اجزای ماشین ( کوپلینگ ها)

[Farhad.Jonobi 2552]

کوپلینگ ها

کوپلینگ ها اجزایی از ماشین هستند که حرکت و توان را از انتهای یک محور دریافت و به محور دیگر منتقل می کنند. در کوپلینگ ها قطع ارتباط بین محور محرک و متحرک وجود ندارد. در یک دسته بندی کلی کوپلینگ ها به دو نوع صلب و انعطاف پذیر تقسیم بندی می شوند.

1- کوپلینگ های صلب (سخت)

این نوع کوپلینگ ها جهت اتصال دو محور کاملا هم راستا در تجهیزاتی که در آن ها هم محوری دقیق دو محور ضروری و قابل دسترس است استفاده می شود لازم به ذکر است که هر گونه عدم تقارن محوری در این نوع کوپلینگ ها خرابی های سریع را در اثر تشت های بالا به دنبال دارد این نوع از کوپلینگ ها به دو دسته تقسیم بندی می شوند:

1-1 کوپلینگ های پوسته ای

در این نوع کوپلینگها ، دو نصفه پوسته با فشار پیچها روی محور بسته شده و گشتاور چرخشی بوسیله اصطکاک به محور منتقل می گردد. هردو محور با خار انطباقی به پوسته متصل می شوند ، مونتاژ این کوپلینگها آسان است ولی فقط امکان انتقال قدرت بین دو محور هم قطر را میسر می سازد. این نوع کوپلینگ انتقال گشتاورهای کم را امکان پذیر می نماید.

2-1 کوپلینگ های فلنچی

سطح بیرونی بوش لغزشی مخروطی بوده و لذا در اثر محکم کردن پیچها اتصال فشاری و اصطکاک کافی بین فلنچ و بوش برقرار می گردد. دو محور در این اتصال بایستی کاملاً هم راستا باشند ، مونتاژ و دمونتاژ این نوع کوپلینگ به آسانی انجام می شود.

2- کوپلینگ های انعطاف پذیر

کوپلینگ های انعطاف پذیر در انواع مختلف تجاری در دسترس هستند که هر یک برای شرایط کاری خاصی مناسب می باشند این نوع کوپلینگ ها می توانند عدم تقارن محوری شعاعی و زاویه ای را بین محور محرک و متحرک تحمل کنند.

کوپلینگهای انعطاف پذیر چهار وظیفه اصلی بر عهده دارند :

1- انتقال گشتاور و سرعت از محرک به متحرک

2- خنثی و مستهلک کردن ارتعاشات

3- جبران نامیزانیها

4- تاثیر بر فرکانس طبیعی سیستم

مقادیر ناهمراستایی مجاز کوپلینگها را باید از کاتالوگهای سرندگان بدست آورد ولی به طور کلی ناهمراستایی محوری مجاز در کوپلینگهای کوچک به in 005/0 و در کوپلینگهای بزرگ به in 0.03 محدود می باشد. حداکثر نامیزانی زاویه ای مجاز هم معمولاً حدود سه درجه در نظر گرفته می شود. با توجه به طیف وسیعی از انواع کوپلینگ های انعطاف پذیر ، وجود یک دسته بندی جامع که بتواند تمام انواع را در برگیرد در دسترس نیست. لذا از دسته بندی انواع کوپلینگهای انعطاف پذیر صرف نظر می شود.

1-2 کوپلینگ توربوفلکس

این کوپلینگ از دو فلنچ و یک قطعه واسطه که اکثراً یک محور تو خالی می باشد تشکیل شده است. گشتاور چرخشی توسط واشر فنری منتقل می گردد و به کمک آن مقداری جابجایی محوری و زاویه ای میسر می شود. این نوع کوپلینگ توانایی تحمل نیروهای شعاعی زیاد ( مانند نیروهای اعمال شده به غلتکهای دستگاه نورد ) را دارا می باشد.

2-2 کوپلینگ شبکه ای ( فالک )

در این نوع کوپلینگ ، گشتاور از طریق یک فنر انعطاف پذیر به شیارهای فولادی روی کوپلینگ انتقال می یابدو بین دو نیمه کوپلینگ کمی فاصله وجود دارد که تا حدی نامیزانی محوری را جبران نموده و قابلیت تحمل بارهای ناگهانی سبک را بدلیل وجود فنریت پیچشی را بوجود می آورد. استفاده از محفظه و گریس کاری برای این کوپلینگ لازم است.

3-2 کوپلینگ های زنجیری

کوپلینگ زنجیری از دو چرخ زنجیر تشکیل شده است که توسط یک زنجیر دو ردیفه به یکدیگر متصل می گردند بدلیل وجود کمی لقی بین اجزاء رنجیر ، این نوع کوپلینگ مقادیر کم نامیزانی زاویه ای ، محوری و شعاعی را تحمل می کند. جهت طولانی شدن عمر کاری ، دندانه های چرخ زنجیرها سخت کاری می گردد.

کوپلینگ بایستی گریس کاری شده و درون یک محفظه بسته پر از گریس قرارداده شود.

4-2 کوپلینگ های چرخ دنده ای

کوپلینگ چرخ دنده ای از دو توپی متصل به چرخ دنده تشکیل شده که یک بوش هزار خاری آنها را به یکدیگر متصل می کند. بدلیل وجود لقی بین دنده ها و همچنین خاصیت عملکرد کشویی امکان جذب نامیزانی های دورانی ، زاویه ای و محوری و محوری را دارا می باشد. قابلیت انتقال توانهای زیاد در مقایسه با سایر انواع کوپلینگ ( به نسبت ابعاد و وزن ) از مشخصات کوپلینگ چرخ دنده ای است. مقدار نامیزانی مجاز و ظرفیت انتقال بار به شکل و لقی و زاویه فشار دنده ها بستگی دارد.

5-2 کوپلینگ فکی

کوپلینگ فکی یکی از متداولترین انواع کوپلینگهای انعطاف پذیر است که با استفاده از یک ضربه گیر الاستومری از انتقال ارتعاش و ضربه جلوگیری نموده و نامیزانیهای محور را جذب می نماید. این نوع کوپلینگ علیرغم حجم و ابعاد کم قابلیت انتقال توانهای بالا را دارا بوده و در طرحهای متنوع جهت کاربردهای عادی و اختصاصی استفاده می شود. مقدار سختی عضو الاستومری ، دمای کاری ، مقاومت شیمیایی و صلبیت پیچشی آن بسته به شرایط عملکرد تعیین می گردد.

معمولاً درجه حرارت کاری این نوع کوپلینگ در محدوده 40- تا 120 درجه سانتیگراد می باشد. توپی های کوپلینگهای فکی معمولاً از فولاد یا چدن ساخته می شوند.

6-2 کوپلینگ رولکس

اصلی ترین ویژگی این نوع کوپلینگ قابلیت انعطاف زیاد در جهت دورانی و جلوگیری از انتقال ضربه و ارتعاش می باشد.

7-2 آکارد ئونی

قابلیت تحمل نامیزانی های زاویه ای و محوری و جذب ارتعاشات پیچشی مهمترین ویژگی این کوپلینگ است.

8-2 پارافلکس ( چرخی )

این نوع کوپلینگ ضمن تحمل ناهم راستایی محوری و زاویه ای قابلیت جذب ارتعاشات پیچشی را نیز دارا می باشد.

9-2 کوپلینگ متغیر زاویه ای ( یونیورسال)

کوپلینگهای انعطاف پذیر بسته به طرح و ساختمان داخلی می توانند ناهمراستایی زاویه ای را تا حدود 3 درجه و ناهم راستایی محوری را تا تحمل کنند. ولی در برخی از کاربردها لازم است که دو محور ناهمراستایی بیشتری داشته باشند. در این گونه کاربردها از چهارشاخه یا اتصال یونیورسال استفاده می شود. مفصلهای یونیورسال در سرعتهای بسیار پائین امکان کار تحت زاویه را نیز دارا هستند. ولی حداکثر زاویه قابل توصیه جهت سرعتهای بیشتر از rpm10 ، می باشد. در سرعتهای بالاتر از rpm600 این زاویه به حداکثر محدود می گردد.

معرفی پارامترهای موثر در انتخاب و فاکتورهای مشخصه هر کوپلینگ

برای انتخاب کوپلینگ فقط اطلاع از مقدار بار و قطر محور کافی نیست بلکه می بایست کلیه شرایط حاکم بر انتقال قدرت مورد بررسی قرار گیرد. نحوه سوار شدن دو نیمه کوپلینگ ، مقدار نامیزانی محورها ، محدوده گشتاور انتقالی و دمای سیستم از جمله مواردی است که بایستی قبل از انتخاب کوپلینگ مورد توجه قرار گیرد.

قبل از انتخاب کوپلینگ موارد زیر را مشخص کنید :

1- نوع سیستم محرک ( موتور الکتریکی ، موتور احتراقی ، تعداد سیلندر و ... )

2- نوع سیستم متحرک ( فرم پمپ ، سنگ شکن ، مخلوط کن و .... )

3- گشتاور نامی ( در عملکرد پیوسته )

4- گشتاور حداکثر در شروع و خاتمه حرکت و هنگام مواجهه با اضافه بار )

5- گشتاور ارتعاشی T ( میزان نوسان گشتاور حول مقدار نامی )

6- تعداد خاموش و روشن شدن در یک ساعت

7- مقدار و نوع نامیزانی بین محور های محرک و متحرک ( زاویه ای ، محوری ، هردو )

8- طریقه نصب کوپلینگ روی محور ( محور به محور ، محور به چرخ طیار ، انطباقی و .... )

9- اندازه محور ( قطر محورهای محرک و متحرک )

10- دمای کاری

11- محدوده سرعت دوران ( محدوده های حداقل و حداکثر سرعت )

12- ضریب عملکرد ( ضریبی که بتواند اثر مجموعه پارامترهای فوق را اعمال نماید. )

مشخصه های کوپلینگ

پس از تعیین شرایط عملکرد سیستم ، می بایست ضمن مقایسه مشخصه های کوپلینگ با شرایط عملکرد ، بهترین کوپلینگ را انتخاب نمود و مشخصه های هر کوپلینگ عبارتند از :

1- ظرفیت انتقال گشتاور ( Torque capcity )

2- حداقل و حداکثر قطر سوراخ کوپلینگ ( Bore size )

3- طریقه نصب (Type f mounting )

4- نامیزانی مجاز ( Permissiable misalignment )

5- محدوده حداکثر سرعت مجاز ( Maximum speed range )

6- انعطاف پذیری جسم ( Material fle ility )

و قابلیت کار در محیطهای گرم روغنی و صلبیت پیچشی کافی.

انتخاب کوپلینگ

اولین قدم جهت انتخاب کوپلینگ برمبنای گشتاور انتقالی و قطر محور برداشته می شود. سپس مناسب بودن کوپلینگ جهت شرایط نصب مقدار نامیزانی مجاز و سرعت و دمای عملکرد کنترل می گردد. بررسی امکان بروز پدیده تشدید ( رزونانس ) نیز نباید فراموش شود. البته در مواردی که محرک موتور الکتریکی دارای عملکرد آرام و مقادیر بار کم باشد ، معمولاً نیازی به بررسی پدیده تشدید نخواهد بود. برای سیستمهایی که دارای حرکت آرام هستند. معمولاً ضریب عملکردی برابر 5/1 در نظر گرفته می شود که این ضریب در گشتاور نامی ضرب شده و گشتاور بدست آمده مبنای انتخاب کوپلینگ قرار خواهد گرفت.

به عنوان یک ملاک کلی ، کوپلینگ ها بایستی حداکثر گشتاور در شرایطی که فرکانس نوسانات گشتاور بیش از 60 هرتز در ساعت نباشد تحمل کنند.

در ارتباط با نیروهای ارتعاشی ، کوپلینگ بگونه ای انتخاب می گردد که ارتعاشات وارد شده به آن عمدتاً جذب و مستهلک گردیده و به محور بعدی منتقل نشود. نرخ استهلاک ارتعاشات به میزان قابلیت جذب ارتعاش در عضو انعطاف پذیر وابسته است. جنسهای نرمتر از قابلیت جذب ارتعاش بیشتری برخوردارند.

در ارتباط با نامیزانی مجاز ، اولاً کوپلینگ باید بتواند بین دو محور که نسبت به یکدیگر نامیزانی دارند قرار گرفته و گشتاور را منتقل کند و ثانیاً در اثر قرار گرفتن بین دو محور نامیزان نیروی زیادی به آنها وارد ننماید.

فرکانس طبیعی یک سیستم با توجه به مقدار اینرسی و صلبیت آن تعیین می گردد. پس از طراحی و ساخت یک سیستم تغییر مقدار صلبیت آن کار دشواری است در حالیکه با انتخاب کوپلینگ مناسب و کنترل صلبیت سیستم به راحتی می توان فرکانس طبیعی را تغییر داد.