Levykytkimen rakenne: tärkeimmät parametrit luotettaville, suuren vääntömomentin akseliliitoksille

Eräs laitosinsinööri kysyi kerran, miksi hänen pumpun kytkin vaurioitti levypakkauksia, vaikka akselit oli kohdistettu 0,05 mm:n tarkkuudella. Kytkin oli valittu pelkän vääntömomentin perusteella. Kukaan ei huomioinut aksiaalista työntövoimaa, joka syntyi, kun kiekkopakka poikkesi pumpun lämpökasvusta, ja syklinen kuormitus särki hitaasti pulttiympyrän laminaatteja. Levykytkimen suunnittelussa tasapainotetaan vääntöjäykkyyttä, kohdistusvirhettä ja palautetaan voima todellista toiminta-aluetta vastaan. Saat oikean tasapainon ja kytkimestä tulee sovi-ja unohda -komponentti; väärin, ja siitä tulee toistuva seisokkien lähde.

Mitä levyliittimen suunnittelun on tarjottava

Levykytkin välittää vääntömomentin ohuiden ruostumattomasta teräksestä valmistettujen laminaattien läpi, jotka on järjestetty pakkauksiin. Suunnittelutyö alkaa kolmella mitattavalla vaatimuksella:

• Siirrä nimellisvääntömomentti suurella vääntöjäykkyydellä ja nolla välys.
• Ota huomioon yhdensuuntainen kohdistusvirhe, kulmavirhe ja yhdistetty kohdistusvirhe määritetyissä rajoissa.
• Vaimentaa aksiaalista liikettä (päätykelluke) pitäen samalla vetovoiman ja käytettävien laakerien reaktiovoimat hyväksyttävissä arvoissa.

Kaksi ensimmäistä vaatimusta ovat yleensä ilmeisiä. Kolmas on se, joka erottaa hyvät mallit ongelmallisista. Jokaisella levypakkauksella on rajallinen aksiaalinen ja taivutusjäykkyys, ja kun kytkintä taivutetaan, se synnyttää palautusvoimia. Nämä voimat kulkevat suoraan kytketyn koneen laakereihin ja tiivisteisiin. Suunnittelu, joka maksimoi vääntökapasiteetin pinoamalla enemmän laminaatteja, tulee myös jäykemmäksi taivutuksessa ja laakerien kuormitukset kasvavat vastaavasti.

Levypakkauksen geometria: Suora puoli vs

Kunkin laminoinnin muoto ohjaa jännityksen leviämistä pakkauksen läpi kuormituksen alaisena. Kaksi geometriaa hallitsee teollista käytäntöä.

Suorasivuisilla levypakkauksilla on kiinteä ääriviiva sisemmän ja ulomman pulttiympyrän välillä. Ne tarjoavat suurimman vääntömomenttitiheyden tietylle kuorelle ja ovat suhteellisen edullisia valmistaa. Niiden huono puoli on, että jännitys keskittyy pultinreikien ympärille, mikä rajoittaa kulmapoikkeaman määrää, jonka pakkaus voi absorboida ilman väsymisvaurioita.

Kalvotetut tai profiloidut levypakkaukset poistavat materiaalia vierekkäisten pulttien välistä ja muodostavat kaarevan muodon. Profiili jakaa jännityksen laajemmalle alueelle ja mahdollistaa suuremman kulmavirheen samalla syklisellä jännitystasolla. Kompromissi on hieman pienempi vääntömomenttikapasiteetti samalle halkaisijalle, minkä vuoksi umpinaiset pakkaukset hallitsevat pumppujen, kompressorien ja muiden pyörivien laitteiden sovelluksissa, joissa kohdistusvirheillä on enemmän merkitystä kuin absoluuttisella tiiviydellä.

Yleisissä teollisissa voimansiirroissa umpikuvioinen kiekkokytkin alumiiniseoksella olevilla navoilla ja puristintyyppisellä kiinnityksellä tarjoaa käytännöllisen tasapainon kohdistusvirheen, vääntöjäykkyyden ja tiiviyden välillä.

RSK-CPL alumiiniseoksesta valmistettu kalvoliitin 304 ruostumattomasta teräksestä valmistetulla levyllä Tämä puristintyyppinen kytkin käyttää alumiiniseoksesta valmistettua napaa ja 304 ruostumattomasta teräksestä valmistettua kalvoa, joka tarjoaa alhaisen inertian ja suuren vääntöjäykkyyden tarkkoihin servo- ja askelmoottorisovelluksiin. Näytä tuote →

Materiaali ja laminoinnin paksuus

Levyjen materiaalin valintaan vaikuttavat korroosionkestävyys, lämpötila ja väsymiskestävyys. Sadekarkaistut ruostumattomat teräkset ovat oletusvalinta, koska niissä yhdistyvät korkea myötöraja, hyvä korroosionkestävyys ja vakaa käyttäytyminen noin 300 °C:n lämpötiloissa. Suolapitoisissa tai kemiallisesti aggressiivisissa ympäristöissä korkeammin seostetut ruostumattomat teräslaadut vähentävät pistesyöpymisen ja jännityskorroosiohalkeamien riskiä, ​​kun taas musta 45-teräspakkaus korroosionkestävällä pinnalla on käytännöllinen keskitie kuivemmille teollisuusympäristöille.

RSK-CPNLT 45# teräsporrastettu kaksoiskalvoliitin, jossa on mustentaa Kiinnitetty 45# teräsnapa ja 304 ruostumattomasta teräksestä valmistettu kalvo, tämä puristinkytkin tarjoaa suuren vääntömomentin siirron ja korroosionkestävyyden vaativiin teollisiin voimansiirtoihin. Näytä tuote →

Laminoinnin paksuus on suora suunnitteluvipu. Ohuet laminaatit tuottavat pienemmän palautusvoiman tietylle taipumiselle, mikä suojaa laakereita, mutta ne antavat vähemmän aksiaalista kantavuutta pakkausta kohti. Paksummat laminaatit kantavat enemmän vääntömomenttia ja aksiaalista kuormaa, mutta tekevät pakkauksesta jäykemmän sekä taivutus- että aksiaalisuunnassa. Useimmissa malleissa käytetään pinoa identtisiä ohuita laminaatteja yhden paksun levyn sijasta juuri siksi, että laminoitu pino erottaa kuormituskapasiteetin joustavuudesta: laminointien lisääminen lisää vääntökapasiteettia lisäämättä yhdenkään elementin taivutusjäykkyyttä.

Pulttiliitokset ja esivenytys

Vääntömomentti siirtyy sisemmän ja ulomman pulttiympyrän välillä pulttien puristusvoiman kautta. Oikein suunnitellussa liitoksessa laminointien välinen kitka kantaa kuorman; itse pultit eivät toimi leikkausvoimalla. Tästä syystä kiristysmenettely ja esijännityksen hallinta ovat osa suunnittelua, ei jälkikäteen.

Esivenytyksellä tarkoitetaan levypakkauksen pulttien tahallista kiristämistä tiettyyn esijännitykseen. Jos puristusvoima on liian pieni, laminaatit luisuvat toisiaan vasten jokaisessa kuorman käännöksessä, mikä aiheuttaa pultinreikissä naarmuttavaa kulumista. Kiinnitys on yleisin kiekkokytkimen vikatila kentällä, ja se on lähes aina jäljitettävissä riittämättömään tai epäyhtenäiseen esijännitykseen tai pultin päiden alta puuttuviin karkaistuihin aluslevyihin.

Hyvin suunnitellussa pulttiliitoksessa käytetään hallittua pulttien kireyttä, karkaistuja aluslevyjä tai kauluksia ja pintakäsittelyä, joka vastustaa mikroluistoa. Kun kytkin kootaan ilman näitä yksityiskohtia, levypaketin suunnittelutarkoitus vaarantuu heti ensimmäisestä päivästä lähtien.

Vääntöjäykkyys vs. palautuva voima: vaihtokauppa, joka suojaa koneita

Levykytkimen rakenteen määrittävä ominaisuus on yhdistelmä korkea vääntöjäykkyys pyörimissuunnassa ja alhainen taivutusjäykkyys poikkeamatasossa. Tämä mahdollistaa vääntömomentin siirron ilman käämitystä, mutta silti hyväksyy akselin siirtymisen.

Palautusvoima on sivuttainen tai aksiaalinen voima, joka syntyy, kun levypakkaukset taivutetaan neutraalista asennostaan. Pienemmät palautusvoimat lisäävät laakerin ja tiivisteen käyttöikää, koska kone ei kanna pysyvää sivukuormaa. Suunnittelijat tähtäävät siksi ohuimpiin käytännön laminointiin ja pienimpään pakkaushalkaisijaan, joka silti täyttää vääntömomentti- ja nopeusvaatimukset.

Vaikka jokaisella laakerilla on oma sallittu radiaalikuormituksensa, hyödyllinen vertailukohta on pitää kytkimen suurin palautusvoima laajalla marginaalilla laakerin jatkuvan nimellisarvon alapuolella. Tämän rajan saavuttaminen on yllättävän helppoa, kun suunnittelijat lisäävät laminaatteja vääntökapasiteetin saavuttamiseksi ilman, että jäykkyyslaskelmia on tarkistettava.

Levykytkin vs hammaspyöräkytkin: suunnittelun prioriteetit vertailussa

Levykytkimet ja hammaspyöräkytkimet lähestyvät kohdistusvirheitä eri tavoin, ja suunnitteluprioriteetit ovat vastaavasti erilaisia. Hammasliittimet välittävät vääntömomentin kruunuhampaiden kautta, mikä mahdollistaa suhteellisen liukumisen navan ja holkin välillä; ne käsittelevät suuria vääntömomentteja pienikokoisissa kirjekuorissa ja sietävät merkittäviä kohdistusvirheitä, mutta ne vaativat voitelua, ja hampaiden kyljessä tapahtuva naarmuuntuminen on pitkän aikavälin huoltoongelma. Levykytkimet käyttävät joustavia metallielementtejä taivutuksessa, eikä niissä ole liukuosia, joten ne toimivat ilman voitelua ja tuottavat paljon pienemmät palautusvoimat.

Kun suuri vääntömomenttitiheys ja suuri suuntausvirhe ovat hallitsevia vaatimuksia, hammaspyöräkytkimet ovat edelleen perinteinen valinta, ja rumpuhammaskytkimien toimintaperiaatteet selittävät, miksi ne hallitsevat edelleen raskaita myllykäyttöjä. Mutta missä tarkkuus, puhdas toiminta ja alhainen laakerikuorma ovat tärkeämpiä kuin absoluuttinen vääntömomenttitiheys, levykytkimen rakenne on vahvempi ehdokas.

Nopea ja mukautettu levyliitosrakenne

Nopea palvelu asettaa erilaisia rajoituksia. Noin yli 3 600 rpm:n käyttönopeuksilla kytkimen epätasapaino herättää suoraan sivuroottorimoodit ja suunnittelijan tulee varmistaa, että kytkimen käyntinopeus ei ole sama kuin roottorijärjestelmän kriittinen nopeus. Tasapainon laatuluokat on määritelty ISO 1940-1:n mukaisesti, ja 10 000 rpm:n tai suuremmalla nopeudella toimiville kytkimille vaaditaan yleensä monitasoinen tasapaino.

Tuulihäviöt ja aerodynaaminen vastus ulkopinnalla kasvavat myös nopeuden myötä, minkä vuoksi nopeat kiekkokytkijät työstetään sileillä profiileilla ja ilman ulkonevia kiinnikkeitä. Välikkeen aksiaalinen sijainti, kalvon paksuus ja taivutusjäykkyys näiden kahden pakkauksen välillä vaikuttavat kaikki järjestelmän sivuttaisiin luonnollisiin taajuuksiin.

Mukautetut mallit ovat yleisiä tällä alueella. Testitelinekytkimet, turbokoneet ja nopeat puhallinkäytöt vaativat usein epästandardeja naparei'iä, porrastettuja akseleita tai jarrulevyjä, jotka on integroitu kytkimen runkoon. Valmistaja, joka hallitsee koko suunnittelu- ja työstöprosessia, voi mukauttaa levypakkauksen geometriaa ja napakokoonpanoa vaarantamatta tasapainon määrityksiä.

Käytännön levykytkimen suunnittelun tarkistuslista

Ennen kuin levykytkimen suunnittelu viimeistellään, seuraavat kohdat tulee tarkistaa todellisten konetietojen perusteella sen sijaan, että ne olisivat oletettuja yleisestä käyttöluokituksesta.

• Vääntömomentti: vahvista sekä jatkuva vääntömomentti että pahimman mahdollisen huippuvääntömomentti, mukaan lukien käynnistys- ja tukosolosuhteet.
• Virhe: mittaa todellista asennettua kohdistusvirhettä, älä luettelon maksimiarvoa; suunnittelumarginaali häviää nopeasti, kun sekä yhdensuuntainen että kulmavirhe vaikuttavat samanaikaisesti.
• Aksiaalinen liike: sisältää lämpökasvun ja käytettävän koneen mahdollisen aksiaalisen kellunta; levypaketin aksiaalinen jäykkyys muuttaa tämän liikkeen työntövoimaksi.
• Palautusvoima: vertaa laskettua palautusvoimaa laakerin valmistajan sallimaan radiaalikuormaan.
• Nopeus: tarkista vaa'an laatu ja varmista, ettei mikään sivuttainen kriittinen nopeus ole toiminta-alueella.
• Ympäristö: arvioi lämpötila-alue, kosteus, kemiallinen altistuminen ja vaaditaanko metallirakennetta ATEX- tai vastaavaan käyttöön.
• Asennus: varmista, että pultit, aluslevyt ja kiristystyökalut on määritetty, koska esijännitys on ratkaiseva naarmukestävyyden kannalta.

Levykytkimen suunnittelu ei ole pelkkää vääntömomentin laskentaa. Parhaat mallit ovat ne, joissa laminointien palautusvoima, kohdistusvirhe ja väsymisikä on kaikki laskettu todellisia käyttöolosuhteita vasten, koska kytkin, joka ei koskaan epäonnistu, on se, joka on suunniteltu järjestelmään, ei luetteloon.