanho.

DBZ, DBZ-A e DBZ-B

O DBZ é um acoplamento de lâminas de uso geral para espaçamento mínimo entre eixos. Aceita cargas de torque contínuo de até 43.400 lb-in (cerca de 4.900 N·m). Um ou os dois cubos podem ser invertidos para variar o espaçamento:

• DBZ: os dois cubos invertidos.
• DBZ-A: um cubo estendido, que permite furo cônico.
• DBZ-B: os dois cubos estendidos, para o maior espaçamento.

O DBZ usa pacote redondo, tamanhos de 50 a 451, balanceamento padrão AGMA classe 7 e furo reto com ajuste com folga, em estoque. Ele não é adequado para balanceamento dinâmico.

Com espaçador: XTSR52 e XTSR71

Os acoplamentos de lâminas com espaçador têm dois pacotes, aceitam desalinhamento angular e paralelo e permitem retirar o elemento central sem mover as máquinas. A série XTSR é a geração atual da Thomas.

XTSR52

Acoplamento com espaçador de uso geral, sem adaptador, com alta velocidade e alto torque e peso mínimo, com poucos componentes. É compatível com API 610 e ISO 14691 quando especificado e certificado ATEX II 2GD c T6. As aplicações são bombas e compressores (centrífugos, rotativos, de lóbulos e axiais), multiplicadores de velocidade, ventiladores e dinamômetros.

XTSR71

Acoplamento com espaçador e adaptadores, em projeto de três peças: dois cubos e um elemento central montado na fábrica. Os cubos são centrados (pilot-fitted) nos adaptadores, o que dá excelente balanceamento dinâmico, e a instalação e a retirada são “drop-in”, sem mover os equipamentos. Atende a API 610 e ISO 14691 de série, a API 671 (ISO 10441) quando especificado e é certificado ATEX II 2GD c T6. Balanceado conforme AGMA classe 9. É possível pedir cubos maiores (XL, um tamanho acima, ou XXL, dois tamanhos acima) para ganhar capacidade de furo.

As duas séries cobrem de 494 a 5258 e compartilham as soluções de engenharia disponíveis sob consulta: proteção de sobrecarga de torque, isolamento elétrico, sintonia torcional, resistência a faíscas e construção em aço liga.

• Tamanhos: 494 a 5258 (23 tamanhos).
• Torque contínuo máximo: de 85 N·m (tamanho 494) a 283.000 N·m (tamanho 5258).
• Furo máximo do cubo padrão (XTSR52): de 27 mm a 320 mm.
• Desalinhamento angular por pacote: 2/3° nos tamanhos 494 e 644, 1/2° nos tamanhos 726 a 996 e 1/3° nos tamanhos 1088 a 5258.
• Balanceamento padrão: AGMA classe 9.

Veja a tabela de torque e velocidade de cada tamanho no guia de dimensionamento de acoplamento de lâminas.

Serviço pesado: AMR, CMR e Series 44

Para baixa e média velocidade com torque de partida alto, cargas de impacto, reversões de torque e torque alternado contínuo, a Thomas tem três modelos de espaçador fixo:

• AMR: liga eixo a eixo, como em compressores acionados por motor. O elemento central de “alças abertas” (open lug) dá folga na montagem e reduz o espaço necessário. O elemento central é de ferro fundido nos tamanhos 162 a 750 e de aço fundido a partir do 800. Tamanhos de 162 a 1550.
• CMR: igual ao AMR, mas com placa adaptadora de volante que se parafusa direto no volante de motores ou compressores. A placa se encaixa no rebaixo do volante e reduz os esforços externos no virabrequim. Há adaptadores para praticamente qualquer flange, com parafusos SAE (serviço leve) ou Thomas (serviço pesado).
• Series 44: semelhante ao CMR, mas todo em aço e totalmente usinado. O espaçador (cota “C”) é ajustável, e a construção permite maior torque contínuo e de pico, maior velocidade e melhor nível de balanceamento. Quando especificado, atende a API 610 ou API 671.

Os três usam pacote redondo, com Tomaloy nas lâminas como padrão (aço inoxidável, Monel e Inconel opcionais) e 1/3° por pacote. O AMR e o CMR não são adequados para balanceamento dinâmico, e quem precisa de classe de balanceamento mais fina deve escolher a Series 44. O acoplamento Thomas AMR tem página própria no site.

Longos vãos e eixo flutuante: XTSRLS, XTSRGA, SN, SF e SV

Quando os equipamentos ficam muito afastados, usa-se um acoplamento de lâminas de eixo flutuante, com um tubo ou espaçador longo entre dois pacotes:

• XTSRLS52: sem adaptador, com espaçador de aço soldado, para distâncias bem maiores que as do XTSR52 usinado. Tamanhos de 726 a 4588. No exemplo do catálogo, um XTSRLS52 1088 atende a uma distância máxima entre pontas de eixo (DBSE) de 2.201 mm a 1.800 rpm.
• XTSRLS71: com adaptadores, três peças e cubos centrados, com espaçador de aço soldado.
• XTSRLS71-C: com espaçador de fibra de carbono, que atinge vãos maiores e reduz o peso e a carga radial sobre os equipamentos.
• XTSRGA e SN-GA: substituem diretamente os acoplamentos de engrenagem lubrificados, comuns em papel e celulose com grandes distâncias. Os adaptadores se parafusam nos cubos rígidos existentes padrão AGMA, substituindo todo o conjunto flutuante, com calços axiais para ajuste fino.
• SN, SF e SV: acoplamentos de eixo tubular fabricado pela Rexnord. O SN é de eixo flutuante pleno (torres de resfriamento, papel, gráficas, bombas e compressores), o SF é semiflutuante, com eixo curto e mancal que substitui um dos cubos, e o SV é vertical, com o cubo inferior modificado para sustentar o peso do eixo (bombas de água doce e de esgoto, bombas de carga marítimas).

Flexão simples, limitador de torque e miniaturas

• XTSRS e SN de flexão simples: só aceitam desalinhamento angular. São usados em montagens com três mancais, em que a carga radial é suportada pelo próprio acoplamento, como geradores de um mancal e polias em V. Dois XTSRS e um eixo intermediário formam um acoplamento de eixo flutuante pleno. Não servem para conectar máquinas com os dois eixos presos rigidamente em seus mancais.
• XTSR com limitador de torque Autogard 405: a série Autogard 400 integra a proteção contra sobrecarga de torque ao acoplamento flexível. O modelo 405.XTSR52 aceita comprimentos de espaçador variáveis e os dois tipos de desalinhamento, e o 405.XTSRS, só o angular.
• Miniaturas (CC, CA, CB, CBC, CE e CS): acoplamentos de alta precisão para baixa potência, com cubos de alumínio anodizado, lâminas de aço inoxidável e temperatura máxima de cerca de 121 °C (250 °F). Há opção em material fenólico isolante. No estilo CC, a capacidade de torque vai de 0,12 N·m (tamanho 12) a 2,15 N·m (tamanho 37).

Materiais, balanceamento e normas do acoplamento de lâminas Thomas

O catálogo define duas velocidades para cada tamanho: a rotação máxima como fabricado (condição normal, com sensibilidade alta ao desbalanceamento) e a rotação máxima balanceado (após balanceamento). Para rotações acima, é preciso consultar a Regal Rexnord, porque podem ser necessários projetos ou processos especiais.

Como ler o código do acoplamento de lâminas Thomas e fazer o pedido

O código segue a sequência: tamanho, tipo, modificações, distância entre pontas de eixo (cota C) e furos dos cubos. Um exemplo do catálogo é 1088 XTSR71 B 9.00 3.250 x 2.50:

• 1088: tamanho do acoplamento.
• XTSR71: tipo (série atual com adaptador). Outros códigos: XTSR52, DBZ, AMR, CMR, SR54RDG, XTSRLS52, XTSRLS71, XTSRGA, SR71, SR71-8 e SR52.
• B: campo de modificações. Os códigos do catálogo são BAL (balanceado), ES (especial de engenharia), TPR (furo cônico), PLT (revestimento especial) e ELEC (isolado eletricamente).
• 9.00: distância entre pontas de eixo (cota C).
• 3.250 x 2.50: furos dos cubos.

Para o pedido, informe a quantidade, o tamanho e o tipo, os furos (os cubos são furados conforme ANSI/AGMA 9002-C14), os rasgos de chaveta, a necessidade de balanceamento dinâmico e dados adicionais, como material do pacote, se for diferente do padrão. A Regal Rexnord recomenda ajuste com interferência sempre que possível. Para furo cônico, o catálogo pede um desenho do cubo com o furo e o rasgo, ou o desenho do eixo com as dimensões do cone.

Projetos sob medida

A Regal Rexnord fabrica acoplamentos de lâminas especiais para aplicações que exigem soluções fora do padrão. O catálogo cita, entre outros:

• Elementos centrais com sintonia torcional.
• Acoplamentos isolados eletricamente.
• Acoplamentos com pino de ruptura (breaker pin), em versão com mancal ou com bucha.
• Cubo de montagem por aperto (clamp hub) e por cubo de contração (shrink disc).
• Cubo de tambor de freio e acoplamento motor-tacômetro.
• Pacotes de lâminas duplos, batentes axiais limitadores e acoplamento deslizante (slide coupling).
• Acoplamento para medidor de torque.

Para cada caso, o time técnico da PEAGE leva a necessidade à Regal Rexnord. Veja também outras linhas de acoplamentos que a PEAGE atende, como o acoplamento Falk e o acoplamento Omega.

Perguntas frequentes: acoplamento de lâminas

Dados do catálogo Thomas Flexible Disc Couplings, versão métrica 2023, da Regal Rexnord, que são referências gerais. Em aplicações específicas, siga as orientações do fabricante e consulte a PEAGE.