Sztywne i elastyczne sprzęgła wału: jaka jest różnica?

Błędna decyzja dotycząca sprzęgła sztywnego w porównaniu ze sprzęgłem elastycznym na napędzie wału, a opad rzadko pojawia się natychmiast. Zamiast tego pojawia się kilka tygodni później jako zużyte łożysko, przeżuty wlok lub serwo, które nie może już utrzymać pozycji.

Sztywne sprzęgło utrzymuje dwa wały w stałej relacji bez uwzględnienia niewspółosiowości. Elastyczne sprzęgło pozwala na niewielką ilość sygnałów kątowych, równoległych lub osiowych, aby absorbować błędy wyrównania, jakie ma każdy rzeczywisty zespół. Oba są sprzęgłami wału, które wykonują to samo podstawowe zadanie: łączenie dwóch obracających się wałów, aby moment obrotowy przechodził czysto z jednego do drugiego.

Wybór sprowadza się do trzech rzeczy: jak dokładnie są wyrównane wały, ile momentu obrotowego musi przejść przez złącze i ile wibracji może tolerować reszta układu napędowego. Zasadniczo wybierz sztywne sprzęgło, w którym wały są dokładnie wyrównane i tak pozostaną, wybierz elastyczne sprzęgło tam, gdzie ich nie ma. Ten przewodnik obejmuje myślenie, które stoją za tym, a także pomaga zrozumieć zastosowania, w których każdy z tych typów sprzężeń wyróżnia się.

Zawartość:

• Co to jest sztywne sprzęgło?

• Co to jest elastyczne sprzęgło?

• Sztywne i elastyczne sprzęgła wału: kluczowe różnice

• Jak wybrać między sztywnym a elastycznym sprzęgłem

• Kluczowe wnioski

• FAQ

Co to jest sztywne sprzęgło?

Sztywne sprzęgło lub sztywne sprzęgło wału łączy dwa wały z mechanicznie pojedynczym wałem ciągłym. Po zamontowaniu nie ma względnego ruchu między dwoma końcami. Oznacza to brak kątowego podania, brak pływaka osiowego i brak limitu wałów nieznacznie poza linią. To solidne połączenie jest dokładnie tym punktem. Ponieważ sztywne sprzęgło nie ma elastycznego elementu pochłaniającego obciążenie, cały moment obrotowy przenosi się bezpośrednio i natychmiast, przy minimalnym zwijaniu i prawie zerowym luzie. To sprawia, że sztywne sprzęgła są najlepszym wyborem wszędzie tam, gdzie dokładność pozycjonowania ma znaczenie tak samo jak surowy moment obrotowy, wrzeciona obrabiarek, platformy testowe i osie robotyki.

Rodzaje sprzęgła sztywnego

Sztywne złącza występują w kilku popularnych formach. Sprzęgło tulejowe jest najprostsze: pojedyncza tuleja pasuje do obu końców wału i jest zablokowana na miejscu za pomocą śrub ustalających. Najlepiej nadają się do lekkich i średnich prac. Sprzęgło zaciskowe (lub dzielone) owija się wokół obu wałów i jest ściągane za pomocą śrub, co ułatwia montaż i demontaż bez wysuwania obu wałów z łożysk. Sprzęgło kołnierzowe przykręca dwie oddzielne połówki kołnierza razem i jest zwykłym wyborem dla większych obciążeń lub tam, gdzie oba wały różnią się średnicą.

Kompromisem jest wyrównanie. Ponieważ sztywne sprzęgło nie może pochłonąć żadnych niewspółosiowości, wały muszą być idealnie ustawione podczas instalacji lub sprzęgło, a wszystko po obu jego stronach, łącznie z łoży skami, będzie narażone na stałe naprężenia.

Co to jest elastyczne sprzęgło?

Sprzęgło elastyczne lub elastyczne sprzęgło wału przesyła moment obrotowy w taki sam sposób, jak sprzęgło sztywne. W przeciwieństwie do tych, zawierają element taki jak obrabiana szczelina, formowany elastomer lub blokujące się zęby, które pozwalają im wchłonąć niewielką ilość niewspółosiowości między dwoma wałami. Ta niewspółosiowość może być kątowa (wały stykają się pod niewielkim kątem), równoległe (linie środkowe wału są przesunięte, ale pozostają mniej więcej równoległe) lub osiowe (wały przesuwają się nieco bliżej siebie lub dalej od siebie podczas pracy maszyny). Większość elastycznych złączy toleruje niewspółosiowość w więcej niż jednym z tych kierunków jednocześnie.

Rodzaje elastycznego sprzęgła

Ilość darowizny różni się w zależności od projektu. Sprzęgła zębate, które wykorzystują zęby siatkowe na każdej piaście, zazwyczaj pozwalają na około 0,5 do 1,5 stopnia niewspółosiowości kątowej na siatkę zębatą i przenoszą większy moment obrotowy niż większość innych elastycznych typów. Sprzęgła szczękowe, powszechne w silnikach elektrycznych pracujących w sposób ciągły, zwykle obsługują około 1 stopnia niewspółosiowości kątowej i około 0,015 cala równoległego przesunięcia. Łańcuchy rolkowe, popularne w sprzęcie rolniczym i górniczym ze względu na ich opłacalność przy wysokim momencie obrotowym, zazwyczaj pozwalają na około 1 do 2 stopni. Mieszki i sprzęgła tarczowe są metalowymi konstrukcjami bezluzowymi: mieszki zapewniają wysoką sztywność skrętną ze względu na swój rozmiar przy ograniczonej wydajności niewspółosiowości, podczas gdy sprzęgła tarczowe akceptują więcej. Konstrukcje elastomerowe wykorzystują element gumowy lub polimerowy, aby zwilżyć wibracje, a nie po prostu je tolerować.

Własny zakres elastycznych sprzęgieł wału Accu odzwierciedla ten sam podział celu. Spiralne złącza bel kowe to jednoczęściowe złącza śrubowe wykonane z aluminium - Aerospace (klasa 7075), zapewniające sztywne połączenie o zerowym luzie dla dokładnego pozycjonowania w enkoderach i napędach sprzężenia zwrotnego z małymi serwomechanizmem. Zamiast tego sprzęgła o wysokim wzmoc nieniu wykorzystują formowany gumowy rdzeń między piastami aluminiowymi (Grade 2017), zamieniając pewną sztywność na prawdziwe tłumienie drgań w napędach serwo i krokowych działających z prędkością.

Sztywne i elastyczne sprzęgła wału: kluczowe różnice

Poniższa tabela przedstawia dwa typy sprzężeń obok siebie w odniesieniu do czynników, które faktycznie decydują, który z nich należy do danej aplikacji.

Jedno zastrzeżenie do tego kompromisu: sztywne skrętnie elastyczne sprzęgła, takie jak konstrukcje belek, mieszków i tarcz, łączą prawie zerowy luz z pewną tolerancją niewspółosiowości, dlatego są zwykłym wyborem w napędach serwo i enkoderów.

Wzorzec każdego czynnika jest taki sam: sztywne sprzężenie handluje tolerancją pewności, a elastyczne sprzężenie daje niewielką pewność tolerancji. Nie jest też lepsze sprzężenie w abstrakcji. Każdy z nich jest odpowiednim sprzęgłem dla określonego zestawu warunków pracy.

Jak wybrać między sztywnym a elastycznym sprzęgłem

Zacznij od tego, jak dokładnie można wyrównać dwa wały, a nie od tego, jak dokładnie rysunek mówi, że powinny być. Jeśli silnik i napędzany element znajdują się na jednej sztywnej płycie podstawy, obrabianej i umieszczonej razem, sztywne sprzęgło jest realistyczne. Jeśli są zamontowane na oddzielnych konstrukcjach, napędzane przez skrzynię biegów lub mogą nieznacznie przesuwać się w miarę nagrzewania się lub osiadania maszyny, elastyczne sprzęgło wykonuje pracę, której sztywne nie może.

Następnie zważ moment obrotowy przed wibracjami. Sztywne sprzęgło przenosi moment obrotowy z najmniejszą stratą i najmniejszym luzem, co ma znaczenie w napędach o krytycznym położeniu. Elastyczne sprzęgło poświęca trochę tej precyzji, aby chronić resztę układu napędowego: łożyska silnika, skrzynie biegów i sprzęt napędzany działają dłużej, gdy wstrząsy i wibracje są tłumione na sprzęgle, a nie przenoszone prosto przez nie.

Wybór sprzęgła nie jest samodzielny. Trzy inne czynniki dopasowania muszą pasować do tego samego wału, a nieprawidłowe usunięcie któregokolwiek z nich powoduje usunięcie prawidłowo dobranego sprzęgła:

• Kołnierz lub zacisk wału: lokalizuje sprzęgło na wale i musi pasować do jego otworu i metody blokowania.

• Klawisz: zapobiega obracaniu się sprzęgła względem wału, więc jego dopasowanie jest częścią tej samej decyzji specyfikacji, co samo sprzęgło.

• Tolerancja otworu: sprzęgło jest wywiercone zgodnie z określoną tolerancją, a luźny lub szczelny otwór będzie działał szorstko i zużywa się wcześnie, niezależnie od tego, do jakiego typu sprzęgła należy.

Niezależnie od tego, jaki typ sprzęgła wybierzesz, ta sama uwaga na dopasowanie chroni łożyska po obu jego stronach.

Kluczowe wnioski

Wybór między sztywnym a elastycznym sprzęgłem wału sprowadza się do tego, jak precyzyjnie są wyrównane wały i przed jakimi wibracjami należy chronić resztę układu napędowego. Dokonaj właściwej oceny, a sprzęgło stanie się najbardziej niezawodną częścią napędu, a nie częścią, która ulega awarii jako pierwsza.

• D@@ opasuj sprzęgło do wyrównania, a nie momentu obrotowego: Sztywne sprzęgło utrzymuje dwa wały w stałej relacji bez uwzględnienia niewspółosiowości, dając prawie zerowy luz i najbardziej bezpośrednią dostępną transmisję momentu obrotowego. Działa tylko wtedy, gdy wały są dokładnie wyrównane i pozostają takie.

• Spod@@ ziewaj się, że sprzęgło elastyczne przyniesie trochę, celowo: Sprzęgła elastyczne tolerują niewielką ilość niewspółosiowości kątowych, równoległych lub osiowych, zwykle około 1 do 2 stopni niewspółosiowości kątowej, w zależności od konstrukcji i wilgotnych wibracji, które w przeciwnym razie docierałyby do łożysk.

• Niech decyduje dokładność wyrównania, a nie preferencja: Tam, gdzie wały znajdują się na jednej sztywnej podstawie i pozostają w ten sposób, sztywne sprzęgło jest bardziej precyzyjnym wyborem. Tam, gdzie są montowane oddzielnie, napędzane przez skrzynię biegów lub prawdopodobnie zmieniają się podczas pracy maszyny, elastyczne sprzęgło wykonuje pracę, której sztywne nie może.

• Nigdy nie traktuj sprzęgła jako całej specyfikacji: Dopasowanie rowka, tolerancja otworu i położenie kołnierza wału wpływają na to, jak dobrze działa jedno ze sprzęgła, a nieprawidłowe wykonanie jednego spowoduje cofnięcie prawidłowo dobranego sprzęgła.

• Sprawdź ofertę firmy Accu pod kątem obu potrzeb: Spiralne sprzęgła belkowe, wykonane z aluminium - Aerospace (klasa 7075), zapewniają połączenie zerowe luzu dla dokładnego pozycjonowania. Sprzęgła o wysokim wzmocnieniu łączą formowany gumowy rdzeń z piastami aluminiowymi (Grade 2017) w celu uzyskania prawdziwego tłumienia drgań. Przejrzyj ofertę sprzęgieł elastycznych Accu, aby po raz pierwszy określić właściwe sprzęgło, z modelami CAD i certyfikatem zgodności dostępnymi na każdej aukcji.

Dalsze czytanie

• Co to jest luz w przekładniach?

• Jak działa silnik krokowy

• Jak mierzyć łożyska i identyfikować je według kodu

• Wprowadzenie do elementów ruchu liniowego i obrotowego

FAQ

P: Jaka jest różnica między sprzęgłem sztywnym a elastycznym?

Odp.: Sztywne sprzęgło blokuje dwa wały razem bez uszczerbku na niewspółosiowość, zapewniając maksymalną transmisję momentu obrotowego i prawie zerowy luz. Elastyczne sprzęgło pozwala na niewielką ilość niewspółosiowości kątowych, równoległych lub osiowych i pochłania wibracje, przy pewnym koszcie precyzji pozycjonowania.

P: Jakie są trzy rodzaje sprzęgieł?

Odp.: Sprzęgła są najczęściej grupowane w sztywne, elastyczne i trzecią, mniej powszechną kategorię, taką jak sprzęgła magnetyczne lub płynne. Sprzęgła magnetyczne przenoszą moment obrotowy przez małą szczelinę powietrzną za pomocą magnesów, a nie połączenia mechanicznego, więc nie ma kontaktu fizycznego i możliwości niewspółosiowości uszkodzenia samego sprzęgła, chociaż nie mogą poradzić sobie z momentem obrotowym, jaki może zrobić sprzęgło mechaniczne.

P: Kiedy należy użyć elastycznego sprzęgła zamiast sztywnego?

Odp.: Użyj elastycznego sprzęgła, gdy nie można zagwarantować, że wały pozostaną idealnie wyrównane, niezależnie od tego, że są one zamontowane na oddzielnych konstrukcjach, napędzane przez skrzynię biegów, podlegają ruchowi termicznemu, czy też gdy układ napędowy wymaga ochrony przed wibracjami i obciążeniami uderzeniowymi.

P: Jakie są wady sztywnych złączy?

Odp.: Sztywne sprzęgła wymagają precyzyjnego wyrównania wału podczas instalacji i nie mogą pochłaniać wibracji ani wstrząsów, więc wszelkie niewspółosiowości lub obciążenie dynamiczne przenoszą się prosto do łożysk i uszczelnień po obu stronach sprzęgła, przyspieszając zużycie.

P: Do czego służą sztywne złącza?

Odp.: Sztywne sprzęgła pasują do zastosowań, w których wały są precyzyjnie wyrównane, a dokładność przenoszenia momentu obrotowego lub pozycjonowania ma większe znaczenie niż tolerancja na niewspółosiowość, w tym wrzeciona obrabiarek, platformy testowe, osie robotyki i maszyny obrotowe o dużej prędkości, takie jak turbiny i pompy.

P: Jakie są różne typy elastycznych elementów sprzęgających?

Odp.: Sprzęgła elastyczne osiągają swój efekt dzięki różnym mechanizmom: obrobionej szczelinie śrubowej w sprzęgłach belkowych, zębów siatkowych w sprzęgłach zębatych, szczęk blokujących w sprzęgłach szczękowych, formowanego elastomeru lub gumowego rdzenia w sprzęgłach elastomerowych i wysokowzmocnionych oraz falistej metalowej membrany w sprzęgłach mieszkowych.