Typy spojok elektromotorov: Kompletný sprievodca výberom

Prečo je výber spojky dôležitý v motorom poháňaných systémoch

Každé hnacie ústrojenstvo elektromotora má aspoň jednu spojku — mechanické rozhranie medzi výstupným hriadeľom motora a čímkoľvek, čo sa motor otáča. Je to jeden z najviac špecifikovaných a najčastejšie nešpecifikovaných komponentov v priemyselných strojoch. Správne nastavenie spojky zmizne v pozadí, pričom krútiaci moment spoľahlivo prenáša roky. Pomýlite sa a následky sa prejavia rýchlo: predčasné zlyhanie ložísk, únava hriadeľa, vibrácie, ktoré sa šíria celým strojom, a neplánované prestoje.

Dôvod, prečo je výber spojky zložitejší, ako sa zdá, je ten, že spojky sú požiadané, aby robili niekoľko vecí súčasne. Prenášajú krútiaci moment. Prispôsobujú sa nevyhnutnému nesúosovosti medzi hriadeľmi – uhlovými, paralelnými a axiálnymi – ktoré sú výsledkom výrobných tolerancií, tepelnej rozťažnosti a priehybu pri zaťažení. A v závislosti od typu môžu tiež tlmiť torzné rázy, chrániť následné zariadenie pred preťažením alebo udržiavať nulovú vôľu pre presné polohovanie. Žiadny jednotlivý typ spojky nedokáže všetky tieto veci rovnako dobre, a preto je rozsah dostupných dizajnov taký široký.

Nižšie uvedené časti pokrývajú hlavné kategórie spojok používané v aplikáciách elektromotorov, fyzikálne princípy každej z nich a výberové kritériá, ktoré určujú, ktorý typ patrí do daného pohonného systému.

Flexibilné spojky: univerzálny pracant

Pružné spojky sú najrozšírenejšou kategóriou spojok v aplikáciách elektromotorov. Ich definujúcou charakteristikou je prítomnosť ohybného prvku – zvyčajne elastoméru, pružiny alebo tenkej kovovej membrány – ktorý umožňuje spojke prispôsobiť sa nesúosovosti medzi hriadeľmi bez prenosu výsledných síl na ložiská a tesnenia.

Čeľusťové (pavúkové) spojky patria medzi najbežnejšie konštrukcie flexibilných spojok. Dva kovové náboje – zvyčajne hliníková zliatina alebo oceľ – zaberajú medzi nimi elastomérny pavúk. Pavúk prenáša krútiaci moment kompresiou a zároveň absorbuje nárazové zaťaženie a menšie uhlové a paralelné vychýlenie. Tvrdosť pavúka je kľúčovou premennou výberu: mäkšie pavúky absorbujú viac nárazov, ale ponúkajú nižšiu kapacitu krútiaceho momentu a môžu sa poškodiť trvalým preťažením; tvrdšie pavúky zvládajú vyššie krútiace momenty, ale prenášajú viac vibrácií. Čeľusťové spojky sa vo veľkej miere používajú v čerpadlách, dopravníkoch, ventilátoroch a všeobecných priemyselných pohonoch.

Spojky pneumatík (pneumatiky). použiť súvislý elastomérny prvok v tvare pneumatiky. Vysoká flexibilita prvku pneumatiky sa prispôsobuje väčším nesúosovostiam ako čeľusťové spojky – najmä uhlovému vychýleniu – a poskytuje vynikajúcu izoláciu vibrácií. Sú bezúdržbové, nevyžadujú žiadne mazanie a používajú sa v aplikáciách s nižšou rýchlosťou, kde je primárnou požiadavkou kompenzácia nesúososti. Elastické kolíkové (kolíkové) spojky prenášajte krútiaci moment cez čapy vybavené gumovými alebo nylonovými puzdrami, ktoré poskytujú miernu flexibilitu a dobré tlmenie nárazov, s ďalšou výhodou jednoduchej výmeny prvkov bez narušenia súososti hriadeľa.

Rokangov rozsah flexibilných spojok pokrývajúci pneumatiky, elastický kolík a súvisiace elastomérne konštrukcie rieši univerzálne požiadavky na flexibilné spojky v tomto rozsahu aplikácií.

Servospojky: Presnosť pre aplikácie riadenia pohybu

Aplikácie servomotorov – CNC obrábacie stroje, robotika, polovodičové zariadenia, presné testovacie zariadenia – kladú požiadavky, ktoré univerzálne flexibilné spojky nedokážu splniť. Primárnou požiadavkou je nulová vôľa: akákoľvek uhlová vôľa v spojke sa premieta priamo do chyby polohovania pri zaťažení. Druhou požiadavkou je vysoká torzná tuhosť, aby dynamika riadiacej slučky servopohonu nebola ohrozená spojkou, ktorá pôsobí ako pružina v hnacom ústrojenstve. Zároveň sa musí spojka stále vyrovnávať s vychýlením hriadeľa, ktoré je vlastné každej skutočnej inštalácii bez toho, aby na ložiská motora pôsobilo bočné zaťaženie.

Membránové spojky spĺňajú tieto požiadavky pomocou tenkého, flexibilného kovového kotúča (jeden) alebo zväzku kotúčov (dvojitý), ktoré prenášajú krútiaci moment s vysokou torznou tuhosťou a zároveň sa ohýbajú, aby absorbovali uhlové a axiálne vychýlenie. Konštrukcie s jednou membránou primárne reagujú na uhlové vychýlenie; konštrukcie s dvojitou membránou zvládajú uhlové aj paralelné odsadenie. Celokovová konštrukcia znamená žiadne opotrebovanie, žiadne mazanie a žiadne zhoršovanie výkonu v priebehu času – čo je dôležité v presných aplikáciách, kde sa vyžaduje konzistentné správanie počas miliónov cyklov. Rokangov membránové spojky servomotorov pre CNC a aplikácie s presným pohonom sú k dispozícii z hliníkovej zliatiny a ocele, v konfiguráciách s jednou a dvojitou membránou, s možnosťou uchytenia náboja s upínaním a skrutkou.

Čeľusťové (pavúkové) servospojky v kategórii servomotorov používajú tuhšie prvky spider a užšie výrobné tolerancie ako ich náprotivky na všeobecné použitie, čím sa dosahuje takmer nulová vôľa pre ľahké až stredné servo funkcie. Oldhamove spojky použite trojdielny dizajn – dva náboje a plávajúci stredový disk – ktorý sa posúva na krížové pery, aby sa prispôsobili paralelnému nesúosovosti s nulovou vôľou, vďaka čomu sú obzvlášť vhodné pre aplikácie, kde je odsadenie hriadeľa primárnym typom nesúosovosti. Nosníkové (skrutkové) spojky sú vyrobené z jedného kusu hliníka alebo nehrdzavejúcej ocele so skrutkovitými rezmi, ktoré vytvárajú integrálny flexibilný prvok – kompaktný, bez vôle a vhodný pre ľahké servo, kódovacie a prístrojové aplikácie. Vlnovcové spojky použite vlnitý kovový vlnovec, ktorý poskytuje vysokú torznú tuhosť s vynikajúcim prispôsobením sa nesúosovosti a nulovou vôľou, pokrývajúc horný rozsah požiadaviek na výkon servospojky. Rokangov čeľusťové a pavúkové spojky navrhnuté pre servo a automatizačné systémy doplňte ponuku servospojok popri typoch membrán, nosníkov, oldhamov a vlnovcov.

Ozubené spojky a vysokorýchlostné membránové spojky: ťažká a vysokovýkonná prevádzka

Pri vyšších úrovniach krútiaceho momentu a veľkostiach hriadeľov – priemyselné pohony, valcovne, žeriavy, kompresory, turbíny – sa požiadavky na spojky posúvajú od vyrovnávania nesúosovosti k maximálnej hustote krútiaceho momentu a spoľahlivému výkonu pri trvalom veľkom zaťažení.

Ozubené spojky prenášajte krútiaci moment cez zaberajúce zuby ozubeného kolesa na vnútorných a vonkajších nábojoch, pričom korunový profil zubov na vonkajšom náboji umožňuje uhlové a axiálne vychýlenie pri zachovaní plnej nosnosti. Bubnová (korunovaná) ozubená spojka je štandardný dizajn pre ťažký priemysel: ponúka najvyšší pomer krútiaceho momentu na priemer zo všetkých flexibilných typov spojok a zvláda uhlové aj axiálne posunutie cez geometriu zubovej siete. Pre aplikácie s vysokým zaťažením s požiadavkami na medzihriadeľ kombinujú ozubené spojky s integrovanými brzdovými kolesami alebo brzdovými kotúčmi prenos krútiaceho momentu a funkciu brzdenia v jednom komponente. Rokangov bubnové ozubené spojky pre vysoko zaťažené priemyselné pohonné systémy pokrývajú štandardné série GICL/GIICL, ako aj varianty brzdových kolies a brzdových kotúčov pre žeriavové a dopravníkové aplikácie.

Vysokorýchlostné membránové spojky zaberajú iný výkonový priestor: torzne tuhé, bez vôle, bezúdržbové a schopné prevádzky pri rýchlostiach nad 10 000 ot./min. Tieto spojky sa používajú v turbostrojoch, kompresoroch, generátoroch a vysokorýchlostných skúšobniach, kde sú požiadavky na mazanie ozubených spojok neprijateľné a kde je dynamická rovnováha pri vysokých otáčkach kritickou špecifikáciou. Ako je uvedené v priemyselnom usmernení z Referenčný zdroj strojového dizajnu o flexibilnom dizajne spojok a princípoch výberu celokovové spojky vrátane membránových a kotúčových typov vo všeobecnosti dosahujú menšie vonkajšie priemery a nižšie hmotnosti ako elastomérne alternatívy pri ekvivalentných hodnotách krútiaceho momentu – dôležitá výhoda vo vysokorýchlostných aplikáciách, kde sú kritické zotrvačnosť a vyváženie. Rokangov vysokorýchlostné membránové spojky až do 10 000 otáčok za minútu a viac sú navrhnuté pre turbostroje, výrobu energie a vysokorýchlostné testovacie zariadenia.

Hadovité pružinové spojky a reťazové spojky: Flexibilné riešenia s vysokým krútiacim momentom

Pre aplikácie, ktoré vyžadujú výrazné tlmenie nárazov a toleranciu nesúosovosti popri vysokej kapacite krútiaceho momentu – ťažké dopravníky, banské zariadenia, drviče, veľké pohony čerpadiel – sú obzvlášť vhodné dve konštrukcie spojok.

Hadovité pružinové spojky prenáša krútiaci moment cez súvislý oceľový pružinový prvok v tvare písmena S vpletený medzi zuby na dvoch protiľahlých nábojoch. Pružina pôsobí súčasne ako prvok na prenos krútiaceho momentu aj ako pružný prvok, pričom poskytuje vynikajúce tlmenie nárazov, vysokú kapacitu krútiaceho momentu a schopnosť prispôsobiť sa uhlovému, paralelnému a axiálnemu vychýleniu. Na rozdiel od elastomérových spojok sa oceľový pružinový prvok nedegraduje teplotou alebo vystavením olejom a chemikáliám, vďaka čomu sú hadovité pružinové spojky vhodné do drsných priemyselných prostredí. Sú tiež kompaktné pre svoj krútiaci moment, čo je výhodné tam, kde je obmedzený priestor. Rokangov hadovité pružinové spojky pre aplikácie s vysokým krútiacim momentom a rázovým zaťažením sú dostupné v štandardnom, rýchlomontážnom, dvojprírubovom variante a variante brzdového kotúča.

Reťazové spojky použite dvojvláknovú valčekovú reťaz spájajúcu dva náboje reťazových kolies. Jednoducho sa inštalujú a udržiavajú, tolerujú nesúosovosť v rozstupe reťaze a sú schopné prenášať vysoký krútiaci moment pri relatívne nízkych nákladoch. Primárnym obmedzením je, že vyžadujú pravidelné mazanie a nie sú vhodné pre vysokorýchlostné aplikácie. Pre stredne rýchle pohony s vysokým krútiacim momentom v poľnohospodárstve, baníctve a všeobecnom priemysle zostávajú reťazové spojky praktickým a nákladovo efektívnym riešením.