Mi a nem rugalmas rugalmas tengelykapcsoló felépítése és működési elve?

A tengelykapcsolók osztályozása és a nem rugalmas rugalmas típusok szerepe

A tengelykapcsolók nagyjából két kategóriába sorolhatók aszerint, hogy lehetővé teszik-e a relatív tengelyelmozdulást:

• Merev tengelykapcsolók mindkét tengely pontos beállítását igénylik, és nem engedik meg a relatív elmozdulást semmilyen irányban. Közvetlenül továbbítják a nyomatékot, és csak ott használatosak, ahol a tengelybeállítás garantálható és karbantartható.
• Rugalmas tengelykapcsolók A csatlakoztatott tengelyek között meghatározott mértékű axiális, radiális vagy szögeltérést alkalmaznak, így sokkal szélesebb körű beépítési körülményekre alkalmasak.

A rugalmas tengelykapcsolók további két típusra oszthatók:

• Rugalmas, rugalmas tengelykapcsolók rugalmas elemeket, például gumi vagy poliuretán betéteket tartalmaznak. Ezek az elemek elnyelik a vibrációt és a lökésterhelést, de a rugalmas anyag rugalmassága korlátozza az átviteli merevséget és a terhelhetőséget.
• Nem elasztikus, rugalmas tengelykapcsolók nem tartalmaznak rugalmas elemeket. Az eltolódás kompenzációja a merev mechanikai alkatrészek – csúszó, forgó vagy hálóérintkezők – közötti relatív mozgással érhető el. Ez a konstrukció nagy erőátviteli merevséget és nagy teherbírást biztosít, bár nem rendelkezik velejáró rezgéscsillapításról.

A fő típusok nem elasztikus, rugalmas tengelykapcsolók tartalmazza fogaskerekes tengelykapcsolók, Oldham (keresztcsúsztatós) tengelykapcsolók, kardáncsuklós (Cardan) tengelykapcsolók és lánccsatlakozók , amelyek mindegyike különálló szerkezeti formát és megfelelő alkalmazási lehetőségeket kínál.

Alapvető szerkezeti elemek

Szerkezeti különbségeik ellenére minden nem rugalmas flexibilis tengelykapcsolónak közös funkcionális alkatrészei vannak.

Vezető és hajtott féltengelykapcsolók

Mindegyik tengelykapcsoló-szerelvény két féltengelykapcsolóból áll, egy a hajtótengelyre, egy pedig a hajtott tengelyre van felszerelve. A szinkron forgás biztosítása érdekében kulcsokkal, hornyokkal vagy interferenciás illesztésekkel vannak a megfelelő tengelyükhöz rögzítve. A féltengelykapcsolók az elsődleges nyomatékátvivő elemek, és azok jellemzően öntöttvasból, öntött acélból vagy kovácsolt acélból készül , amelyet a terhelés nagysága és a működési környezet szerint választanak ki.

Köztes sebességváltó elem

A közbenső elem az a komponens, amely lehetővé teszi az eltolódás kompenzációját. Formája tengelykapcsoló típusonként változik: a fogaskerekes tengelykapcsolók külső fogaskerék-agyakat használnak, amelyek a belső fogaskerék-hüvelyekkel vannak összekapcsolva; Az Oldham tengelykapcsolók egy központi tárcsát használnak két egymásra merőleges hajtókulccsal; az univerzális csuklós tengelykapcsolók kereszt alakú tengelyt használnak; a lánccsatlakozók kétszálú görgős láncot használnak. A közbenső elem kialakítása közvetlenül meghatározza a tengelykapcsoló elmozduláskompenzációs képességét és teherbíró képességét.

Tömítő és kenőrendszer

A kenést igénylő tengelykapcsoló-típusoknál – különösen a fogaskerekes tengelykapcsolóknál – elengedhetetlen a hatékony tömítőrendszer. A tömítések visszatartják a kenőzsírt a tengelykapcsoló házában, és megakadályozzák a külső szennyeződések bejutását az érintkezési zónákba. A tömítőrendszer integritása közvetlen hatással van az élettartamra. A gyakori tömítéskonfigurációk közé tartoznak az O-gyűrűs tömítések, a harisnyarugóval ellátott ajakos tömítések és a labirintustömítések.

Rögzítési és helymeghatározó elemek

A csavarok, a rögzítőgyűrűk és a véglemezek rögzítik az egyes alkatrészek tengelyirányú helyzetét, és megakadályozzák az axiális vándorlást működés közben. Ezek az elemek biztosítják, hogy a tengelykapcsoló megfelelően összeszerelve maradjon az üzem közben fellépő dinamikus terhelések mellett.

Az egyes tengelykapcsoló típusok felépítése és működési elve

Fogaskerék tengelykapcsoló

A fogaskerekes tengelykapcsoló a legszélesebb körben használt nem rugalmas, rugalmas tengelykapcsoló nagy nyomatékú, nagy sebességű alkalmazásokhoz. Szerkezete két külső fogazott agyból – egy-egy tengelyen – és két belső fogazatú hüvelyből áll, amelyek összecsavarozva egy tömített kenőanyag kamrát alkotnak, amely mindkét fogaskerék-hálót körülveszi.

A forgatónyomaték az agyakon lévő külső fogaskerekek fogai és a hüvelyekben lévő belső fogaskerekek fogai közötti rácsos érintkezésen keresztül jut el. Ha a két tengely között szögeltérés van, a koronás (hordó alakú) fogprofil A külső hajtómű lehetővé teszi, hogy az agy a hüvelyen belül billegjen, alkalmazkodva a szögeltoláshoz. A sugárirányú eltolódást az egyes agyak kis oldalirányú elmozdulása kompenzálja a hüvelyen belül. A külső fogak koronázási sugara határozza meg a legnagyobb megengedett szögeltolódást – a nagyobb koronasugár nagyobb szögeltolást tesz lehetővé.

A fogaskerekes tengelykapcsolók általában alkalmazkodnak a szögeltérésekhez 0,5° és 1,5° között . Az átviteli hatásfok magas, gyakran meghaladja a 99%-ot, így a hengermű-hajtások, bányaemelők és nagy teherbírású szerszámgépek orsós hajtóművei számára előnyös választás.

Oldham tengelykapcsoló (keresztcsúsztatós csatolás)

Az Oldham tengelykapcsoló két féltengelykapcsolóból áll, amelyek mindegyikének homlokoldalán van egy átmérőjű rés, és egy középső közbenső tárcsából, amelyek két pár meghajtókulcsot hordoznak egymáshoz képest 90°-ban. A kulcsok a féltengelykapcsolók réseihez kapcsolódnak, így csúszó csatlakozásokat alkotnak.

A nyomaték a kulcsok és a hornyok közötti érintkezési felületeken keresztül jut el. Amikor a két tengely sugárirányban el van tolva, a központi tárcsa egymástól függetlenül csúszik el minden féltengelykapcsoló hornyán belül, és a hornyokon belüli kulcsok egymáshoz viszonyított csúszása elnyeli a sugárirányú elmozdulást. A közbenső tárcsa kinematikus keresztvezető mechanizmusként működik lehetővé teszi, hogy a két tengely egymáshoz képest bármilyen sugárirányban elmozduljon a nyomatékátvitel megszakítása nélkül.

Az Oldham tengelykapcsolók felépítése egyszerű és gazdaságos a gyártása. Alkalmasak alacsony fordulatszámú alkalmazásokhoz (általában nem haladja meg a 250 ford/perc), viszonylag nagy radiális eltolásokkal - jellemzően legfeljebb a tengely átmérőjének körülbelül 0,04-szerese . Nagyobb fordulatszámon a csúszótárcsa excentrikus tömege által keltett centrifugális erők további dinamikus terhelést okoznak a tengelyen, így ez a típus alkalmatlan nagy sebességű hajtásokhoz.

Univerzális csukló tengelykapcsoló (kardán tengelykapcsoló)

A kereszt típusú univerzális csukló két villa alakú karimából (járom) és egy kereszt alakú csonkból áll. A kereszt négy csapja a két járom egyikében lévő csapágyfurathoz van csatlakoztatva tűgörgős csapágyakon keresztül, két egymásra merőleges csuklócsuklót képezve.

A forgatónyomaték a hajtótengelyről a meghajtó járomra, a kereszttengelyen keresztül a hajtott járomra, majd tovább a hajtott tengelyre. Mivel a kereszt és a két járom közötti kapcsolatok csuklósak, a tengelykapcsoló akár 35°-45° tengelymetszési szöggel is képes nyomatékot adni , amely a szögeltéréseket messze meghaladja a fogaskerék vagy az Oldham tengelykapcsolók képességét.

Figyelembe kell venni egy fontos kinematikai jellemzőt: ha egyetlen kardáncsukló nullától eltérő tengelyszöggel működik, a hajtott tengely akkor sem forog egyenletesen, ha a hajtótengely állandó fordulatszámmal forog. A hajtott tengely szögsebessége fordulatonként kétszer ingadozik, az ingadozás amplitúdója a tengelyszöggel együtt növekszik. Ennek a sebesség-egyenetlenségnek a kiküszöbölése érdekében a gyakorlatban kettős univerzális csuklós elrendezést alkalmaznak — két csukló, amelyeket egy egyenlő hosszúságú közbenső tengely köt össze, mindkét végén egyenlő szöggel, és a közbenső tengely két jármája ugyanabban a síkban van elhelyezve. Ez a geometria azt eredményezi, hogy a sebesség-ingadozások az egyes kötéseknél megszűnnek, egyenletes kimeneti sebességet biztosítva. Az univerzális csuklós tengelykapcsolókat széles körben alkalmazzák autóipari hajtótengelyekben, hengermű hengerasztalaiban és építőipari gépekben.

Lánccsatlakozás

A lánccsatlakozó két egyforma lánckerékből áll – egy-egy tengelyre szerelve –, amelyeket kétszálú görgős lánc köt össze, és egy védőburkolatba van zárva, hogy megakadályozza a lánc kioldását és a szennyeződések bejutását.

A nyomaték a hajtótengelyről a lánckerék fogai és a láncgörgők közötti hálóérintkezőn keresztül a lánc mentén a hajtott lánckerékre és tengelyre jut. A lánc és a lánckerék fogai közötti hézag, valamint a láncszemek enyhe geometriai rugalmassága lehetővé teszi a tengelykapcsolónak egyidejűleg kompenzálja az axiális, radiális és szögeltéréseket . A tipikus ráhagyás körülbelül egy láncemelkedés axiális irányban, körülbelül 0,02-szerese a láncemelkedésnek sugárirányban és körülbelül 1° szögben.

A lánccsatlakozók egyszerűen össze- és szétszerelhetők – a főlengőkar szétválasztása lehetővé teszi a két tengely teljes szétválasztását anélkül, hogy megzavarná a többi hajtáselemet. Ez különösen alkalmassá teszi őket a gyakori megfordítással, gyakori indítási ciklusokkal vagy karbantartásigényes környezetekkel járó alkalmazásokhoz, és általában megtalálhatók szállítószalag-rendszerekben, mezőgazdasági gépekben és textilipari berendezésekben.

Eltérés kompenzációja: mélyreható elemzés

A relatív tengelyelmozdulás kompenzálásának képessége az a meghatározó jellemző, amely megkülönbözteti a rugalmas tengelykapcsolókat merev társaiktól. A mérnöki gyakorlatban a tengelyeltérések három kategóriája ismert:

• Tengelyirányú elmozdulás (δx): A két tengelyvég relatív elmozdulása közös tengelyük mentén, amelyet jellemzően a tengelyek vagy házak működés közbeni hőtágulása vagy a beépítési tűrések okoznak.
• Radiális elmozdulás (δy): Olyan állapot, amelyben a két tengelytengely párhuzamos, de nem esik egybe – a tengely tengelyére merőleges oldalirányú eltolás. Ez a szerelési hibákból, az alapozás dőléséből vagy a terhelés alatti elhajlásból adódik.
• Szögeltolódás (α): Olyan állapot, amelyben a két tengely tengelye szögben metszi egymást. Az okok közé tartozik a szerelési hiba, a csapágykopás és a gépváz deformációja terhelés alatt.

A nem elasztikus, rugalmas tengelykapcsolók ezeket az eltéréseket a közbülső elem és a féltengelykapcsolók közötti relatív mozgás révén alkalmazzák. Ez a kompenzáció azonban nem korlátlan - minden tengelykapcsoló típusnak meghatározott maximális elmozdulási ráhagyása van . Ezen határokon túli működés a tengelyek és csapágyak kiegészítő terhelésének gyors növekedését okozza, ami felgyorsítja a kopást, és potenciálisan idő előtti meghibásodáshoz vezethet. Ezért a pontos beállítás a szerelés során elengedhetetlen, még rugalmas tengelykapcsolók esetén is.

Ellentétben az elasztikus tengelykapcsolókkal, amelyek elnyelik az eltolódást egy megfelelő elem deformációja miatt, a nem rugalmas, rugalmas tengelykapcsolók csúszó vagy forgó érintkezést hoznak létre a merev alkatrészek között, amikor az elmozdulást kompenzálják. Ezek az érintkezési erők kiegészítő hajlítónyomatékokként és a csatlakoztatott tengelyekre és csapágyakra ható tengelyirányú erőkként jelentkeznek. és be kell vonni a mechanikai elemzésbe a tengelykapcsoló kiválasztásának folyamata során.

Teljesítményparaméterek összehasonlítása

Az alábbi táblázat összehasonlító áttekintést nyújt a négy fő nem rugalmas rugalmas tengelykapcsoló-típus kulcsfontosságú teljesítményparamétereiről.

Csatoláskiválasztási alapelvek

A megfelelő tengelykapcsoló kiválasztása a megbízható működés és a meghosszabbított élettartam előfeltétele. A következő kritériumokat szisztematikusan értékelni kell a kiválasztási folyamat során:

1. Határozza meg a tervezési nyomatékot. Szorozzuk meg a névleges üzemi nyomatékot egy olyan szerviztényezővel, amely figyelembe veszi az erőgép típusát (villanymotor, belső égésű motor) és a hajtott gép terhelési jellemzőit (sima, közepes ütés, erős ütés). A szolgáltatási tényezők általában 1,2 és 3,0 között mozognak.
2. Mérje fel az eltérés típusát és nagyságát. Határozza meg, hogy a domináns eltérés sugárirányú, szögletes vagy tengelyirányú, és becsülje meg nagyságát a telepítési körülmények alapján. Olyan tengelykapcsoló típust válasszon, amelynek kompenzációs kapacitása megegyezik vagy meghaladja a várható eltérést.
3. Vegye figyelembe a működési sebességet. A nagysebességű hajtásokhoz a fogaskerekes tengelykapcsolók a legjobb választás. Az Oldham tengelykapcsolók kis sebességű alkalmazásokhoz alkalmasak nagy radiális eltolással. Az univerzális csuklók kezelik a nagy szögeltéréseket. A lánccsatlakozók közepes és alacsony sebességű alkalmazásokhoz megfelelőek, amelyek gyakori irányváltást vagy indítást igényelnek.
4. Értékelje a működési környezetet. A magas hőmérséklet, a korrozív közeg, a por és a nedvesség további követelményeket támaszt az anyagokkal és a tömítéssel szemben. A magas hőmérsékletű alkalmazásokhoz hőálló kenőzsírokra van szükség; korrozív környezet rozsdamentes acél alkatrészeket vagy védőbevonatot igényelhet.
5. Vegye figyelembe a karbantartás hozzáférhetőségét. A lánccsatlakozók a legegyszerűbb szétszerelési eljárást kínálják, és megfelelnek a karbantartásigényes telepítéseknek. A fogaskerekes tengelykapcsolók meghatározott karbantartási ütemterv szerint rendszeres zsírpótlást igényelnek.

Telepítési irányelvek és hibaelemzés

Főbb telepítési irányelvek

A szerelés minősége közvetlen és tartós hatással van a tengelykapcsoló teljesítményére és élettartamára. A következő gyakorlatokat kell betartani:

• Összeszerelés előtt alaposan tisztítsa meg a tengelyvégeket, reteszhornyokat és furatfelületeket. Távolítson el minden sorját, korróziót és szennyeződést a megfelelő illeszkedés érdekében.
• Használjon tárcsajelzőt a sugárirányú és homlokkifutás mérésére az igazítás során. Győződjön meg arról, hogy a tényleges eltolási értékek a tengelykapcsoló névleges kompenzációs határértékei közé esnek - a szemrevételezés vagy a vonalvezetési ellenőrzés önmagában nem elegendő .
• A fogaskerék-tengelykapcsoló felszerelése után töltse fel a megadott minőségű és mennyiségű kenőzsírral, hogy biztosítsa a fogak összes érintkező felületének megfelelő kenését az első üzembe helyezéstől kezdve.
• Szerelje fel a védőburkolatot, ügyelve a tömítés integritására. A nem megfelelő tömítés lehetővé teszi a zsír kijutását és a koptató részecskék bejutását a hálózónába.
• Húzza meg fokozatosan az összes rögzítőcsavart keresztben a megadott nyomatékkal, elkerülve az egyenetlen befogás okozta torzulást.

Gyakori hibamódok

Az egyes tengelykapcsoló típusokra jellemző meghibásodási módok megértése elősegíti a hatékony állapotfigyelést és az időben történő karbantartást:

• Fogfelület kopása (fogaskerekes tengelykapcsolók): A nem megfelelő kenés, a kenőanyag leromlása vagy a névleges eltérési határértékeken túli tartós működés miatt. A progresszív kopás megnövekedett holtjátékhoz, vibrációhoz és végső soron a fogak kilyukadásához vagy töréséhez vezet.
• Csúszó kopás (Oldham tengelykapcsolók): Felgyorsítja a nagy sebességű működés, a túlterhelés vagy a kulcs és a nyílás érintkezési felületeinek rossz kenése. A kopás hézagot hoz létre, ami ütési terhelést okoz, és tovább gyorsítja az elhasználódást.
• Láncfáradás okozta törés (lánccsatlakozások): A láncszemekben a ciklikus húzó- és hajlítófeszültségek kifáradási repedés kialakulását és továbbterjedését okozzák. A szögeltérésből adódó egyenetlen terheléseloszlás a lánc szélességében felgyorsítja ezt a folyamatot.
• Keresztcsapágy meghibásodás (univerzális csukló): Az elégtelen kenés, túlterhelés vagy a névleges tengelyszögön túli működés a tűcsapágy kopásához és beszorulásához vezet, ami végül a tengelytöréshez vezethet.
• A féltengelykapcsoló repedése vagy törése: Túlzott ütési terhelések, anyaghibák vagy súlyos eltolódások, amelyek az anyag megengedett feszültségét meghaladó hajlítónyomatékokat generálnak, fáradási repedéseket okozhatnak az agytestben.

Karbantartási és ellenőrzési ütemterv

A szisztematikus karbantartási program elengedhetetlen a nem rugalmas, rugalmas tengelykapcsolók teljesítményének megőrzéséhez és élettartamának meghosszabbításához. A következő intézkedéseket kell beépíteni a berendezés karbantartási tervébe:

• Ütemezett kenőanyag-utánpótlás: A fogaskerekek és láncok tengelykapcsolóinak kenőzsírját fel kell tölteni vagy ki kell cserélni a gyártó szervizintervallumának megfelelően – általában minden 2000-4000 üzemóra utántöltéshez, évente legalább egyszer teljes zsírcserével.
• Beállítás ellenőrzése nagyjavításkor: Minden alkalommal ellenőrizze a tengelykapcsoló beállítását, amikor csapágyakat cserél, az alapokat javítja, vagy ha jelentős vibrációt észlel. Az alapozás és a termikus ciklus idővel megváltoztathatja az elrendezés állapotát.
• Az aktív elemek kopásvizsgálata: Rendszeresen ellenőrizze a fogaskerekek fogait, a csúszókulcsokat, a láncszemeket és a tengelycsapágyakat kopás szempontjából. A tengelyek, csapágyak és a csatlakoztatott berendezések másodlagos károsodásának elkerülése érdekében cserélje ki az alkatrészeket, amelyek elérték kopási határukat, mielőtt meghibásodna.
• A tömítés állapotának ellenőrzése: Vizsgálja meg az ajakos tömítéseket, az O-gyűrűket és a fedéltömítéseket, hogy nincs-e rajta öregedés, deformáció vagy sérülés jele. Javítsa ki a szivárgást az érintett tömítőelemek azonnali cseréjével.
• Folyamatos működési felügyelet: Normál működés közben figyelje a rendellenes vibrációt, szokatlan zajt vagy megemelkedett hőmérsékletet a tengelykapcsoló helyén. Ezen mutatók bármelyike ​​azonnali kivizsgálást indokol, mielőtt további károk alakulnának ki.