Joustava levyliitosrakenne: levypakkauksen geometria, navat ja sovellusten sovitus

Kolme levypakkausta epäonnistui neljässätoista kuukaudessa samalla 250 kW:n kompressorilla, ja joka kerta huoltotiimi vaihtoi kytkimen. Syynä oli 0,9 mm:n aksiaalinen kasvu, jota kukaan ei ollut budjetoinut. Kohdistuksen jälkeen pakkauksessa oli alle 0,5 mm aksiaalikapasiteettia jäljellä, joten jokainen kuumakäynnistys työnsi ruostumattomat laminaatit hieman lähemmäs väsymisrajaansa.

Tämä tarina kantaa johtopäätöksen. Joustava levykytkimen rakenne ei ole vääntömomentin laskenta, jossa on alaviite. Se on etsintää kapealle kaistalle, jossa kytkin on riittävän jäykkä siirtämään vääntömomenttia ilman keinumista tai välystä ja riittävän joustava, jotta sen takaisin laakereihin, pultteihin ja omiin laminointiin syöttämät voimat pysyvät väsymisrajojen sisällä. Suunnittelu ja valinta ovat sama ongelma lainauksen vastakkaisista päistä katsottuna.

Kuinka levypaketti kantaa vääntömomenttia

Levypakkaus on pino ohuita ruostumattomia teräslevyjä, joiden paksuus on tyypillisesti 0,2–0,5 mm ja joka on lävistetty kuudesta kahteentoista pulttiympyrän ympärille järjestetyllä lenkillä. Jokainen levy on kiinnitetty vuorotellen kahteen napaan sovitetuilla pulteilla, joten vääntömomentti kulkee nivelten läpi vetona kytkimen toisella puolella ja puristus toisella puolella. Kohdistusvirhe imeytyy vain levyjen taipuessa. Mikään ei liuku, mitään ei voidella, eikä mikään ole valmistettu kumista.

Tämä yksittäinen tosiasia selittää koko suunnittelun luonteen: nolla välystä, ei kuluvia pintoja, ei ikääntyvää tai kovettuvaa elastomeeria ja lämpötilakatto, jonka määrittävät navat joustavan elementin sijaan. Se selittää myös heikkouden. Kytkimellä, jossa ei ole liukuvaa käyttöliittymää ja lähes vaimennusta, on hyvin vähän kykyä haihduttaa energiaa, joten minkä tahansa jännityksen linkit näkevätkin, ne näkevät jokaisen kierroksen aikana koneen koko käyttöiän ajan.

Linkkiprofiili on ensimmäinen todellinen suunnittelupäätös. Suorasivuinen linkki keskittää taivutusjännityksen pultinreikien ympärille. Särmätty tai vyötäröinen lenkki levittää kaarevuutta pitkin sen pituutta: joustavuus kasvaa, reiän huippujännitys laskee ja reaktiovoima, jonka pakkaus painaa takaisin laakereihin tietyssä poikkeamassa, putoaa sen mukana. Hinta on vääntömomenttiheys, koska umpinainen levy kantaa vähemmän vääntömomenttia leveysmillimetriä kohden kuin suora, ja pakkauksen täytyy saada se takaisin useammalla kerroksella, useammalla pultilla tai suuremmalla halkaisijalla. Levyn paksuus, kerrosten lukumäärä, lenkin leveys ja pulttien määrä ovat neljä muuttujaa, jotka päättävät, mitä valmis kytkin voi tehdä.

Yksi levy tai kaksoislevy: virheellinen kohdistuspäätös

Kun pakkaus on määritelty, kysymys on siitä, kuinka monta pakkausta kytkin tarvitsee. Yksilevyinen yksikkö sijoittaa yhden pakkauksen kahden navan väliin. Se käsittelee kulma- ja aksiaalisiirtymää mukavasti ja suuntasiirtymän huonosti, mikä sopii lyhyille, tiiviisti kytketyille ajoille: servoakselit, pienet pumput ja testilaitteet, joissa molemmat akselit ovat jo muutaman sadasosan millimetrin sisällä.

Kaksoislevyliitin asettaa välikappaleen kahden pakkauksen väliin. Välikappale muuttaa rinnakkaissiirron kulmasiirtymäksi kussakin pakkauksessa, mikä mahdollistaa moottorin ja vaihteiston yhdistämisen erillisillä pohjalevyillä ilman taistelua keskenään. Välikappaleen pituudesta tulee sitten todellinen suunnittelumuuttuja: se määrittää, kuinka paljon yhdensuuntaista siirtymää kytkin voi absorboida, kuinka paljon se painaa ja kuinka paljon sen oma massa ja taivutuskäyttäytyminen vaikuttavat voimansiirtoon.

Pienikokoiset kaksoislevymallit lyhyillä välikappaleilla ja puristintyyppisillä navoilla ovat yleisiä, kun vaippa on tiukka, mutta samansuuntainen siirtymä on silti imeytettävä, kuten työstökoneissa ja CNC-käytöissä.

RSK-CPLF joustava alumiiniseoksesta valmistettu kaksoiskalvoliitin Kompakti kaksoiskalvoliitin CNC-, servo- ja stepper-käytöille, alumiiniseoksella valmistetut navat, 304 ruostumaton kalvo, korkea jäykkyys, pieni hitaus ja välyksetön voimansiirto. Näytä tuote →

Jäykkyyssuhteet, reaktiovoimat ja laakerilasku

Vääntömomentti määrää, kestääkö kytkin. Jäykkyys päättää, selviääkö kaikki sen ympärillä. Otetaan aksiaalinen tapaus, joka jätetään useimmiten huomiotta tarjousvaiheessa. Oletetaan, että tarvitsemasi kytkimen aksiaalinen jäykkyys on noin 250 N/mm, mikä on realistinen luku keskikokoiselle levypakkaukselle, ja akseli kasvaa 0,8 mm kylmäkäynnistyksen ja täyden kuormituksen välillä. Pakkaus työntää laakeriin noin 200 N jatkuvasti, normaalin laakerikuorman lisäksi. Pienessä moottorissa tämä riittää lyhentämään laakerin käyttöikää vuosista kuukausiin, eikä mikään vääntömomentti laske sitä koskaan.

Vääntöjäykkyys toimii päinvastaiseen suuntaan. Se ilmoitetaan Nm radiaania tai astetta kohti, ja mitä suurempi se on, sitä tarkemmin käytettävä akseli seuraa moottoria. Asemointiakselien suuri vääntöjäykkyys yhdessä nollavälyksen kanssa on syy, miksi levykytkin valitaan ollenkaan. Voimansiirtolinjalle, jonka on läpäistävä vääntöresonanssi käynnistyksen aikana, sama jäykkyys on vaarallinen, ja alhainen vaimennus tekee piikin terävämmäksi. Jos sovelluksessa on suuria moottoreita, edestakaisin liikkuvia kuormia tai vaihtelevan nopeuden käyttöä, kytkimen jäykkyys kuuluu vääntömalliin eikä alaviitteeseen.

Käytännön sääntö: kysy toimittajalta tarjouksen yhteydessä vääntö-, aksiaali- ja säteittäisjäykkyysarvot, ei vain vääntömomenttiluokitusta ja porauskokoa. Laakerin kuormaa tai resonanssia ei voi tarkistaa pelkällä vääntömomenttiluvulla.

Pultit, tasapaino ja nopeuskatto

Pulttiliitos on se osa suunnittelua, jonka kenttäkokemus rankaisee ensin. Kiinnitetyt pultit hiotaan kontrolloidulle välykselle kalvatuissa reikissä siten, että vääntömomentti kulkee pultin varren leikkauksessa eikä laminointien välisessä kitkassa. Tämä tarkoittaa, että istuvuusluokalla on väliä, samoin kuin lukitustavalla, koska löysätty pultti muuttaa kuorman jakautumista koko pakkauksessa yhdellä käynnistyksellä.

Nopeus on toinen katto, eikä se ole lineaarinen. Jäännösepätasapainovoima kasvaa pyörimisnopeuden neliön mukana: noin 1 g-mm epätasapaino tuottaa noin 1,1 N pyörimisvoimaa nopeudella 10 000 rpm ja noin 4,4 N nopeudella 20 000 rpm. Tasapainon laatu noudattaa samaa logiikkaa. Yleiset teollisuuskäytöt hyväksytään yleensä G6.3:ssa, nopeat ja työstökonekäytöt vaativat yleensä G2.5:tä ja erittäin nopeat tai erittäin kevyet roottorit saattavat tarvita G1:tä. Kytkimen nimellisnopeuden yläpuolella mikään tasapainotus ei auta, koska raja tulee itse levypakkauksen keskipakojännityksestä. Jos työpiste sijaitsee lähellä tätä kattoa, tarkoitukseen rakennettu nopea rakenne on ainoa järkevä ratkaisu.

Materiaalit: ruostumattomat pakkaukset, teräs- tai alumiininapat

Levypakkaus on lähes aina austeniittista ruostumatonta terästä, ja 301 ja 302 ovat yleisimpiä valintoja niiden väsymislujuuden ja korroosionkestävyyden yhdistelmän vuoksi. Sadekovettuvia laatuja, kuten 17-4 PH, esiintyy siellä, missä vaaditaan suurempaa lujuutta tai korkeampaa lämpötilakykyä. Keskittimessä materiaalivalinta seuraa sovellusta. Alumiiniseosnavat 6061:ssä tai 7075:ssä pitävät hitauden alhaisena, millä on merkitystä servoakseleissa, joissa jokainen gramma pyörivää massaa lisää moottorin mitoitusta. Teräsnavat 1045 tai metalliseoslaadulla, usein mustaoksidikäsittelyllä, hallitsevat raskaan teollisuuden ja pitkäjänteisiä käyttölaitteita, ja ruostumattomia napoja käytetään paikoissa, joissa on pesua tai merellistä ilmapiiriä.

Napa-akseli -liitäntä ansaitsee enemmän huomiota kuin yleensä saa. Kiinnitetty liitäntä aiheuttaa välyksen, jota mikään nollavälysinen levypaketti ei pysty kompensoimaan, joten puristintyyppiset navat ja avaimettomat lukituskokoonpanot ovat tavallisia vaatimuksia sijoittelussa ja suuren peruutuksen käytöissä. Pintakäsittelystä päättää kuormituksen sijaan ympäristö: tummuminen lievästi syövyttäville sisäkasveille, ruostumaton tai pinnoitettu laitteisto ulko- ja merikäyttöön.

RSK-CPNLT musta porrastettu kaksoiskalvoliitin Korroosionkestävä musta kytkin servo- ja stepperkäytöille, kiilauralla, 304 ruostumattomalla kalvolla, 45# teräsnapoilla, kiristysruuveilla ja korkealla vääntömomentin jäykkyydellä. Näytä tuote →

Sivuston toleranssit: missä hyvästä suunnittelusta tulee huono asennus

Kenttäkohdistus muuttaa oikean suunnittelun virheelliseksi asennukseksi useammin kuin mikään muu yksittäinen syy. Levykytkimen yleisiä tavoitteita ovat alle 0,5 asteen kulmavirhe ja 0,5 - 1,5 mm:n aksiaalinen asetus, mutta nämä luvut liittyvät tiettyyn kokoon ja pakkaukseen, joten niiden pitäisi olla peräisin toimittajan tietolehdestä eikä tavasta. Linjaus tulee tarkistaa kylmänä ja koneen käydessä kuumana toistaa uudelleen käyttölämpötilassa, sillä 100 mm:n jännevälissä 2 mm kasvava akseli voi kuluttaa koko penkkiin täydellisesti kohdistetun kytkimen aksiaalivaran.

Kaksi tapaa aiheuttaa suhteettomia vahinkoja. Ensimmäinen on kytkentäpulttien avulla kahden akselin vetäminen yhteen, mikä esikuormittaa pakkaa aksiaalisesti ennen kuin kone on edes käynnistynyt. Toinen on vain kulmavirheen mittaaminen ja rinnakkaissiirron huomioimatta jättäminen kaksoislevyyksikössä, jossa välikappale suurentaa sen kulmasiirtymäksi molemmissa pakkauksissa. Irrotettavassa välikappaleessa välikappale on myös tuettava asennuksen aikana, jotta sen paino ei taivuta pakkauksia ennen kuin pultit kiristetään.

Vikatilat, joita kannattaa suunnitella vastaan

Useimmat käytönaikaiset viat johtuvat pienestä määrästä tunnistettavia kuvioita:

• Levyjen lenkkien pultinrei'istä säteilevät väsymishalkeamat, jotka johtuvat melkein aina jatkuvasta linjausvirheestä ylikuormituksen sijaan.
• Naarmuuntuminen ja reiän venymä, joka johtuu mikroliikkeestä nivelessä, jonka esijännitys on kadonnut.
• Löystyneet tai puuttuvat lukkomutterit kunnostuksen jälkeen, mikä jakaa kuorman uudelleen jäljellä olevien pulttien kesken.
• Napareikä luistaa akselilla, väärästä sovituksesta tai kiilaliitoksesta, jonka oletettiin olevan riittävän tiukka.
• Korroosiopiste- tai jännityskorroosiohalkeilu huuhtelu-, rannikko- tai kemiallisessa ilmakehässä.
• Vääntöresonanssi, joka on viritetty kaksinkertaisen linjataajuuden vääntömomentin aaltoilulla, siiven päästötaajuuksilla tai hammaspyörän verkkotaajuuksilla, joissa kytkimen jäykkyyttä ei koskaan otettu käyttöön voimansiirtomallissa.

Käytännön valintasarja

Toimiva toimintajärjestys, olitpa sitten suunnittelemassa kytkintä tai ostamassa:

1. Laske jatkuva vääntömomentti tehosta ja nopeudesta: vääntömomentti Nm on 9550 kertaa teho kW jaettuna nopeudella rpm.
2. Käytä huoltokerrointa, joka kuvastaa käytettävää konetta, tyypillisesti 1,5–2 tasaisille kuormille ja 2,5 tai enemmän edestakaisille tai voimakkaille iskuille.
3. Tarkista käynnistys-, jarrutus- ja jumitusmomentit huippuarvoa vastaan, älä jatkuvaa.
4. Kiinnitä käyttönopeus ja valitse sitten tasapainoluokka, jota nopeus todella vaatii.
5. Selvitä todellinen kohdistusvirhe: kulmikas, yhdensuuntainen ja aksiaalinen, kylmä ja kuuma, mukaan lukien valmistustoleranssit kahden koneen välillä.
6. Muunna kohdistusvirhe reaktiovoimaksi kytkimen jäykkyyden avulla ja lisää se laakerin kuormaan.
7. Tarkista reikä, navan tyyppi, kiilaura tai puristusliitos, välikappaleen pituus ja käytettävissä oleva kuori.
8. Vahvista ympäristö: lämpötila, kosteus, kemikaalit ja pesutiheys.

Mitä kyselyyn kuuluu

Toimittaja, joka pyytää vain porausta ja vääntömomenttia, ei ole ymmärtänyt vetoasi, ja takaisin tuleva tarjous on pikemminkin luettelonumero kuin ratkaisu. Lähetä jatkuva ja huippuvääntömomentti, nopeus ja käyttösuhde, kaikki kolme kohdistusvirhekomponenttia, ympäristön lämpötila ja käyttölämpötila, altistuminen korroosiolle, käytettävissä oleva kuori, poraus ja liitäntätyyppi sekä tasapainoluokka, jos nopeus on korkea. Nämä kahdeksan kohtaa ovat ero kytkimen, joka hiljaa kestää kauemmin kuin viereiset laakerit, ja sellaisen kytkimen välillä, josta tulee määrätty kulutustavara.

Jos samassa laitoksessa käytetään useita kytkintyyppejä servokalvoyksiköistä raskaisiin hammaspyöräkytkimiin, DIN-kytkintyypit ja -standardit kattava yleinen valintaviite on hyödyllinen kumppani yksittäiselle tarjoukselle, koska se tekee ehdokkaiden mallien vertailusta konkreettista sanallisen sijaan.

DIN-kytkimien tyypit, standardit ja valintaopas