Esnek Disk Kaplin Tasarımı: Disk Paketi Geometrisi, Göbekler ve Uygulama Uyumu

Aynı 250 kW'lık kompresörde on dört ay içinde üç disk paketi arızalandı ve bakım ekibi her defasında kaplini değiştirdi. Bunun nedeni kimsenin bütçelemediği 0,9 mm'lik eksenel büyümeydi. Hizalamanın ardından paketin eksenel kapasitesi 0,5 mm'den az kalmıştı, bu nedenle her sıcak başlatma, paslanmaz laminasyonları yorulma sınırına biraz daha yaklaştırdı.

Bu hikaye sonucu taşıyor. Esnek disk kaplin tasarımı, yanlış hizalama dipnotlu bir tork hesaplaması değildir. Kaplinin, dönme veya boşluk olmadan torku iletecek kadar sert olduğu ve yataklara, cıvatalara ve kendi laminasyonlarına geri beslediği kuvvetlerin yorulma sınırları içinde kalmasını sağlayacak kadar esnek olduğu dar bant arayışıdır. Bir teklifin karşıt uçlarından bakıldığında tasarım ve seçim aynı sorundur.

Bir Disk Paketi Torku Nasıl Taşır?

Bir disk paketi, cıvata dairesi etrafında düzenlenmiş altı ila on iki bağlantıyla delinmiş, tipik olarak 0,2 mm ila 0,5 mm kalınlığında ince paslanmaz çelik levhalardan oluşan bir yığındır. Her bir tabaka dönüşümlü olarak iki göbeğe takılan cıvatalarla sabitlenir, böylece tork, kaplinin bir tarafında gerilim ve diğer tarafında sıkıştırma olarak bağlantılar boyunca hareket eder. Yanlış hizalama yalnızca levhaların bükülmesi tarafından emilir. Hiçbir şey kaymaz, hiçbir şey yağlanmaz ve hiçbir şey kauçuktan yapılmaz.

Bu tek gerçek, tasarımın tüm karakterini açıklıyor: sıfır boşluk, aşınma yüzeyi yok, eskiyecek veya sertleşecek elastomer yok ve esnek eleman yerine göbekler tarafından belirlenen sıcaklık tavanı. Aynı zamanda zayıflığı da açıklıyor. Kayma arayüzü olmayan ve neredeyse hiç sönümlemesi olmayan bir kaplin, enerjiyi dağıtma konusunda çok az bir yeteneğe sahiptir; bu nedenle, bağlantılarda görülen gerilim ne olursa olsun, makinenin tüm ömrü boyunca her devirde görülürler.

Bağlantı profili ilk gerçek tasarım kararıdır. Düz kenarlı bir bağlantı, bükülme gerilimini cıvata delikleri çevresinde yoğunlaştırır. Fistolu veya belli bir bağlantı, eğriliği uzunluğu boyunca yayar: esneklik artar, delikteki maksimum gerilim düşer ve paketin belirli bir yanlış hizalamada yataklara geri ittiği tepki kuvveti de onunla birlikte düşer. Fiyat tork yoğunluğudur, çünkü fistolu bir levha, düz olana göre milimetre genişlik başına daha az tork taşır ve paketin bunu daha fazla katman, daha fazla cıvata veya daha fazla çapla telafi etmesi gerekir. Sac kalınlığı, katman sayısı, bağlantı genişliği ve cıvata sayısı, bitmiş bağlantının ne yapabileceğine karar veren dört değişkendir.

Tek Disk veya Çift Disk: Yanlış Hizalama Kararı

Paket tanımlandıktan sonra soru, kaplin için kaç pakete ihtiyaç duyulduğudur. Tek diskli ünite, iki göbek arasına bir paket yerleştirir. Açısal ve eksenel yer değiştirmeyi rahat bir şekilde gerçekleştirir ve paralel ofseti zayıf bir şekilde yönetir; bu da kısa, yakın bağlantılı sürücülere uygundur: servo eksenler, küçük pompalar ve her iki şaftın da zaten milimetrenin birkaç yüzde biri kadar yakınlığa oturduğu test donanımları.

Çift diskli kaplin, iki paket arasına bir ara parça yerleştirir. Ara parça, her bir pakette paralel ofseti açısal yer değiştirmeye dönüştürür; bu, ayrı taban plakaları üzerindeki bir motor ve dişli kutusunun birbiriyle kavga etmeden bağlanmasına olanak tanıyan şeydir. Ara parça uzunluğu bu durumda gerçek bir tasarım değişkeni haline gelir: kaplinin ne kadar paralel kaymayı absorbe edebileceğini, ağırlığını ve kendi kütlesinin ve bükülme davranışının aktarma organlarını ne kadar etkileyeceğini belirler.

Kısa aralayıcılara ve kelepçe tipi göbeklere sahip kompakt çift diskli tasarımlar, takım tezgahı ve CNC sürücülerinde olduğu gibi, zarfın sıkı olduğu ancak paralel ofsetin yine de absorbe edilmesi gereken yerlerde yaygındır.

RSK-CPLF Esnek Alüminyum Alaşımlı Çift Diyaframlı Kelepçe Kaplin Alüminyum alaşımlı göbekler, 304 paslanmaz diyaframlar, yüksek sağlamlık, düşük atalet ve boşluksuz iletim ile CNC, servo ve step sürücüler için kompakt çift diyaframlı kelepçe bağlantısı. Ürünü Görüntüle →

Sertlik Oranları, Tepki Kuvvetleri ve Rulman Faturası

Tork değeri, kaplinin hayatta kalıp kalmayacağına karar verir. Sertlik, etrafındaki her şeyin hayatta kalıp kalmayacağına karar verir. Teklif aşamasında çoğunlukla göz ardı edilen eksenel durumu ele alalım. İhtiyacınız olan kaplinin yaklaşık 250 N/mm'lik bir eksenel sertliğe sahip olduğunu varsayalım; bu, orta boy bir disk paketi için gerçekçi bir rakamdır ve şaftın, soğuk çalıştırma ile tam yük arasında 0,8 mm büyüdüğünü varsayalım. Paket, normal yatak yüküne ek olarak yaklaşık 200 N'yi sürekli olarak yatağa geri itecektir. Küçük bir motorda bu, rulman ömrünü yıllardan aylara kısaltmak için yeterlidir ve hiçbir tork hesaplaması bunu asla ortaya çıkaramaz.

Burulma sertliği ters yönde çalışır. Radyan başına veya derece başına Nm olarak belirtilir ve ne kadar yüksek olursa, tahrik edilen mil motoru o kadar kesin bir şekilde takip eder. Eksenlerin konumlandırılması için yüksek burulma sertliği ve sıfır boşluk, disk kaplinin seçilmesinin nedenidir. Hızlanma sırasında burulma rezonansından geçmesi gereken bir aktarma organı için aynı sertlik bir sorumluluktur ve düşük sönümleme, tepe noktasını daha keskin hale getirir. Uygulama büyük motorları, ileri geri hareket eden yükleri veya değişken hızlı çalışmayı içeriyorsa, kaplin sertliği dipnot yerine burulma modeline aittir.

Pratik kural: Tedarikçiden yalnızca tork değeri ve delik boyutunu değil, burulma, eksenel ve radyal sertlik değerlerini de teklifle birlikte isteyin. Bir yatak yükünü veya rezonansı yalnızca tork rakamıyla kontrol edemezsiniz.

Cıvatalar, Denge ve Hız Tavanı

Cıvatalı bağlantı, tasarımın saha deneyiminin ilk olarak cezalandırdığı kısmıdır. Takılan cıvatalar, raybalanmış deliklerde kontrollü bir açıklığa kadar taşlanır, böylece tork, laminasyonlar arasındaki sürtünme yerine kesme sırasında cıvata sapı tarafından taşınır. Bu, uyum sınıfının ve kilitleme yönteminin önemli olduğu anlamına gelir, çünkü gevşetilmiş bir cıvata, tek bir başlangıçta tüm paketteki yük dağılımını değiştirir.

Hız diğer tavandır ve doğrusal değildir. Artık dengesizlik kuvveti, dönme hızının karesi ile birlikte büyür: yaklaşık 1 g-mm dengesizlik, 10.000 rpm'de kabaca 1,1 N ve 20.000 rpm'de kabaca 4,4 N dönme kuvveti üretir. Denge kalitesi de aynı mantığı izler. Genel endüstriyel sürücüler genellikle G6.3'te kabul edilebilir, yüksek hızlı ve takım tezgahı sürücüleri normalde G2.5'i gerektirir ve çok yüksek hızlı veya çok hafif rotorlar G1'e ihtiyaç duyabilir. Kaplinin nominal hızının üzerinde hiçbir dengeleme işlemi yardımcı olmaz çünkü sınır, disk paketinin kendisindeki merkezkaç geriliminden kaynaklanır. Çalışma noktasının bu tavana yakın olduğu durumlarda, amaca yönelik olarak üretilmiş yüksek hızlı tasarım tek mantıklı yanıttır.

Malzemeler: Paslanmaz Paketler, Çelik veya Alüminyum Göbekler

Disk paketi neredeyse her zaman östenitik paslanmaz çeliktir; yorulma mukavemeti ve korozyon direncinin birleşiminden dolayı 301 ve 302 yaygın tercihlerdir. 17-4 PH gibi yağışla sertleşen kaliteler, daha yüksek mukavemetin veya daha yüksek sıcaklık kapasitesinin gerekli olduğu yerlerde ortaya çıkar. Merkez, malzeme seçiminin uygulamayı takip ettiği yerdir. 6061 veya 7075'teki alüminyum alaşımlı göbekler ataleti düşük tutar; bu, dönen kütlenin her gramının motor boyutuna katkıda bulunduğu servo eksenlerde önemlidir. Genellikle siyah oksit işlemine tabi tutulmuş 1045 çelik veya alaşımlı kalite göbekler, ağır endüstriyel ve uzun açıklıklı tahriklerde hakimdir ve yıkama veya deniz atmosferinin mevcut olduğu yerlerde paslanmaz göbekler kullanılır.

Göbek-şaft bağlantısı normalde olduğundan daha fazla ilgiyi hak ediyor. Anahtarlı bağlantı, hiçbir sıfır boşluklu disk paketinin telafi edemeyeceği bir boşluk yaratır, bu nedenle kelepçe tipi göbekler ve anahtarsız kilitleme düzenekleri, konumlandırma ve yüksek geri sürüşlerde normal özelliklerdir. Yüzey işlemine yükten ziyade çevre karar verir: hafif aşındırıcı iç mekan tesisleri için karartma, dış mekan ve denizcilik işleri için paslanmaz veya kaplamalı donanım.

RSK-CPNLT Karartılmış Kademeli Çift Diyaframlı Kelepçe Kaplin Servo ve step sürücüler için kama kanallı, 304 paslanmaz diyaframlı, 45# çelik göbekli, kelepçe vidalı ve yüksek tork sertliğine sahip, korozyona dayanıklı karartılmış kaplin. Ürünü Görüntüle →

Saha Toleransları: İyi Bir Tasarımın Kötü Bir Kuruluma Dönüştüğü Yer

Saha hizalaması, doğru bir tasarımı, diğer herhangi bir tek nedenden daha sık olarak yanlış bir kuruluma dönüştürür. Disk kaplin için genel hedefler, 0,5 derecenin altındaki açısal hata ve 0,5 ila 1,5 mm arasındaki eksenel ayardır, ancak bu sayılar belirli boyuta ve pakete aittir, dolayısıyla alışkanlıktan ziyade tedarikçinin veri sayfasından gelmelidirler. Hizalama soğukken kontrol edilmeli ve makine sıcakken çalışma sıcaklığında tekrar doğrulanmalıdır, çünkü 100 mm'lik bir açıklıkta 2 mm büyüyen bir şaft, tezgah üzerinde mükemmel şekilde hizalanmış bir kaplinin tüm eksenel payını tüketebilir.

İki alışkanlık orantısız hasara neden olur. Bunlardan ilki, iki şaftı birbirine çekmek için bağlantı cıvatalarını kullanmaktır; bu, makine daha çalıştırılmadan önce paketi eksenel olarak önceden yükler. İkincisi, yalnızca açısal hatayı ölçmek ve çift diskli bir ünitedeki paralel kaymayı göz ardı etmek; burada ara parça bunu her iki paketteki açısal yer değiştirmeye büyütüyor. Düşürmeli ara parçası tasarımlarında, ara parçasının montaj sırasında da desteklenmesi gerekir, böylece cıvatalar sıkılmadan önce ağırlığının paketleri bükmemesi sağlanır.

Karşı Tasarlanmaya Değer Arıza Modları

Hizmet içi arızaların çoğu, az sayıda tanınabilir modele dayanmaktadır:

• Disk bağlantılarındaki cıvata deliklerinden yayılan yorulma çatlakları, neredeyse her zaman aşırı yükten ziyade nominal değerlerin üzerindeki sürekli yanlış hizalamanın sonucudur.
• Ön yükü kaybolan bir bağlantıdaki mikro hareketin neden olduğu sürtünme ve delik uzaması.
• Yeniden yapılanma sonrasında yükü kalan cıvatalara yeniden dağıtan gevşek veya eksik kilitli somunlar.
• Yanlış yerleştirmeden veya yeterince sıkı olduğu varsayılan kamalı bağlantıdan dolayı göbek deliği mil üzerinde kayıyor.
• Yıkama, kıyı veya kimyasal atmosferlerde korozyon çukurlaşması veya stresli korozyon çatlaması.
• Çift hat frekanslı tork dalgalanması, bıçak geçiş frekansları veya dişli ağ frekansları tarafından uyarılan burulma rezonansı; burada kaplin sertliği, aktarma organı modeline hiçbir zaman girilmemiştir.

Pratik Bir Seçim Sıralaması

İster bir kaplin tasarlıyor olun, ister bir kaplin satın alıyor olun, uygulanabilir bir işlem sırası:

1. Güç ve hızdan sürekli torku hesaplayın: Nm cinsinden tork, kW cinsinden gücün 9550 katının rpm cinsinden hıza bölünmesine eşittir.
2. Tahrik edilen makineyi yansıtan bir servis faktörü uygulayın; düzgün yükler için genellikle 1,5 ila 2 ve ileri geri veya yüksek darbeli işler için 2,5 veya daha fazlası.
3. Başlatma, frenleme ve durma torklarını sürekli olana göre değil, tepe değerine göre kontrol edin.
4. Çalışma hızını sabitleyin, ardından hızın gerçekten gerektirdiği denge derecesini seçin.
5. Gerçek hizalama bozukluklarını belirleyin: iki makine arasındaki üretim toleransları da dahil olmak üzere açısal, paralel ve eksenel, soğuk ve sıcak.
6. Kaplin sertliğini kullanarak yanlış hizalamayı tepki kuvvetine dönüştürün ve bunu yatak yüküne ekleyin.
7. Deliği, göbek tipini, kama yuvası veya kelepçe bağlantısını, ara parça uzunluğunu ve mevcut zarfı onaylayın.
8. Ortamı doğrulayın: sıcaklık, nem, kimyasallar ve yıkama sıklığı.

Soruşturmada Neler Var?

Yalnızca delik ve tork isteyen bir tedarikçi, tahrikinizi anlamamıştır ve geri gelen teklif, çözümden ziyade katalog numarası olacaktır. Sürekli ve tepe torku, hızı ve görev döngüsünü, üç yanlış hizalama bileşeninin tümünü, ortam ve çalışma sıcaklığını, korozyona maruz kalma durumunu, mevcut zarfı, delik ve bağlantı tipini ve hız yüksekse denge derecesini gönderin. Bu sekiz öğe, yanındaki rulmanlardan sessizce daha uzun süre dayanan bir kaplin ile programlı bir sarf malzemesi haline gelen bir kaplin arasındaki farktır.

Aynı tesiste servo diyafram ünitelerinden ağır dişli kaplinlere kadar birçok kaplin tipi çalışıyorsa, DIN kaplin türlerini ve standartlarını kapsayan genel bir seçim referansı tek bir teklifin yanında faydalı bir yardımcı olacaktır çünkü aday tasarımlar arasındaki karşılaştırmayı sözlü yerine somut hale getirir.

DIN kaplin türleri, standartları ve seçim kılavuzu