Dimenzování hřídelových spojek pro těžká zařízení: točivý moment, nesouosost a výběr

Pohon dopravníku o výkonu 132 kW na těžebním místě prošel v jedné provozní sezóně třemi spojkami. Každá náhrada měla stejnou katalogovou velikost a každá selhala v zubech náboje. Na vině nebyla kvalita materiálu; byla to metoda dimenzování, která sledovala pouze průměr hřídele a výkon motoru. Pracovní cyklus zahrnoval časté starty pod zatíženým řemenem a nikdo nezměřil úhlovou nesouosost způsobenou usazujícím se základem. Tato poučka platí pro celý těžký průmysl: dimenzování hřídelových spojek pro těžká zařízení je technický výpočet, nikoli katalogové vyhledávání.

Logika dimenzování, která zabraňuje chybám v poli

Pracujte ve správném pořadí a většina poruch spojky zmizí. Vypočítejte aplikační kroutící moment, použijte servisní faktor, který odráží poháněný stroj a jeho provoz, identifikujte špičkové a rázové podmínky, změřte nesouosost, kterou zařízení skutečně vytváří, a teprve potom vyberte velikost spojky, která současně vyhovuje všem omezením. Spojka, která je dokonale dimenzována na jmenovitý točivý moment, může stále rychle selhat, když běží s nepřetržitým úhlovým nesouosostí nebo když počáteční točivý moment dosáhne trojnásobku točivého momentu.

Návrhový moment je kotvou celého výpočtu: Td = Tn x SF. Tn je jmenovitý moment přenášený při ustáleném provozu a SF je provozní faktor. U těžkých zařízení se SF zřídka pohybuje pod 1,5 a často dosahuje 2,5 až 3,0 u drtičů a reverzních mlýnů. Dva pohony se stejným momentem motoru mohou vyžadovat různé velikosti spojky. Odstředivé čerpadlo běžící stabilně při 1480 ot./min obvykle používá provozní faktor 1,25, zatímco drtič se stejným motorem potřebuje 2,5 nebo vyšší kvůli rázovému zatížení. Níže uvedená tabulka uvádí servisní faktory běžně používané pro pohony elektromotorů.

Tři čísla, která rozhodují o velikosti spojky

Každý výběr spojky hřídele sestává ze tří čísel: točivý moment, vrtání a nesouosost. Rychlost a prostředí jsou také důležité, ale tyto tři rozhodují o velikosti rámu.

Nominální točivý moment

Pro rotační pohon je nominální točivý moment T = 9550 x P / n, kde P je v kilowattech, n je v otáčkách za minutu a T vychází v newtonmetrech. Motor o výkonu 132 kW při 1480 otáčkách za minutu tedy při stálém zatížení přenáší asi 852 Nm.

Špičkový točivý moment

Elektromotory obvykle produkují 150 až 200 procent jmenovitého točivého momentu během startování. Dieselové motory a hydromotory mohou produkovat ještě vyšší špičky. Spojka musí přežít špičku, nejen průměr, protože špičkový krouticí moment namáhá zuby, náboj a upevňovací prvky. Pokud se měnič pravidelně spouští pod zatížením nebo obrátí směr, považujte špičkový krouticí moment spíše za trvalý konstrukční stav než za příležitostnou událost.

Kapacita vrtání

Spojka může splnit cílový krouticí moment, ale přesto selže, když je vrtání příliš malé pro hřídel a drážku pro pero. Ověřte maximální vrtání vybraného rámu a ověřte, že drážka pro pero může přenášet návrhový krouticí moment bez rozdrcení jejích hran. Pokud je axiální zatížení vysoké, zvažte místo klíče uzamykací sestavu; upínací síla bezpečně drží náboj a eliminuje únavu drážky pera.

Nesouosost

Radiální, úhlová a axiální nesouosost zkracuje životnost spojky, když překročí jmenovité hodnoty. Ozubené spojky zvládají úhlové vychýlení až do zhruba 1,5 stupně na záběr, zatímco membránové spojky tolerují méně, ale poskytují vyšší torzní tuhost. Univerzální hřídele akceptují největší úhlové a axiální posuvy, což z nich dělá standard pro dálkové nebo pohyblivé pohony. Rychlost zesiluje účinek: při vysokých otáčkách i malé úhlové chyby generují vibrace a dynamické zatížení, které spojka nikdy nebyla navržena.

Spojovací rodiny pro těžká zařízení

Každá rodina spojek řeší jinou kombinaci točivého momentu, nesouososti a rychlosti. Znalost hranic každé rodiny je polovina práce na dimenzování.

Ozubené spojky bubnu

Bubnové ozubené spojky jsou tahouny těžkého průmyslu. Jejich tvar korunovaného zubu snižuje tlak na břity a umožňuje úhlové vychýlení, aniž by se vzdal kapacity točivého momentu. Když musí pohon přenášet stovky kilonewtonmetrů v kompaktním obalu, je obvykle první volbou široká bubnová ozubená spojka. The bubnová ozubená spojka širokého typu s vysokou nosností pokrývá rozsah vrtání a točivého momentu typický pro pohony mlýnů, dopravníků a jeřábů a jeho vyměnitelné sady ozubených kol zjednodušují údržbu. Pro širší pohled na to, jak se tyto spojky chovají v provozu, článek na bubnové ozubené spojky pro těžké průmyslové hnací systémy vysvětluje geometrii zubů, mazání a způsoby poruch.

RSK-GICL bubnová ozubená spojka Široký typ Vysoká nosnost a přenos točivého momentu Jiangsu Rokang Heavy Industry Technology Co., Ltd je RSK-GICL spojka bubnu Široký typ Vysoká nosnost a přenos točivého momentu Zobrazit produkt →

Univerzální hřídelové spojky

Když se poháněný stroj pohybuje vzhledem k motoru nebo má hnací vedení výrazné úhlové přesazení, je kardanový hřídel tou správnou odpovědí. The přesný univerzální hřídel dvojitého typu udržuje vysokou přesnost převodu při velkých pracovních úhlech a je k dispozici s teleskopickými sekcemi, kde se vzdálenost mezi konci hřídelí během provozu mění. Aplikace zahrnují válcovací stolice, pohony míchaček a jakékoli zařízení, kde motor a pracovní stroj sedí na samostatných základech, které se pohybují nezávisle.

RSK-WS Přesná univerzální hřídel Double type Large-Angle Torque Transmission Sup Jiangsu Rokang Heavy Industry Technology Co., Ltd je přesný univerzální hřídel RSK-WS Dvojitý typ velkoúhlého přenosu točivého momentu... Zobrazit produkt →

Membránové spojky

Pro torzní tuhost a nulovou vůli membránové spojky předčí většinu alternativ. Turbomachinery, zkušební stolice a vysokorychlostní pohony čerpadel je využívají, protože přenášejí krouticí moment přes tenké kovové kotouče, které se elasticky ohýbají. U disků s otáčkami do 10 000 ot./min přizpůsobená vysokorychlostní membránová spojka s rychlostí až 10 000 ot./min zabraňuje mazání a opotřebení a celokovová konstrukce vyhovuje vysokým okolním teplotám, kde by elastomerové díly rychle degradovaly.

RSK přizpůsobená vysokorychlostní membránová spojka až do 10 000 ot./min Dodavatelé, společnost - Jiangsu Rokang Heavy Industry Technology Co., Ltd je přizpůsobená vysokorychlostní membránová spojka RSK až do 10 000 ot./min Dodavatelé a velkoobchod ... Zobrazit produkt →

Elastomerové spojky

Spojky pneumatik a spojky čep a pouzdro dodávají torzní měkkost a tlumí vibrace. Jsou ekonomickou volbou pro pohony s nižší rychlostí a středním točivým momentem, ale jejich hustota točivého momentu je výrazně nižší než u převodů nebo konstrukcí s membránou. U těžkých zařízení se objevují především na pomocných pohonech a malých dopravnících, kde záleží na tlumení nárazů více než na kompaktnosti.

Postup stanovení velikosti krok za krokem

Níže uvedený postup funguje pro většinu pohonů těžkých zařízení, ať už vyměňujete vadnou spojku nebo navrhujete novou převodovku.

1. Určete jmenovitý moment z výkonu motoru a provozních otáček.
2. Vyberte servisní faktor z typu stroje, spouštěcí frekvence a úrovně rázů.
3. Vypočítejte návrhový moment vynásobením jmenovitého momentu provozním faktorem.
4. Ověřte maximální točivý moment při startování, couvání nebo zastavení.
5. Změřte radiální, úhlové a axiální vychýlení, které instalace skutečně vytváří.
6. Vyberte spojovací rám s jmenovitým kroutícím momentem nad návrhovým kroutícím momentem a kapacitou nesouososti nad naměřenými hodnotami.
7. Ověřte rozměry otvoru a drážky pro pero podle skutečných konců hřídele.
8. Zkontrolujte maximální rychlost a pro vysokorychlostní nebo variabilní pohony proveďte analýzu torzních vibrací.
9. Zkontrolujte prostředí: rozsah teplot, prach, vlhkost a přístup k mazání.

Běžné chyby ve velikosti a jak se jim vyhnout

Většina chyb v poli je způsobena jednou z následujících chyb:

• Použití krouticího momentu na štítku motoru místo momentu odtržení nebo zastavení.
• Volba příliš nízkého provozního faktoru pro občasné velké zatížení.
• Měření nesouososti pouze při instalaci a ignorování tepelného růstu a sedání základů.
• Výběr spojky pouze podle velikosti otvoru, bez kontroly jmenovitého krouticího momentu.
• Předimenzování natolik, že spojka již nechrání systém před přetížením.
• Zapomínání na axiální retenci, když pohon nese vysoký axiální tlak.

Když zařízení musí odpovídat evropské praxi, průvodce k Typy a výběr spojek DIN objasňuje srovnání řady DIN z hlediska torzní tuhosti, kapacity vyrovnání a požadavků na údržbu.

Praktický příklad velikosti

Vezměte pásový dopravník poháněný elektromotorem o výkonu 132 kW při 1480 otáčkách za minutu, s hřídelí motoru 80 mm a vstupní hřídelí převodovky o stejném průměru.

1. Jmenovitý točivý moment: Tn = 9550 x 132 / 1480 = 852 Nm.
2. Provozní faktor pro dopravník se středními rázy a častými starty: 1,75.
3. Konstrukční točivý moment: Td = 852 x 1,75 = 1491 Nm.
4. Špičkový rozběhový moment při 200 procentech točivého momentu motoru: asi 1704 Nm.
5. Vyberte rám spojky jmenovitý nad 1491 Nm, s maximálním vrtáním alespoň 80 mm a drážkou pro pero, která se hodí na hřídel.

Bubnová ozubená spojka s jmenovitým točivým momentem 2000 Nm, maximálním vrtáním 85 mm a kapacitou úhlového vychýlení asi 1,5 stupně by splňovala požadavek s přiměřenou bezpečnostní rezervou. Další menší rám, dimenzovaný na 1200 Nm, by při kontrole konstrukčního krouticího momentu selhal, i když jeho vrtání pasuje na hřídel. To je důvod, proč výpočet krouticího momentu musí předcházet jakémukoli srovnání vrtání.

Závěrečné kontroly před zadáním objednávky

Před potvrzením velikosti spojky zkontrolujte tyto body:

• Ujistěte se, že vrtání spojky odpovídá hřídeli motoru i hřídeli hnaného stroje.
• Ověřte rozměry drážky pro pero podle platné normy.
• Rozhodněte se, zda je pro aplikaci vyžadována verze brzdového kola nebo brzdového kotouče.
• Poznamenejte si interval mazání a zda instalace umožňuje snadný přístup pro údržbu.
• Pro vysokorychlostní nebo reverzní zatížení si před finalizací velikosti vyžádejte torzní analýzu od výrobce.

Dimenzování hřídelových spojek pro těžká zařízení funguje nejlépe jako strukturovaný proces. Začněte s kroutícím momentem, použijte poctivý servisní faktor, respektujte špičkové podmínky a změřte nesouosost, kterou instalace skutečně vytváří. Když jsou tato čísla správná, velikost spojky přirozeně následuje a díl, který nainstalujete, má reálnou šanci, že vydrží tak dlouho, jak dlouho bude sloužit stroj.