Typy spojek elektromotoru: Kompletní průvodce výběrem

Proč je výběr spojky důležitý u motorem poháněných systémů

Každý hnací řetězec elektromotoru má alespoň jednu spojku — mechanické rozhraní mezi výstupní hřídelí motoru a tím, co se motor otáčí. Je to jedna z nejvíce specifikovaných a nejčastěji nedostatečně specifikovaných součástí průmyslových strojů. Spojte správně spojku a zmizí v pozadí a přenáší točivý moment spolehlivě po celá léta. Nechte to špatně a následky se projeví rychle: předčasné selhání ložisek, únava hřídele, vibrace, které se šíří celým strojem, a neplánované prostoje.

Důvod, proč je výběr spojky složitější, než se zdá, je ten, že spojky jsou požádány, aby dělaly několik věcí současně. Přenášejí točivý moment. Přizpůsobují se nevyhnutelným nesouosostem mezi hřídelemi – úhlovými, paralelními a axiálními – které jsou důsledkem výrobních tolerancí, tepelné roztažnosti a průhybu při zatížení. A v závislosti na typu mohou také tlumit torzní rázy, chránit následné zařízení před přetížením nebo udržovat nulovou vůli pro přesné polohování. Žádný jednotlivý typ spojky nedělá všechny tyto věci stejně dobře, a proto je řada dostupných provedení tak široká.

Níže uvedené oddíly pokrývají hlavní kategorie spojek používané v aplikacích elektromotorů, fyzikální principy každého z nich a kritéria výběru, která určují, který typ patří do daného systému pohonu.

Flexibilní spojky: Univerzální pracant

Pružné spojky jsou nejrozšířenější kategorií spojek v aplikacích elektromotorů. Jejich definující charakteristikou je přítomnost pružného prvku – typicky elastomeru, pružiny nebo tenké kovové membrány – který umožňuje spojce vyrovnat se s nesouosostí mezi hřídeli, aniž by se výsledné síly přenášely na ložiska a těsnění.

Čelisťové (pavoukové) spojky patří mezi nejběžnější konstrukce flexibilních spojek. Dva kovové náboje – obvykle z hliníkové slitiny nebo oceli – zabírají mezi nimi elastomerový pavoučí prvek. Pavouk přenáší točivý moment kompresí a zároveň absorbuje rázová zatížení a menší úhlové a paralelní vychýlení. Tvrdost pavouka je klíčovou proměnnou výběru: měkčí pavouky absorbují více nárazů, ale nabízejí nižší točivý moment a mohou být poškozeny trvalým přetížením; tvrdší pavouky zvládají vyšší krouticí momenty, ale přenášejí více vibrací. Čelisťové spojky se široce používají v čerpadlech, dopravnících, ventilátorech a obecných průmyslových pohonech.

Spojky na pneumatiky (pneumatiky). použít spojitý elastomerní prvek ve tvaru pneumatiky. Vysoká flexibilita prvku pneumatiky se přizpůsobuje větším nesouososti než čelisťové spojky – zejména úhlové nesouososti – a poskytuje vynikající izolaci vibrací. Jsou bezúdržbové, nevyžadují žádné mazání a používají se v aplikacích s nižší rychlostí, kde je primárním požadavkem kompenzace nesouososti. Elastické čepové (čepové) spojky přenášejte krouticí moment pomocí čepů vybavených pryžovými nebo nylonovými pouzdry, které poskytují střední flexibilitu a dobré tlumení nárazů, s další výhodou jednoduché výměny prvku bez narušení souososti hřídele.

Rokangova rozsah flexibilních spojek pokrývající pneumatiky, pružný kolík a související elastomerní konstrukce řeší požadavky na univerzální flexibilní spojky v tomto rozsahu aplikací.

Servospojky: Přesnost pro aplikace řízení pohybu

Aplikace servomotorů – CNC obráběcí stroje, robotika, polovodičová zařízení, přesná testovací zařízení – kladou požadavky, které univerzální pružné spojky nemohou splnit. Primárním požadavkem je nulová vůle: jakákoli úhlová vůle ve spojce se přímo promítá do chyby polohování při zatížení. Druhým požadavkem je vysoká torzní tuhost, aby dynamika regulační smyčky serva nebyla ohrožena spojkou, která působí jako pružina v hnacím ústrojí. Zároveň se spojka musí stále vyrovnávat s nesouosostí hřídele vlastní jakékoli skutečné instalaci, aniž by působila bočním zatížením na ložiska motoru.

Membránové spojky splňují tyto požadavky pomocí tenkého, pružného kovového kotouče (jeden) nebo svazku kotoučů (dva), které přenášejí krouticí moment s vysokou torzní tuhostí a zároveň se ohýbají, aby absorbovaly úhlové a axiální vychýlení. Konstrukce s jednou membránou se primárně přizpůsobí úhlovému vychýlení; konstrukce s dvojitou membránou zvládají úhlové i paralelní odsazení. Celokovová konstrukce znamená žádné opotřebení, žádné mazání a žádné zhoršování výkonu v průběhu času – kritické v přesných aplikacích, kde je vyžadováno konzistentní chování po miliony cyklů. Rokangova membránové spojky servomotorů pro CNC a aplikace s přesným pohonem jsou k dispozici z hliníkové slitiny a oceli, v konfiguracích s jednoduchou a dvojitou membránou, s možností uchycení náboje upínáním a šroubem.

Čelistní (pavoučí) servospojky v kategorii servopohonů používají tužší spider prvky a užší výrobní tolerance než jejich protějšky pro všeobecné použití, čímž se dosahuje téměř nulové vůle pro lehkou až střední zátěž. Oldhamovy spojky používají třídílnou konstrukci – dva náboje a plovoucí středový kotouč –, které se nasouvají na křížové pery, aby se přizpůsobily paralelnímu nesouososti s nulovou vůlí, díky čemuž jsou zvláště vhodné pro aplikace, kde je primárním typem nesouososti odsazení hřídele. Nosníkové (šroubovicové) spojky jsou vyrobeny z jednoho kusu hliníku nebo nerezové oceli se šroubovitými řezy, které vytvářejí integrální flexibilní prvek – kompaktní, bez vůle a vhodné pro lehká servomotory, kodéry a přístrojové aplikace. Vlnovcové spojky použijte vlnitý kovový měchový prvek, který poskytuje vysokou torzní tuhost s vynikajícím přizpůsobením nesouososti a nulovou vůlí, čímž pokrývá horní rozsah požadavků na výkon servospojky. Rokangova čelisťové a spider spojky navržené pro servo a automatizační systémy doplňte nabídku servospojek vedle typů membrán, nosníků, oldhamů a měchů.

Ozubené spojky a vysokorychlostní membránové spojky: těžké a vysoce výkonné

Při vyšších úrovních točivého momentu a velikostech hřídelů – průmyslové pohony, válcovny, jeřáby, kompresory, turbíny – se požadavky na spojky přesouvají od přizpůsobení se nesouososti k maximální hustotě točivého momentu a spolehlivému výkonu při trvalém velkém zatížení.

Ozubené spojky přenášejte krouticí moment prostřednictvím zabírajících zubů ozubených kol na vnitřních a vnějších nábojích, přičemž korunový profil zubu na vnějším náboji umožňuje úhlové a axiální vychýlení při zachování plné nosnosti. Bubnová (korunovaná) ozubená spojka je standardní konstrukce pro těžký průmysl: nabízí nejvyšší poměr točivého momentu na průměr ze všech typů flexibilních spojek a zvládá jak úhlové, tak axiální posunutí prostřednictvím geometrie ozubení. Pro aplikace s velkým zatížením s požadavky na vloženou hřídel spojky ozubených kol s integrovanými brzdovými koly nebo brzdovými kotouči kombinují přenos točivého momentu a brzdnou funkci v jediné součásti. Rokangova bubnové ozubené spojky pro vysoce zatížené průmyslové pohonné systémy pokrývají standardní řadu GICL/GICL a také varianty brzdových kol a brzdových kotoučů pro jeřábové a dopravníkové aplikace.

Vysokorychlostní membránové spojky zabírají jiný výkonový prostor: torzně tuhé, bez vůle, bezúdržbové a schopné provozu při rychlostech přesahujících 10 000 ot./min. Tyto spojky se používají v turbosoustrojích, kompresorech, generátorech a vysokorychlostních zkušebních stolicích, kde jsou požadavky na mazání ozubených spojek nepřijatelné a kde je dynamická rovnováha při vysokých otáčkách kritickou specifikací. Jak je uvedeno v průmyslových pokynech od Referenční zdroj společnosti Machine Design o návrhu flexibilních spojek a principech výběru , celokovové spojky včetně membránových a kotoučových typů obecně dosahují menších vnějších průměrů a nižších hmotností než elastomerové alternativy při ekvivalentních jmenovitých točivých momentech – důležitou výhodou ve vysokorychlostních aplikacích, kde jsou kritické setrvačnost a vyvážení. Rokangova vysokorychlostní membránové spojky dimenzované do 10 000 ot./min a více jsou navrženy pro turbomachinery, výrobu energie a vysokorychlostní zkušební stolice.

Hadovité pružinové spojky a řetězové spojky: Flexibilní řešení s vysokým točivým momentem

Pro aplikace, které vyžadují značné tlumení nárazů a toleranci vychýlení spolu s vysokou kapacitou točivého momentu – těžké dopravníky, důlní zařízení, drtiče, velké pohony čerpadel – jsou zvláště vhodné dvě konstrukce spojek.

Hadovité pružinové spojky přenášet krouticí moment prostřednictvím souvislého ocelového pružinového prvku ve tvaru písmene S vetkaného mezi zuby na dvou protilehlých nábojích. Pružina působí současně jako prvek pro přenos točivého momentu i jako pružný prvek a poskytuje vynikající tlumení nárazů, vysokou kapacitu točivého momentu a schopnost přizpůsobit se úhlovému, paralelnímu a axiálnímu vychýlení. Na rozdíl od elastomerových spojek se ocelový pružinový prvek nedegraduje teplotou nebo vystavením olejům a chemikáliím, díky čemuž se hadovité pružinové spojky dobře hodí do drsných průmyslových prostředí. Jsou také kompaktní pro svůj točivý moment, což je výhodné tam, kde je omezený prostor. Rokangova hadovité pružinové spojky pro aplikace s vysokým točivým momentem a rázovým zatížením jsou k dispozici ve standardních, rychlomontážních, dvoupřírubových variantách a variantách brzdových kotoučů.

Řetězové spojky použijte dvoupramenný válečkový řetěz spojující dva náboje řetězových kol. Snadno se instalují a udržují, tolerují nesouosost v rozteči řetězu a jsou schopné přenášet vysoký krouticí moment při relativně nízkých nákladech. Primárním omezením je, že vyžadují pravidelné mazání a nejsou vhodné pro vysokorychlostní aplikace. Pro středně rychlé pohony s vysokým točivým momentem v zemědělství, těžbě a obecném průmyslovém prostředí zůstávají řetězové spojky praktickým a nákladově efektivním řešením.