Elastyczne sprzęgło silnika: typy, granice niewspółosiowości i etapy wyboru

Pompa odśrodkowa o mocy 15 kW w zakładzie chemicznym co osiem miesięcy zużywała elastyczne sprzęgła silnika szczękowego. Sprzęgło nie było problemem. Pomiar wykazał, że wały silnika i pompy znajdują się w odległości 0,9 mm od siebie przy równoległym przesunięciu i 0,6 stopnia od ustawienia kątowego, co stanowi mniej więcej trzykrotność tego, co może wchłonąć wkładka pająka. Wymiana nie powiodła się w ten sam sposób. Elastyczne sprzęgło silnika jest częścią przenoszącą moment obrotowy ze stałym, skończonym naddatkiem na niewspółosiowość. Traktowanie tego jako lekarstwa na złe ustawienie jest najbardziej niezawodnym sposobem na kupowanie tej samej części dwa razy w roku.

Co robi elastyczne sprzęgło silnika, a czego nie może

Elastyczne sprzęgło silnika łączy wał silnika z wałem wejściowym pompy, skrzyni biegów, sprężarki, wentylatora lub obrabiarki. Wykonuje trzy zadania jednocześnie: przenosi moment obrotowy, pochłania niewielkie przesunięcia wałów, których nie eliminuje żadna prawdziwa instalacja, oraz redukuje wibracje i wstrząsy, które w przeciwnym razie dotarłyby do łożysk silnika i zębów przekładni. Słowo elastyczny opisuje element roboczy, niezależnie od tego, czy jest to wkładka elastomerowa, mieszek metalowy, pakiet tarcz ze stali nierdzewnej, sekcja belki śrubowej czy kratka sprężynowa. Nie opisuje nieograniczonej możliwości połykania niewspółosiowości.

Równie ważne jest to, czego dana część nie zrobi. Nie może ustawić w jednej linii dwóch źle ustawionych wałów, pochłaniać wzrostu temperatury długiego zespołu wałów, kompensować miękkiej stopy ani działać jako element dystansowy między maszynami, które przede wszystkim powinny być ustawione prawidłowo. Każdy elastyczny projekt wiąże się również z kosztami. Elastomery dobrze tłumią wibracje, ale mają ograniczenia temperaturowe i ograniczoną żywotność; typy metaliczne nie mają luzów i tolerują ciepło, ale przepuszczają wibracje i mogą powodować zmęczenie. Korzyści, które sprowadzają się do niższych obciążeń łożysk, mniejszego hałasu i dłuższej żywotności maszyny, podsumowano w tej nocie na temat zalety sprzęgła elastycznego .

Typy elastycznych sprzęgieł silnika, które faktycznie określisz

Maszyny napędzane silnikowo obsługiwane są w praktyce przez osiem rodzin sprzęgieł. W poniższej tabeli wymieniono niewspółosiowość, z jaką radzi sobie każdy z nich podczas pracy, oraz napędy, w których zasługuje na swoje miejsce. Traktuj liczby jako wartości planistyczne, a nie ograniczenia.

Dwie zasady są ważniejsze niż liczby. Utrzymuj niewspółosiowość roboczą do około jednej trzeciej naddatku znamionowego, ponieważ sprzęgło już pracujące na granicy nie ma rezerwy na wzrost temperatury lub osiadanie fundamentu. I dopasuj materiał elementu do środowiska: wkładki nitrylowe są wygodne w temperaturach od około -40°C do 100°C, poliuretan nieco mniej w górnej części tego zakresu, natomiast mieszki lub pakiet membran są ograniczone raczej trwałością zmęczeniową niż temperaturą.

RSK-CPFJC Aluminiowe sprzęgło krzyżowe o dużej sztywności Przy doborze sprzęgła napędzanego silnikiem ta aluminiowa szczęka/pająk o zerowym luzie tłumi wibracje i kompensuje przesunięcie w przypadku obliczonego momentu obrotowego i niewspółosiowości. Zobacz produkt →

Sekwencja wyboru: moment obrotowy, niewspółosiowość, prędkość, dopasowanie

Moment obrotowy i współczynnik serwisowy

Zacznij od napędzanej maszyny, a nie silnika. Wymagany moment obrotowy wynosi T = 9550 x P/n, przy P w kW i n w obr./min, zatem silnik o mocy 22 kW przy 1470 obr./min potrzebuje około 143 Nm. Pomnożyć przez współczynnik pracy: około 1,5 dla gładkich wentylatorów i pomp odśrodkowych, 2,0 dla przenośników, mieszalników i sprężarek tłokowych oraz 2,5 lub więcej dla kruszarek, pras walcowych i napędów nawrotnych. Następnie potwierdź maksymalny moment obrotowy. Silnik łączony bezpośrednio może przy rozruchu dostarczyć od dwóch do trzech razy większy moment znamionowy, a w tym momencie decyduje wartość szczytowa sprzęgła, a nie jego wartość ciągła.

Niewłaściwy budżet

Zmierz przesunięcie po zabetonowaniu i przykręceniu maszyn, a nie na podstawie rysunku. Dodaj przyrost termiczny pomiędzy stanami zimnymi i gorącymi. Następnie wybierz rozmiar, którego znamionowe tolerancje równoległe, kątowe i osiowe są co najmniej trzykrotnie większe od oczekiwanych. Najczęściej zapomina się o naddatku osiowym: sprzęgło mieszkowe na zestawie wału, które rośnie o 1 mm pod wpływem ciepła, traci ciąg na długo przed utratą skręcania.

Szybkość, równowaga i luz

Powyżej około 3000 obr/min wyważenie staje się kryterium wyboru, a nie przypisem, a sprzęgło zachowujące się przy 1500 obr/min może wibrować przy 6000 obr/min, jeśli zespół nie jest wyważony jako całość. Na osiach serwomechanizmu i pozycjonowania luz i sztywność skrętna przewyższają moment obrotowy, dlatego piasty zaciskowe i elementy bezluzowe zastępują w tych pozycjach śruby ustalające i wkładki elastomerowe.

Szczegóły instalacji decydujące o trwałości sprzęgła

• Wyrównaj za pomocą czujnika zegarowego lub systemu laserowego w dwóch płaszczyznach, a następnie sprawdź ponownie po pierwszym dniu pracy.
• Ustaw piasty tak, aby element elastyczny znajdował się w zaprojektowanej szczelinie i nigdy nie używaj sprzęgła do zamykania szczeliny wału.
• Przestrzegaj dopasowania otworu. Otwór H7 na wale h6 z odpowiednim wpustem wsuwa się bez użycia siły; luźny otwór powoduje powstawanie progów w ciągu kilku tygodni, a wbijana piasta uszkadza łożyska.
• Dokręcić śruby zaciskowe i sworznie za pomocą kalibrowanego klucza, w kolejności pokazanej na rysunku.
• Trzymaj elementy elastomerowe z dala od oleju, ozonu i bezpośredniego światła słonecznego w magazynie i sprawdzaj je podczas planowanych przestojów, zamiast czekać na awarię.

Wzorce niepowodzeń i co ci mówią

• Wkładka pająka zużyta w kształcie półksiężyca wskazuje na niewspółosiowość kątową; równomierne zużycie we wszystkich punktach płatków w celu przeciążenia.
• Pęknięcie metalowego mieszka w pobliżu kołnierza oznacza zwykle powtarzające się przemieszczenia osiowe lub kątowe, a nie wadę materiałową.
• Spłaszczone lub stopione tuleje sworzni wskazują na ciepło otoczenia lub promieniowanie powyżej granicy elastomeru.
• Otwór piasty progowej i rowek wpustowy wykazują luźne pasowanie w połączeniu z odwróceniem momentu obrotowego.
• Sprzęgło nagrzewające się przy umiarkowanym obciążeniu często ulega nadmiernemu ściskaniu osiowemu podczas montażu.

Dopasowanie sprzęgła do maszyny napędzanej

W przypadku pompy odśrodkowej, wentylatora lub przenośnika ślimakowego napędzanego standardowym silnikiem indukcyjnym o mocy od 7,5 do 45 kW, zwykle rozsądnym wyborem jest sprzęgło szczękowe lub sprzęgło z tuleją elastyczną. Obydwa tolerują przesunięcie równoległe i kątowe, tłumią drgania skrętne silnika i można je ponownie złożyć na miejscu w czasie krótszym niż godzina bez konieczności przemieszczania żadnej maszyny.

RSK-LT Elastyczne sprzęgło sworzniowe W przypadku standardowych napędów silników indukcyjnych w wentylatorach, pompach lub przenośnikach to niedrogie elastyczne sprzęgło sworzniowe toleruje przesunięcie i upraszcza konserwację na miejscu. Zobacz produkt →

Serwo i osie pozycjonujące to inny problem. W tym przypadku luz ma większe znaczenie niż czysty moment obrotowy, dlatego metalowy mieszek lub sprzęgło belkowe z piastami zaciskowymi utrzymuje połączenie na sztywno przy skręcaniu, jednocześnie umożliwiając niewielkie przesunięcie. Ponieważ zakres sprzęgła serwa obejmuje wersje belkowe, mieszkowe, membranowe, szczękowe i Oldham, w całej maszynie można zastosować ten sam sposób montażu.

RSK-CPRC Sprzęgło serwo mieszkowe ze stopu aluminium W przypadku osi pozycjonowania serwomechanizmu i krokowego, gdzie liczy się luz, to sprzęgło mieszkowe ze stali nierdzewnej typu zaciskowego kompensuje małe przesunięcia bez utraty sztywności skrętnej. Zobacz produkt →

Wysokoobrotowe stanowiska testowe, turbosprężarki i wrzeciona obrabiarek przekraczają granice wyważenia i zmęczenia elastomerów, w których rolę przejmuje sprzęgło membranowe o prędkości obrotowej 10000 obr./min. Z drugiej strony, prasy walcowe, dźwigi, walcownie i wały morskie wymagają przekładni bębnowych lub sprzęgieł ze sprężynami serpentynowymi, czasami z kołem hamulcowym, wałem pośrednim lub piastą dzieloną, a często jako zespół dostosowany do indywidualnych potrzeb, a nie katalogowy.

Co wysłać producentowi w celu uzyskania dokładnej wyceny

Cytat dotyczący połączenia jest tak dobry, jak dane za nim stojące. Zanim zapytasz o cenę, podaj następujące informacje:

• Moc silnika, prędkość i sposób rozruchu
• Średnice wałów, wymiary wpustów i klasa pasowania po obu stronach
• Zmierzona lub oczekiwana niewspółosiowość równoległa, kątowa i osiowa
• Cykl pracy, poziom wstrząsów i możliwość cofania napędu
• Temperatura otoczenia, wilgoć, kurz i chemikalia
• Prędkość robocza i powyżej 3000 obr/min wymagany stopień wyważenia
• Niezależnie od tego, czy potrzebne jest koło hamulcowe, tarcza hamulcowa, wał pośredni czy piasta dzielona

Dzięki tej liście dostawca może wybrać standardowy rozmiar, zalecić materiał elementu i potwierdzić, czy wymagany jest zmodyfikowany otwór, wpust lub zespół wyważony. Taki poziom dostosowywania jest rutynowy w produkcji sprzęgieł przemysłowych i zwykle jest tańszy niż określanie ponadwymiarowej jednostki standardowej w celu uwzględnienia nieznanego.

Sprzęgło jest najtańszym elementem większości układów napędowych i najczęściej ulega awariom z przyczyn niemających nic wspólnego z samym sprzęgłem. Napraw ustawienie, dobierz rozmiar maksymalnego momentu obrotowego, zachowaj jedną trzecią naddatku na niewspółosiowość w rezerwie, a elastyczne sprzęgło silnika wytrzyma dłużej niż łożyska po obu stronach.