Tárcsás tengelykapcsoló kialakítás: kulcsparaméterek a megbízható, nagy nyomatékú tengelycsatlakozásokhoz

Egy üzemmérnök egyszer megkérdezte, hogy a szivattyú tengelykapcsolója miért károsítja folyton a tárcsacsomagokat annak ellenére, hogy a tengelyek 0,05 mm-en belülre kerültek. A tengelykapcsolót kizárólag a nyomaték alapján választották ki. Senki nem vette figyelembe azt az axiális tolóerőt, amely akkor keletkezett, amikor a tárcsacsomagot eltérítette a szivattyú termikus növekedése, és a ciklikus terhelés lassan megviselte a lemezeket a csavarkörnél. A tárcsás tengelykapcsoló-tervezés a torziós merevség, az eltolódási kapacitás és az erő helyreállítása a valódi működési burkolattal szemben. Állítsa be az egyensúlyt, és a tengelykapcsoló egy illeszkedő és felejthető alkatrész lesz; félreérti, és ez a leállások visszatérő forrásává válik.

Mit kell nyújtania a tárcsacsatlakozó kialakításának

A tárcsás tengelykapcsoló a forgatónyomatékot vékony rozsdamentes acél lemezeken, csomagokban elhelyezve továbbítja. A tervezési munka három mérhető feltétellel kezdődik:

• A névleges nyomaték átvitele nagy torziós merevséggel és nulla holtjátékkal.
• A párhuzamos eltolódást, a szögeltérést és a kombinált eltolódást meghatározott határokon belül alkalmazza.
• Nyelje el az axiális mozgást (végúszó), miközben a hajtó- és hajtott csapágyakra ható reakcióerőket elfogadható értékeken belül tartja.

Az első két követelmény általában nyilvánvaló. A harmadik az, amely elválasztja a jó terveket a problémástól. Minden tárcsacsomagnak véges axiális és hajlítási merevsége van, és a tengelykapcsoló eltérítésekor helyreállító erőket hoz létre. Ezek az erők közvetlenül a csatlakoztatott gép csapágyaiba és tömítéseibe jutnak. Az a kialakítás, amely maximalizálja a nyomatékkapacitást több rétegelt réteg egymásra helyezésével, a hajlítás során is merevebb lesz, és ennek megfelelően nő a csapágyterhelés.

Lemezcsomag geometriája: egyenes oldal vs

Az egyes laminálások alakja szabályozza, hogy a feszültség hogyan terjed a csomagon terhelés alatt. Két geometria uralja az ipari gyakorlatot.

Az egyenes oldalú tárcsacsomagok szilárd kontúrral rendelkeznek a belső és a külső csavarkör között. Ezek adják a legnagyobb nyomatéksűrűséget egy adott borítékhoz, és viszonylag olcsón előállíthatók. Hátránya, hogy a feszültség a csavarfuratok körül összpontosul, ami korlátozza azt a szögelhajlást, amelyet a csomag a fáradásos sérülések nélkül képes elnyelni.

A karcolt vagy profilozott tárcsacsomagok eltávolítják az anyagot a szomszédos csavarok között, íves kontúrt hozva létre. A profil szélesebb területen osztja el a feszültséget, és nagyobb szögeltolódást tesz lehetővé ugyanazon a ciklikus feszültségszinten. A kompromisszum az azonos átmérőnél valamivel alacsonyabb nyomatékkapacitás, ezért a szivattyús, kompresszoros és más forgóberendezés-alkalmazásokban a horzsolt csomagok dominálnak, ahol az eltolódási képesség fontosabb, mint az abszolút tömörség.

Az általános ipari hajtásláncok esetében az alumíniumötvözet agyakkal és bilincs típusú rögzítéssel ellátott, karcolt mintájú tárcsacsatlakozás praktikus egyensúlyt biztosít az eltolódási kapacitás, a torziós merevség és a tömörség között.

RSK-CPL alumíniumötvözet membráncsatlakozó 304-es rozsdamentes acél tárcsával Ez a bilincs típusú tengelykapcsoló alumíniumötvözet agyat és 304-es rozsdamentes acél membránt használ, amely alacsony tehetetlenséget és nagy torziós merevséget kínál a precíz szervo- és léptetőmotoros alkalmazásokhoz. Termék megtekintése →

Anyag és laminálási vastagság

A lemez anyagának kiválasztását a korrózióállóság, a hőmérséklet és a fáradtságállóság határozza meg. A csapadékban edzett rozsdamentes acélok az alapértelmezett választás, mivel a nagy folyáshatárt jó korrózióállósággal és körülbelül 300°C-ig terjedő hőmérsékleten stabil viselkedéssel kombinálják. Sóval terhelt vagy kémiailag agresszív környezetben az erősebben ötvözött rozsdamentes minőségek csökkentik a lyukasztás és a feszültségkorróziós repedések kockázatát, míg a feketített, 45-ös acélcsomag korrózióálló felülettel praktikus középút a szárazabb ipari környezetben.

RSK-CPNLT 45# acél lépcsős kettős membrános csatlakozó feketítő felülettel Kulcsos 45#-os acélagyval és 304-es rozsdamentes acél membránnal rendelkező bilincscsatlakozó nagy nyomatékátvitelt és korrózióállóságot biztosít az igényes ipari hajtásláncok számára. Termék megtekintése →

A laminálás vastagsága közvetlen tervezési kar. A vékony rétegelt lemezek adott elhajlás mellett kisebb helyreállító erőt hoznak létre, ami védi a csapágyakat, de csomagonként kisebb axiális teherbírást biztosítanak. A vastagabb laminátumok nagyobb nyomatékot és axiális terhelést hordoznak, de merevebbé teszik a csomagot hajlítási és axiális irányban egyaránt. A legtöbb tervezésnél egy vastag lemez helyett egy köteg azonos vékony laminátumot használnak, éppen azért, mert a laminált köteg leválasztja a teherbírást a rugalmasságtól: a laminálás hozzáadása növeli a nyomatékkapacitást anélkül, hogy növelné egyetlen elem hajlítási merevségét.

Csavarozott ízületek és előfeszítés

A forgatónyomaték a csavarok szorítóereje révén kerül átadásra a belső és a külső csavarkör között. A helyesen kialakított kötésben a rétegek közötti súrlódás hordozza a terhelést; maguk a csavarok nem nyírásban működnek. Ezért a meghúzási eljárás és az előfeszítés a tervezés része, nem pedig utólagos gondolat.

Az előfeszítés a tárcsacsomag csavarjainak meghatározott előfeszítésre történő szándékos megfeszítését jelenti. Ha a szorítóerő túl kicsi, a rétegelt lemezek minden terhelésváltáskor egymásnak csúsznak, ami a csavarfuratok kopását okozza. A terepen a legelterjedtebb tárcsás tengelykapcsoló meghibásodási módja a fröccsöntés, amely szinte mindig visszavezethető elégtelen vagy inkonzisztens előfeszítésre, vagy a csavarfejek alól hiányzó edzett alátétekre.

A jól megtervezett csavarkötések ellenőrzött csavarfeszességet, edzett alátéteket vagy gallérokat, valamint mikrocsúszásnak ellenálló felületet használnak. Ha egy tengelykapcsolót ezen részletek nélkül szerelnek össze, a tárcsacsomag tervezési szándéka az első naptól fogva sérül.

Torziós merevség vs helyreállító erő: az átváltás, amely megvédi a gépeket

A tárcsás tengelykapcsoló-konstrukciók meghatározó jellemzője a nagy forgásirányú torziós merevség és az eltolás síkjában az alacsony hajlítási merevség kombinációja. Ez lehetővé teszi a nyomaték átvitelét feltekerő nélkül, miközben elfogadja a tengely elmozdulását.

A visszaállító erő az az oldalirányú vagy axiális erő, amely akkor keletkezik, amikor a tárcsacsomagokat eltérítik semleges helyzetükből. A kisebb helyreállító erők növelik a csapágyak és a tömítések élettartamát, mivel a gép nem visel állandó oldalterhelést. A tervezők ezért a legvékonyabb praktikus laminálásra és a legkisebb csomagátmérőre törekednek, amely még mindig kielégíti a nyomaték- és sebességkövetelményeket.

Míg minden csapágynak megvan a maga megengedett radiális terhelése, hasznos mérce az, hogy a tengelykapcsoló maximális helyreállító erejét nagymértékben a csapágy folyamatos névleges értéke alatt kell tartani. Meglepően könnyű elérni ezt a határt, amikor a tervezők laminálást adnak hozzá a nyomatékkapacitás eléréséhez anélkül, hogy újra át kellene nézniük a merevség számítását.

Tárcsás tengelykapcsoló vs fogaskerekes tengelykapcsoló: tervezési prioritások összehasonlításban

A tárcsás tengelykapcsolók és a fogaskerekes tengelykapcsolók eltérő módon közelítik meg az eltolódást, és a tervezési prioritások ennek megfelelően eltérőek. A fogaskerekes tengelykapcsolók a forgatónyomatékot a koronás fogaskerekek fogain keresztül továbbítják, amelyek lehetővé teszik a relatív csúszást az agy és a hüvely között; nagy forgatónyomatékot kezelnek kompakt burokban, és elviselik a jelentős eltéréseket, de kenést igényelnek, és a fogak oldalának súrlódása továbbra is hosszú távú karbantartási probléma. A tárcsás tengelykapcsolók hajlításkor rugalmas fémelemeket használnak, és nem hordoznak csúszó alkatrészeket, így kenés nélkül futnak, és sokkal kisebb helyreállító erőket termelnek.

Ahol a nagy nyomatéksűrűség és a nagy eltolódás a domináns követelmény, ott a fogaskerekes tengelykapcsolók maradnak a hagyományos választás, és a dobfogaskerekes tengelykapcsolók működési elvei megmagyarázzák, hogy miért dominálnak továbbra is a nehéz maróhajtásoknál. De ahol a pontosság, a tiszta működés és az alacsony csapágyterhelés többet jelent, mint az abszolút nyomatéksűrűség, a tárcsás tengelykapcsoló kialakítása az erősebb jelölt.

Nagy sebességű és egyedi tárcsacsatlakozó kialakítás

A nagy sebességű szolgáltatás különböző korlátozásokat vezet be. Körülbelül 3600 ford./perc feletti üzemi fordulatszámon a tengelykapcsoló kiegyensúlyozatlansága közvetlenül gerjeszti az oldalsó forgórész üzemmódokat, és a tervezőnek ellenőriznie kell, hogy a tengelykapcsoló futási sebessége nem esik egybe a rotorrendszer kritikus fordulatszámával. A mérleg minőségi fokozatait az ISO 1940-1 szabványnak megfelelően határozzák meg, és a 10 000 vagy ennél nagyobb fordulatszámmal működő tengelykapcsolókhoz általában többsíkú mérleg szükséges.

A szélveszteségek és a külső felület aerodinamikai ellenállása is a sebességgel nő, ezért a nagy sebességű tárcsás tengelykapcsolók sima profilokkal vannak megmunkálva, kiálló rögzítőelemek nélkül. A távtartó tengelyirányú elhelyezkedése, a membrán vastagsága és a két csomag közötti hajlítási merevség egyaránt befolyásolja a rendszer oldalirányú sajátfrekvenciáit.

Ebben a tartományban gyakoriak az egyedi tervezések. A próbapadi tengelykapcsolókhoz, a turbógépekhez és a nagy sebességű ventilátorhajtásokhoz gyakran nem szabványos agyfuratok, lépcsős tengelyek vagy a tengelykapcsoló testébe integrált féktárcsák szükségesek. A teljes tervezési és megmunkálási folyamatot irányító gyártó módosíthatja a lemezcsomag geometriáját és a kerékagy konfigurációját a mérleg specifikációinak veszélyeztetése nélkül.

Gyakorlati tárcsacsatlakozó-tervezési ellenőrzőlista

A tárcsás tengelykapcsoló-tervezés véglegesítése előtt a következő pontokat össze kell hasonlítani a tényleges gépadatokkal, nem pedig az általános besorolási besorolásból.

• Nyomaték: erősítse meg a folyamatos nyomatékot és a legrosszabb eset csúcsnyomatékát, beleértve az indítási és elakadás körülményeit.
• Eltérés: a valós telepített eltolást mérje, nem a katalógus maximumát; a tervezési margó gyorsan eltűnik, ha párhuzamos és szögeltérés egyszerre hat.
• Axiális mozgás: tartalmazza a hőnövekedést és a hajtott gép bármely tengelyirányú úszóját; a tárcsacsomag tengelyirányú merevsége ezt a mozgást tolóerővé alakítja át.
• Visszaállító erő: hasonlítsa össze a számított visszaállító erőt a csapágygyártó által megengedett radiális terheléssel.
• Sebesség: ellenőrizze a mérleg minőségi fokozatát, és ellenőrizze, hogy az oldalirányú kritikus sebesség nem esik-e a működési tartományba.
• Környezet: mérje fel a hőmérsékleti tartományt, a páratartalmat, a vegyi expozíciót és azt, hogy szükséges-e teljesen fémből készült kialakítás az ATEX vagy hasonló feladatokhoz.
• Telepítés: ellenőrizze, hogy a csavarok, alátétek és meghúzószerszámok meg vannak-e írva, mivel az előfeszítés meghatározó a rezgésállóság szempontjából.

A tárcsás tengelykapcsoló kialakítása nem egyszerűen nyomatékszámítás. A legjobb kivitelek azok, ahol a laminálások helyreállító erejét, eltolódási kapacitását és kifáradási élettartamát a valós üzemi feltételekhez képest számolták ki, mert az a tengelykapcsoló, amely soha nem megy tönkre, az a tengelykapcsoló, amelyet a rendszerhez terveztek, nem a katalógushoz.