Fleksibelt diskkoblingsdesign: diskpakkegeometri, nav og applikationspasning

Tre skivepakker svigtede på fjorten måneder på den samme 250 kW kompressor, og hver gang udskiftede vedligeholdelsespersonalet koblingen. Årsagen var 0,9 mm aksial vækst, som ingen havde budgetteret med. Efter justering havde pakken mindre end 0,5 mm aksial kapacitet tilbage, så hver varmstart skubbede de rustfri lamineringer lidt tættere på deres træthedsgrænse.

Den historie bærer konklusionen. Fleksibelt skivekoblingsdesign er ikke en drejningsmomentberegning med en fejljusteringsfodnote. Det er en søgen efter det smalle bånd, hvor koblingen er stiv nok til at overføre drejningsmoment uden opvikling eller tilbageslag, og fleksibel nok til, at de kræfter, den føres tilbage i lejerne, boltene og dens egne laminater forbliver inden for deres udmattelsesgrænser. Design og udvælgelse er det samme problem, set fra hver sin ende af et tilbud.

Hvordan en diskpakke bærer moment

En skivepakke er en stak tynde plader af rustfrit stål, typisk 0,2 mm til 0,5 mm tykke, udstanset med seks til tolv led arrangeret rundt om boltcirklen. Hver plade er fastgjort skiftevis til de to nav med monterede bolte, så moment bevæger sig gennem leddene som spænding på den ene side af koblingen og kompression på den anden. Forskydning absorberes kun af pladernes bøjning. Intet glider, intet er smurt, og intet er lavet af gummi.

Den eneste kendsgerning forklarer hele designets karakter: ingen tilbageslag, ingen slidflader, ingen elastomer, der ældes eller hærdes, og et temperaturloft, der er sat af navene i stedet for af det fleksible element. Det forklarer også svagheden. En kobling uden glidende grænseflade og næsten ingen dæmpning har en meget lille evne til at sprede energi, så uanset hvilken stress koblingerne ser, ser de ved hver omdrejning, i hele maskinens levetid.

Linkprofilen er den første rigtige designbeslutning. Et ligesidet led koncentrerer bøjningsspændingen omkring bolthullerne. Et slingret eller taljet led spreder krumningen langs dens længde: fleksibiliteten stiger, spidsbelastningen ved hullet falder, og reaktionskraften, som pakningen skubber tilbage i lejerne ved en given forskydning, falder med den. Prisen er drejningsmomenttæthed, fordi en formet plade bærer mindre drejningsmoment pr. millimeter bredde end en lige, og pakken skal genvinde det med flere lag, flere bolte eller mere diameter. Pladetykkelse, lagantal, ledbredde og boltantal er de fire variabler, der bestemmer, hvad den færdige kobling kan.

Single Disc eller Double Disc: En misalignment-beslutning

Når pakken er defineret, er spørgsmålet, hvor mange pakker koblingen skal bruge. En enkelt-skive enhed placerer en pakke mellem to hubs. Den håndterer vinkel- og aksialforskydning komfortabelt og parallelforskydning dårligt, hvilket passer til korte, tætkoblede drev: servoakser, små pumper og testrigge, hvor begge aksler allerede sidder inden for et par hundrededele af en millimeter.

En dobbeltskivekobling indsætter et afstandsstykke mellem to pakker. Afstandsstykket konverterer parallelforskydning til vinkelforskydning ved hver pakke, hvilket gør det muligt at forbinde en motor og en gearkasse på separate bundplader uden at bekæmpe hinanden. Afstandsstykkets længde bliver så en ægte designvariabel: den indstiller, hvor meget parallelforskydning koblingen kan absorbere, hvor meget den vejer, og hvor meget dens egen masse og bøjningsadfærd påvirker drivlinen.

Kompakte dobbeltskive-design med korte afstandsstykker og klemme-nav er almindelige, hvor kappen er stram, men parallelforskydning stadig skal absorberes, som i værktøjsmaskiner og CNC-drev.

RSK-CPLF fleksibel aluminiumslegering dobbeltmembranklemmekobling Kompakt dobbeltmembranklemmekobling til CNC-, servo- og stepdrev med aluminiumslegeringsnav, 304 rustfrie membraner, høj stivhed, lav inerti og slørfri transmission. Se produkt →

Stivhedsforhold, reaktionskræfter og lejeregningen

Momentangivelse afgør, om koblingen overlever. Stivhed afgør, om alt omkring den overlever. Tag den aksiale sag, som er den, der oftest ignoreres i tilbudsstadiet. Antag, at den kobling, du skal bruge, har en aksial stivhed på omkring 250 N/mm, et realistisk tal for en mellemstor skivepakke, og akslen vokser 0,8 mm mellem koldstart og fuld belastning. Pakken vil skubbe omkring 200 N tilbage i lejet, kontinuerligt, ud over den normale lejebelastning. På en lille motor er dette nok til at forkorte lejernes levetid fra år til måneder, og ingen drejningsmomentberegning vil nogensinde afsløre det.

Torsionsstivhed virker i den modsatte retning. Den er angivet i Nm pr. radian eller pr. grad, og jo højere den er, jo mere præcist følger den drevne aksel motoren. For positioneringsakser er høj vridningsstivhed sammen med nul slør årsagen til, at en skivekobling overhovedet er valgt. For en drivline, der skal passere gennem en torsionsresonans under opløb, er den samme stivhed en forpligtelse, og lav dæmpning gør toppen skarpere. Hvis applikationen involverer store motorer, frem- og tilbagegående belastninger eller drift med variabel hastighed, hører koblingsstivheden til i torsionsmodellen snarere end i en fodnote.

Den praktiske regel: spørg leverandøren om værdier for vridning, aksial og radial stivhed med tilbuddet, ikke kun drejningsmoment og boringsstørrelse. Du kan ikke kontrollere en lejebelastning eller en resonans med et drejningsmoment alene.

Bolte, balance og hastighedsloftet

Bolteforbindelsen er den del af designet, som felterfaring straffer først. Monterede bolte slibes til en kontrolleret frigang i udrømte huller, således at drejningsmomentet bæres af boltskaftet under forskydning i stedet for ved friktion mellem lamineringerne. Det betyder, at pasformsklassen betyder noget, og det samme gør låsemetoden, fordi en løsnet bolt ændrer belastningsfordelingen over hele pakningen i en enkelt start.

Hastighed er det andet loft, og det er ikke lineært. Resterende ubalancekraft vokser med kvadratet af rotationshastigheden: omkring 1 g-mm ubalance producerer omtrent 1,1 N roterende kraft ved 10.000 rpm og omtrent 4,4 N ved 20.000 rpm. Balancekvalitet følger samme logik. Generelle industridrev er normalt acceptable ved G6.3, højhastigheds- og værktøjsmaskiner kræver normalt G2.5, og meget højhastigheds- eller meget lette rotorer kan have brug for G1. Over koblingens nominelle hastighed hjælper ingen mængde af balancering, fordi grænsen kommer fra centrifugalspænding i selve skivepakken. Hvor arbejdspunktet sidder tæt på loftet, er et specialbygget højhastighedsdesign det eneste fornuftige svar.

Materialer: Rustfri pakker, stål- eller aluminiumsnav

Skivepakken er næsten altid austenitisk rustfrit stål, hvor 301 og 302 er de almindelige valg på grund af deres kombination af træthedsstyrke og korrosionsbestandighed. Udfældningshærdende kvaliteter som 17-4 PH vises, hvor der kræves højere styrke eller højere temperaturevne. Navnet er det sted, hvor materialevalget følger applikationen. Aluminiumslegeringsnav i 6061 eller 7075 holder inertien lav, hvilket betyder noget på servoakserne, hvor hvert gram roterende masse øger motorstørrelsen. Stålnav i 1045 eller en legeringskvalitet, ofte med sort oxidbehandling, dominerer tunge industri- og drev med lang spændvidde, og rustfri nav bruges, hvor der er skylning eller havatmosfære.

Nav-til-aksel-forbindelse fortjener mere opmærksomhed, end den normalt får. En nøgleforbindelse introducerer slør, som ingen skivepakke med nul slør kan kompensere for, så klemme-type nav og nøglefri låseenheder er de normale specifikationer for positionering og høj-revers drev. Miljø, snarere end belastning, bestemmer overfladebehandlingen: sortfarvning for mildt ætsende indendørs anlæg, rustfrit eller belagt hardware til udendørs og marine brug.

RSK-CPNLT Blackened stepped dobbeltmembranklemmekobling Korrosionsbestandig sort kobling til servo- og stepdrev, med kilegang, 304 rustfrie membraner, 45# stålnav, klemskruer og høj momentstivhed. Se produkt →

Stedstolerancer: Hvor et godt design bliver til en dårlig installation

Feltjustering gør et korrekt design til en forkert installation oftere end nogen anden enkelt årsag. Fælles mål for en skivekobling er en vinkelfejl under 0,5 grader og en aksial indstilling inden for 0,5 til 1,5 mm, men disse tal hører til den specifikke størrelse og pakke, så de bør komme fra leverandørens datablad snarere end fra vane. Justering bør kontrolleres kold og, hvor maskinen kører varm, verificeres igen ved driftstemperatur, fordi en aksel, der vokser 2 mm i en 100 mm spændvidde, kan forbruge hele den aksiale justering af en kobling, der var perfekt justeret på bænken.

To vaner forårsager uforholdsmæssig stor skade. Den første er at bruge koblingsboltene til at trække to aksler sammen, hvilket forspænder pakken aksialt, før maskinen overhovedet er startet. Den anden måler kun vinkelfejlen og ignorerer parallel offset på en dobbeltskiveenhed, hvor afstandsstykket forstørrer det til vinkelforskydning ved begge pakker. På drop-out spacer-design skal afstandsstykket også understøttes under montering, så dets vægt ikke bøjer pakkerne, før boltene tilspændes.

Fejltilstande, der er værd at designe imod

De fleste driftsfejl spores tilbage til et lille antal genkendelige mønstre:

• Træthedsrevner, der udstråler fra bolthullerne i skiveleddene, næsten altid et resultat af vedvarende forskydning over mærket snarere end af overbelastning.
• Rivning og hulforlængelse, forårsaget af mikrobevægelser i et led, hvis forspænding er gået tabt.
• Løse eller manglende låsemøtrikker efter en ombygning, som omfordeler belastningen over de resterende bolte.
• Navboring glider på akslen, fra en forkert pasform eller fra en nøgleforbindelse, der blev antaget at være stram nok.
• Korrosionsgruber eller spændingskorrosionsrevner i nedvaskning, kystnære eller kemiske atmosfærer.
• Torsionsresonans ophidset af to gange-line-frekvens drejningsmoment ripple, blade-pass frekvenser eller gear mesh frekvenser, hvor koblingsstivheden aldrig blev indtastet i drivline modellen.

En praktisk udvælgelsessekvens

En brugbar rækkefølge af operationer, uanset om du designer en kobling eller køber en:

1. Beregn det kontinuerlige drejningsmoment ud fra effekt og hastighed: drejningsmoment i Nm er lig med 9550 gange effekt i kW divideret med hastighed i rpm.
2. Anvend en servicefaktor, der afspejler den drevne maskine, typisk 1,5 til 2 for jævne belastninger og 2,5 eller mere for frem- og tilbagegående eller kraftig belastning.
3. Kontroller start-, bremsnings- og stopmomenter i forhold til spidsværdien, ikke den kontinuerlige.
4. Fastgør driftshastigheden, og vælg derefter den balancegrad, som hastigheden faktisk kræver.
5. Etabler den reelle fejljustering: vinkel, parallel og aksial, kold og varm, inklusive fremstillingstolerancer mellem de to maskiner.
6. Konverter fejljustering til reaktionskraft ved hjælp af koblingsstivheden, og tilføj den til lejebelastningen.
7. Bekræft boring, navtype, kilespor eller klemmeforbindelse, afstandsstykkelængde og den tilgængelige konvolut.
8. Bekræft miljøet: temperatur, fugt, kemikalier og afvaskningsfrekvens.

Hvad hører til i forespørgslen

En leverandør, der kun spørger efter boring og moment, har ikke forstået dit drev, og det tilbud, der kommer tilbage, vil være et katalognummer frem for en løsning. Send kontinuerligt og maksimalt drejningsmoment, hastighed og driftscyklus, alle tre fejljusteringskomponenter, omgivelses- og driftstemperatur, korrosionseksponering, tilgængelig konvolut, boring og forbindelsestype og balancegraden, hvis hastigheden er høj. Disse otte elementer er forskellen mellem en kobling, der stille og roligt holder længere end lejerne ved siden af ​​den, og en, der bliver et planlagt forbrugsmateriale.

Hvis det samme anlæg kører flere koblingstyper, fra servomembranenheder til tunge gearkoblinger, er en generel udvalgsreference, der dækker DIN-koblingstyper og -standarder, en nyttig ledsager til et enkelt tilbud, fordi det gør sammenligningen mellem kandidatdesigns konkret i stedet for verbal.

DIN-koblingstyper, standarder og valgvejledning