Tengelykapcsoló - Kuplung
Tengelykapcsoló
Rugalmas tengelykapcsoló
Csillagbetétes tengelykapcsoló, alumínium kivitelben, kész furattal gyártva reteszhoronnyal vagy szorítóhüvelyes kialakítással, akár ATEX kivitelben is. Négy keménységű csillagbetéttel és holtjátékmentesen is rendelhető. Csillagbetétes holtjáték mentes tengelykapcsoló alumíniumból csavaros rögzítéssel, mely garantálja a biztos és gyors felszerelést.
Merev tengelykapcsoló
Nyomatékhatároló tengelykapcsoló
Kisméretű tengelykapcsoló
Összekötő tengelykapcsoló
1500 - 4000 Nm
Nagyobb távolságra lévő tengengelyek összekötésére
Összekötő tengelykapcsoló
Fogazott tengelykapcsoló
Lemezes tengelykapcsoló
Ipari merev tengelykapcsoló
Ipari nagyméretű rugalmas tengelykapcsoló
A lineáris tengelykapcsoló használható minden lienáris mozgást végző egység vagy tengely bizonytalan mozgásának csillapítására vagy kiküszöbölésére.
Használható továbbá pneumatikus vagy kisméretű hidraulikus hengerek esetén is.
Többféle méret és többféle felfogatási lehetőség, mint peremes, menetes és clamp-es rögzítés.
Speciális tengelykapcsolók
Általános információk a tengelykapcsolókról
Ez annak köszönhető, hogy a szoros tűrések és méretpontosságok a miliméter századrészében mérhetők az egyes tengelykapcsoló elemeknél.
Az egyes kuplung típusok többfajta műszaki kivitelben és eltérő technikai tulajdonságokkal igazíthatóak az alkalmazásfüggő tengelykapcsoló megoldásokhoz.
Így a precíziós tengelykapcsolók két nagy csoportra oszthatók:
- Rezgéscsillapító tengelykapcsolók
- Torziósan merev tengelykapcsolók
A Torziós merev kuplungok gyakran X-Y tengelyek összekötésére használnak, mint például a megmunkáló gépek tengelykapcsolója, míg a Rezgéscsillapítós tengelykapcsolók a CNC gépek főorsó hajtásának erőátvitelére szolgálnak.
Nagyon sokfajta kuplungot használnak és gyártanak napjainkban, mert a technikai megoldás és az erőátviteli elemek a konkrét alkalmazás igényeihez vannak kiválasztva.
Teória és Méretezés
A nyomaték a forgó testeknél rendkívül fontos a gépészmérnököknek. Ez egy érték mely az erő és az effektív hosszú kar szorzata. M=Fxr [Nm]
Így a nyomaték lehetésges 100Nm nyomatéknál 100N erőnél és 1m karnál vagy 1000N erőnél és 0,1m erőkanál is egyenlő. Ugyanezt használjuk a tengelykapcsolók méretezésénél is. Tehát a nyomaték a nagy átmérőjű kuplungoknál kisebb az ébredő erő vagy kisebbb átmérőjű kuplungok nagyobb ébredő erőbvel kell számolni. Vagyis minnél nagyobb erőt akarunk átvinni annál nagyob átmérőjű tengelykapcsoló lesz az optimális megoldás.
A tengelykapcsoló külső átmérőlyén kívül még a másik fontos tényező a kuplung torziós szilárdsága. Ez meghatározza a tengelykapcsoló mereveségét a torziós (csavaró) igénybevétellel szemben. Ha a nyomaték túl magas és meghaladja a maximális torziós szilárdságot, onnantól kezdve a tengelykapcsoló nem képes átvinni a forgó erőt. Az egység "torziós merevség" mértéke a Nm/rad, mely 10Nm esetén az elem 1/1000 rad -ot elfordul. Egyenlő ha szögben mérjük akkor 0,057°-al (1 rad = 57°17'44.8"). A tengelykapcsoló típusát nézve a (torziósan merev vagy rezgéscsillapítós tengelykapcsoló) ez az elfordulási szög jóesetben a tengelykapcsoló megadott paraméterei közé esik.
Praktikusan nézve a merev tengelykapcsoló nromál esetben maximum csavarodási szöge kevesebb, mint 0,05 fok és a rugalmas csillapítású tengelykapcsolóknál ez kevesebb, mint 5 fok.
Ha az elfordulási szög nem haladja meg a megengedhető szöget, akkor a tengelykapcsoló végtelen élettartamú...
A rugó merevség egy ellenerő mely a tengelykapcsoló eltérő pozíciójából ered axiális, radiális és laterális irányából. A rugó merevségét N/mm egységgel jelzik. Amennyiben a gyártó 30 N/mm értéket ad meg a tengelykapcsolónál, úgy 30N erő használatánál 1 mm az axiális eltérés. Ezt az értéket mindig figyelembe kell venni a csapágy vagy más hajtási elemek kiválasztásánál.
A forgatónyomatékot a sebességváltozásból adódó nyomatékváltozás miatt alakul ki, mely a kuplung test és a test tömegközéppont távolság a tengelyközéppontól befolyásolja jelentősen. Normális esetben minnél kisebb a kuplung tömege és minnél kisebb az átmérője úgy az ébredő forgatónyomaték is kisebb és ennek a fordítottja is igaz. A forgatónyomaték nagysága fontos a magasan dinamikus alkalmazásoknál, mert ez befolyásolja a gyorsítását és lassítását a hajtásrendszereknek.
Nagyon fontos, hogy a hajtásrendszer simán fusson. A kiegyensúlyozostalnság abból eredhet ha a forgó tömegek nem asszimetrikus kialakításúak, mely nem megfelelő centrifugális erőket ébreszt, mely rossz esetben rezgéseket, vibrációt ébreszt a hajtásrendszerben. A tengelykapcsolóknál ezt kiegyensúlyozó furatokkal lehet korrigálni, mely a olyan helyre kerül ahol a tömegkoncentráció nagyobb. A hajtástechnikában a kiegyensúlyozatlanságnak oszályozása is létezik, mely leírja amaximális értékeket egyes osztályoknál. A legáltalánosabb értékek a Q16, Q6,3 és Q2,5 hol a kisebb értékek nagyobb kiegyensúlyozottsági minőséget jelent. (alacsonyabb megengedhető kiegyensúlyazatlanság).
Nulla holtjáték vagy holtjáték mentesség - Zero Backlash - az jelenti, hogy nincs holtjáték (üres rés vagy játék) az átviteli rendszerben amennyiben a forgási sebesség, forgásirány vagy nyomaték változik. Ellenben a holtjáték mentesség nem jelenti azt, hogy nincs szögeltésérből elcsavarodás. A nulla holtjáték vagy holtjáték mentesség fontos a tengelykapcsolóknál kihat a villanymotor csapágy és más mechanikus mechanizmusok élettartamára.
Nyomatékátvitel funkciónalitása
Egytengelyűtlenség kompenzáció
Ez hosszváltozást eredményez a hosszanti tengely irányába a hajtó és a hajtott tengely között, melyek általában fém tengelyek. Minden egyes anyagnak megvan az ő specifikus hőmérékleti együthatója, mely megadja az anyag változási paramétereit a hőmérséklet növekedés és csökkenés esetén. Így lehetséges lehet 0,1 - 1 mm változás is az axiális elállítódás. Az alkalmazástól eltérően akár 10mm hézag is lehetséges. Az axiális elállítódást a tengelykapcsolóba vagy kuplungba beépített elemek egyenlíti ki. A merev tengelykapcsolónál egy harmónika szerű kompenzátor míg a rugalmas tengelykapcsolóknál - más néven csillagbetétes tengelykapcsolónál - az elasztomer betét vagy csillag betét oldja meg a feladatot.
Ezt a fajta egytengelyűtlenséget többynire szerelésből adódó pontatlan szerelésből adódik. A hagyományos tengelykapcsolók - kuplungok általában 2°-os radiális eltérésig tudnak kompenzálni. Ha a radiális tengelyeltérés több, mint 2° akkor úgy lehet kikompenzálni, hogy a csillapító elemek számát (körmök vagy kapcsolódó elemek, bordák stb.) növeljük vagy a rugalmas betét keménységét növeljük. Mind az axiális mind a radiális egytengelyűtelnség nagy igénybevételt tesz a tengelykapcsolóra, kuplungra mint minden más eset.
A tengelykapcsolók egyik nagy terhelésének okozója a két tengely (hajtó és hajtott) között fizikai központosság eltérés észlelhető. Ez X,Y vagy akár mindkét irányban egyszerre is felléphet. Ennél az esetnél a merev és rugalmas kuplung vagy tengelykapcsolónál két irányból is ébred erő az átviteli merev vagy rugalmas betéten vagy elemen, mely tengely eltérés átviteléből adódó stressz részben átadódik a hajtott és hajtó csapágyazására. Ilyen helyzet tervezésekor figyelmbe kell venni ezeket az erőket a hajtás méretezésénél. A hagyományos tengelykapcsolók általában 1mm laterális eltérés engedélyeznek. A nagyobb eltérés befolyással van a kuplung, tengelykapcsoló és hajtó és hajtott elemek élettartamára. Amennyiben az eltérés a gyártó által megadott értéken belül tudjuk tartani, úgy a tengelykapcsoló, kuplung élettartama végtelen és nem igényel karbantartást.
Tengelykapcsoló - kuplung kiválasztási kritériumai
Merev tengelykapcsolók,
fém harmónika elemes torziósan merev kuplungok. Ezek főbb tulajdonsága a torziósan nagy mereveségégük, mely igen alacsony mértékben tolerálja a három egytengelyűtlenség típusát. Ezeke a kuplungok vagy más néven tengelykapcsolók akkor igazán megfelelő megoldást nyújtanak, ha a forgó mozgást precízen kell átvinni kis csavarodási szöggel. A torziósan merev kuplungok használatosak a léptetőmotoroknál akár 18000 inkrementes felbontásánál. Így a léptetőmotoros hajtásnál elérhető a 0,02°-os pontosság a merev tengelykapcsolóval. A léptetőmotoros hajtásoknál a csavarodásból adódó merevség kismértékben változik így a merev tengelykapcsolók a megfelelő megoldások az ilyen alkalmazásokhoz. Szervó hajtásoknál hol a motor tengelye tengelykapcsolóval csatlakozik a hajtott tengelyhez szintén jó megoldás a merev harmónika elemet tartlmazó kuplung. Összegezve, minden hajtásrendszernél ahol a nagy pontosság a fontos ellenben kisebb egytengelyűtlenséget ki kell küszöbölni a helyes tengelykapcsoló a merev kialakítású tengelykapcsolók lesznek, mint: merev harmónika elemes kuplung, fogazott tengelykapcsoló, lemezes tengelykapcsoló.
Alkalmazási területek: szervóhajtás, lépetőmotoros hajtás, jeladó csatlakoztatás stb.
Rugalmas betétes tengelykapcsolók,
Ezek a típusú tengelykapcsolók tartalmaznak valamilyen elemet, mely által a hajtásban keletkező rezgéseket, vibrációt képesek csillapítani a rugalms elemek által a nyomaték átvitele közben. A rezgések plusz terhet rónak a hajtásrendszerek elemire, mint csapágyak melyek élettartama nagyban csökkenhet. A rezgések csökkenthetők a rugalmas betéttel ellátott tengelykapcsolókkal, melyben lévő rugalmas elemek veszik át a csillapítás feladatát. A rugalmas elemek variolhatóságának fontos tulajdonsága a rugalmas betétek keménysége. Minél keményebb a rugalmas elem annál jobb a egytengelyűtlenség adód nagyobb eltérések kompenzálása, ellenben anál kisebb a rezgésekből adódó csillapítási funkciója.
Rugalmas tengelykapcsoló - kuplung
Az elasztomer betétes rugalmas tengelykapcsolók másnéven csillagbetétes vagy pók tengelykapcsolók (a csillag vagy pók alakú gumi betét alapján) két alkatrészből áll, mint rugalmas betét és a kuplung felek. A kuplung feleknek többféle alakja létezik és mint a tengelykapcsoló agy részek feladata az erőátviteli hajtó és hajtott alkatrészek összekötése. A tengelykapcsoló felek (kuplung agyak) léteznek ékpályás, hasított (két félből álló), csavaros rögzítésű, kúpos szorítós kialakítású verzióban. A rugalmas betét feladata a csillapítás a rezgésből vibrációból nyomaték különbségből adódó stresz szerű erőket. Az elasztomer elemek képesek 2Nm - 70 000Nm nyomaték teljesítmény határban mefelelően működni, d=3mm tengelyátmérőtől egészen a 200mm átmérőig.
- Kuplung agyak
A kuplung felek vagy agyak lehetnek nagy szilárdságú alumíniumból, szénszálas műanyagból - karbonszálas műanyag - acél vagy rozsdamentes acélból. A folyamatos kíváló működéshez jó megoldás ha a tengelykapcsoló egy bevonattal van ellátva, mint eloxált vagy anodizált, zink vagy nikkel réteggel. Az elasztomeres kuplungok vagy rugalmas tengelykapcsolók megfelelőek egészen 60 000 1/min. fordulatig. A nagy sebességhez szükséges a koncentrikusság az egyes kuplung felek, agy elemek részéről. Fontos továbbá a megmunkálás pontossága a rugalmas betét helyének és magának a betétnek is. Ennek a szoros tűrésnek kielégítésére - 0,03 mm - nagyon precíz gépek szükségesek. A kuplung feleket speciális mérőrendszerrel mérik külön-külön.
- Rugalmas betét - Elasztomer elem
A rugalmaassági memória és csillapítási karakterisztika segít csökkenteni és kompenzálni a nyomatéki behatásokat. Melette csillapítja a rezgéseket a hajtás elemek között - hajtó és hajtott tengelyek - és kiszűri azokat. Ezek együttes hatása simítja ki a hajtás keltette kellemetlen mechanikai mellékhatásokat.
Különböző keménységű rugalmas betétek
A különböző nyomaték behatások és alkalmazás specifikus rezgések csillapítása érdekében az elasztomer vagy más néven rugalmas betétek többfajta keménységben léteznek. A rugalms elemek vagy csillagbetétek keményéségét Shore keménységgel mérik. Erre kétfajta tesz eljárás létezik, mely egyik típusánál egy idegen anyagot - golyót - nyomnak a rugalmas anyagba és ennek az erőnek a mértékét mérik, ezt nevezzük "A" eljárásnak. A "D" eljárásnál egy éles sarkú piramis formájú tárgyat nyomunk a rugalms elembe. Az "A" eljárást hívják lágy, míg a "D" eljárást hívják kemény tesztnek.
Az elasztomer rugalmas betétet alap esetben termoplasztik poliuretán (TPU) anyagból gyártják, mely -30°C - +120°C -ig használhatjuk. Ez a hőmérséklet tartomány lefedi a kuplungok alkalmazási területének 90%-át. Aletrnatíve megoldásként a - spider - csillagbetét elem HYTREL anyagból is készülhet, melynek speciális struktúrája miatt szélesebb hőmérséklet tartományban is használható: -60°C - +150°C
A tengelykapcsoló rugalmas betétek tulajdonsága alapján 4 csoportba sorolhatóak:
- Nagyon nagy csillapítási képesség Shore 80 (Sh A) keménység (Sárga betét)
Ez a rugalmas betét a nagy csillapításából adódóan kiváló megoldás robbanómotoros hajtásokhoz tökéletes. A TPU anyag kompenzációja miatt a hőmérséklet és nyomaték tartomány elérheti a -20°C + 80°C valamint 2 - 400Nm
- Jó csillapítási képesség Shore 98 (Sh A) keménység (Bíbor betét)
Ami ebbe a második csoportba tartozó rugalmas elemeket tartlamazza a legtöbbet használt típus. Ezeknek a nyomaték tartománya a 2 - 1900Nm és hőmérésklet tolerancia eléri a -30°C - +100°C -ot.
- Relatív kemény torziós szilárdság Shore 64 (Sh D) keménység (Zöld betét)
Ez a rugalmas betét képes -30°C - +120°C hőmérséklet tartományban és akár max. 2150Nm átvitelre is képes. A nagy keményésge miatt a csavarodási tényyezője a legkisebb és a merevsége a legnagyobb. Ezért a rezgés és vibráció csillapítása kicsi.
- Elektromos szigetlő képességű Shore 64 (Sh D) keményégű betét (Szürke betét)
Ez a típusú tengelykapcsolóhoz illeszthető rugalmas betét a jó megoldás robbanásbiztos környezetben használatos tengelykapcsolók használatához. Ez az elektromos nem vezető rugalmas elem megfelel az ATEX zóna 1 és zóna 2 alkalmazásokhoz, melyeknél potenciálisan robbanás veszélyes környezetben por és gáz köd alakulhat ki.
Összesítéséként a következő alap tézis állapítható meg a rugalmas tengelykapcsoló betétekről:
Minnél keményebb a rugalms betét, annál kisebb a csavarodási szilárdsága és rezgés csillapítása.