Jak dobrać sprzęgło do szybkiej aplikacji?

                              Zadaniem sprzęgła jest połączenie dwóch wałów obrotowych w celu przeniesienia ruchu obrotowego i momentu obrotowego. Wbrew pozorom poprawny dobór sprzęgła w szczególności w przypadku szybkich aplikacji charakteryzujących się dużą dynamiką pracy nie jest rzeczą prostą, gdyż podczas jego doboru należy wziąć pod uwagę wiele czynników takich jak na przykład wymagane warunki pracy, warunki środowiskowe oraz  parametry użytkowe i serwisowe. Jeżeli przy wyborze sprzęgła wzięto pod uwagę wszystkie te czynniki, sprzęgło nie powinno wykazywać żadnych usterek w całym okresie jego użytkowania. Jeśli jednak nie zostanie spełniony choćby jeden z tych czynników, sprzęgło może przedwcześnie ulec awarii powodując przestój maszyny lub urządzenia, co często wiąże się z dużymi kosztami wynikającymi z braku produkcji.

                                                             Zdjęcie nr 1. Sprzęgła z wkładką stalową

Jeżeli przyjdzie nam dobierać sprzęgła do aplikacji i decydować o doborze konkretnego sprzęgła należy wziąć pod uwagę kilka kryteriów, w tym: rodzaj aplikacji, moment obrotowy, niewspółosiowość, sztywność, bezwładność, obroty, sposób mocowania wału, czynniki środowiskowe, ograniczenia przestrzenne, czynniki serwisowe i koszt. Przy podejmowaniu decyzji o typie sprzęgła każde kryterium należy rozpatrywać indywidualnie, aby mieć pewność, że sprzęgło będzie odpowiednie do danego zastosowania i nie ulegnie przedwczesnej awarii. Ten proces oceny należy również powtórzyć w przypadku każdej zmiany warunków w całym cyklu życia aplikacji. 

                                                            Zdjęcie nr 2. Sprzęgła z wkładką polimerową

Zakres przemieszczeń

Istotnym czynnikiem przy wyborze sprzęgła jest tzw. zakres przemieszczeń. Przemieszczenia wałów mogą być równoległe, osiowe lub kątowe, czy też stanowić kombinację więcej niż jednego typu przemieszczeń. Sprzęgło musi być tak dobrane, aby móc skompensować te przemieszczenia. W przypadku przemieszczeń równoległych można zastosować sprzęgło Oldhama natomiast nie nadaje się ono do zastosowania w przypadku przemieszczeń kątowych lub osiowych do których kompensacji nadaje się na przykład sprzęgło helikalne. Częstą przyczyną awarii jest niedoszacowanie zakresu przemieszczeń, powodujące powstawanie obciążeń przekraczających specyfikacje sprzęgła. Powoduje to przyspieszone zużycie i może powodować przedwczesną awarię innych elementów, takich jak np. łożyska.

                                                            Zdjęcie nr 3. Sprzęgła charakteryzujące się dużym zakresem przemieszczenia kątowego

Moment obrotowy

Kolejnym ważnym aspektem przy wyborze sprzęgła jest moment obrotowy aplikacji, który bardzo często jest niedoszacowany. Oprócz momentu obrotowego w stanie ustalonym należy wziąć pod uwagę maksymalny chwilowy moment obrotowy dla danego zastosowania.  

Sztywność na skręcanie

Następnym czynnikiem jest sztywność na skręcanie, które występuje we wszystkich sprzęgłach. Jest to odchylenie kątowe pomiędzy wałem wejściowym a wyjściowym podczas pracy sprzęgła. W dynamicznych aplikacjach zależy nam, aby sztywność na skręcanie była jak największa. Chodzi o to, aby podczas ruchów prawo-lewo silnika układ reagował na ten ruch bardzo szybko. 

Luz sprzęgła

Luz sprzęgła to również ważny czynnik podczas doboru. Jest to chwilowa utrata ruchu w sprzęgle. Na przykład, gdy skręcanie działa w jednym kierunku, sprzęgło wygina się i ściska pod wpływem tego naprężenia. Kiedy zmienia się kierunek skręcania, w sprzęgle pojawia się luz. Dowolny luz w aplikacji sterującej ruchem może być szkodliwy dla aplikacji, potencjalnie powodując brak dokładności pozycjonowania i trudności w dostrojeniu systemu. W takich scenariuszach należy rozważyć sprzęgła o zerowym luzie.

Tłumienie

Tłumienie odnosi się do minimalizacji wstrząsów i wibracji i jest ono szczególnie ważne w zastosowaniach związanych ze sterowaniem ruchem i przenoszeniem mocy, ponieważ pozwala zmniejszyć straty energii i niepotrzebne naprężenia elementów systemu. Tłumienie wstrząsów pomaga zredukować skutki obciążeń impulsowych, minimalizując wstrząsy silnika i innego wrażliwego sprzętu. Ryzyko przedwczesnej awarii sprzęgła może wzrosnąć, jeśli przy wyborze typu sprzęgła nie w pełni uwzględni się wymagany poziom tłumienia.

Bezwładność sprzęgła

Kolejnym istotnym czynnikiem jest bezwładność, która odnosi się do oporu sprzęgła na zmianę prędkości kątowej i reguluje tendencję sprzęgła do utrzymywania stałej prędkości w odpowiedzi na przyłożone siły zewnętrzne (np. moment obrotowy). Zbyt duża bezwładność sprzęgła w aplikacji może poważnie pogorszyć wydajność całego systemu poprzez wprowadzenie rezonansu i zwiększenie częstotliwości własnej systemu. Sprzęgło o niskiej bezwładności umożliwia dostrojenie systemu do wyższego poziomu wydajności i jest bardzo dobrym wyborem w zastosowaniach wymagających dużej precyzji.

Maksymalna bezpieczna prędkość robocza

W przypadku szybkich aplikacji nieuwzględnienie na etapie projektowania maksymalnej bezpiecznej prędkości roboczej sprzęgła może szybko skutkować awarią, czasami z tragicznymi konsekwencjami. Wyważone sprzęgło jest niezbędne w zastosowaniach wymagających dużych prędkości. Jakikolwiek stopień niewspółosiowości może również mieć wpływ na bezpieczną prędkość roboczą sprzęgła.

                                                                                      Zdjęcie nr 4. Sprzęgła z wkładką wykonaną z kompozytu zapewniającego izolację galwaniczną

Izolacja galwaniczna

W wielu przypadkach ważnym aspektem jest izolacja galwaniczna, która polega na oddzieleniu dwóch elementów mechanicznych w celu zapobiegania przenoszeniu prądu elektrycznego, jednocześnie umożliwiając przenoszenie energii mechanicznej. Sprzęgła Oldham i szczękowe mogą być izolujące elektrycznie, jeśli stosowane są wkładki niemetalowe lub polimerowe, a inne typy sprzęgieł mogą być również produkowane z materiałów izolujących elektrycznie.

Jak widać sprzęgła konstrukcyjnie wydają się być bardzo prostym elementem łączącym dwa wały ze sobą, ale niestety zły ich dobór może skończyć się awarią maszyny, a co za tym idzie jej przestojem i wiążącymi się z tym kosztami. Zły dobór sprzęgła powoduje również zużycie innych elementów układu mechanicznego, co może powodować konieczność częstszego ich serwisowania. Ważne jest, aby cena nie była jedynym kryterium wyboru dostawcy sprzęgieł, bo może to skończyć się poważnymi konsekwencjami finansowymi w krótszym lub dłuższym okresie.

Jeśli masz więcej pytań odnośnie doboru sprzęgła skontaktuj się z naszymi inżynierami.