23.09. 2014 E-konstruktér
Zvolit správnou spojku pro daný úkol znamená položit si před výběrem určitého druhu spojky ty správné otázky. Možností je hodně a pro danou aplikaci se může hodit víc než jeden typ spojky. Tady jsou odborné tipy a postupy.
Tady jsou odborné tipy a postupy.
1) Nevybírejte spojku jen podle zvyku nebo ceny.
Vzhledem ktomu, že konstruktéři rádi opakují osvědčené postupy, volba typu spojky často vychází z použití stejného typu jako u předchozího projektu. Protože však ne všechny spojky jsou si rovné, při specifikaci na základě zkušenosti často dochází k nesouladu mezi potřebami zařízení a schopnostmi spojky. Dalším zdrojem chyb je volba spojky podle ceny namísto funkčních požadavků. Konstruktéři vedení snižováním nákladů mohou být při výběru spojky příliš spořiví, a ošidit tak danou aplikaci. I když tento přístup může snížit prvotní náklady na díly, rozsáhlé a nákladné reklamace mohou mít ve svém důsledku neblahý dopad na čistý zisk a pověst produktů výrobce.
Další chybou je výběr špatné velikosti: Volba příliš velké nebo příliš malé spojky pro danou aplikaci pokaždé způsobuje problémy. Konstruktér musí znát síly a zátěže, kterým bude spojka vystavena. Prostý odhad zátěžových požadavků například podle krouticího momentu motoru nebo kapacity pásů a následné zvětšení nebo zmenšení spojky způsobí buď naddimenzování, nebo závažné poddimenzování konstrukce. V obou případech je celý stroj navržen neefektivně, a jeho provoz bude nakonec dražší jak pro výrobce, tak pro uživatele.
2) Určete nejlepší způsob upevnění spojky k hřídeli.
Způsob, jakým je spojka upevněna k hřídeli, může podmínit úspěch nebo neúspěch této spojky bez ohledu na to, jestli je pro daný úkol vhodná. Tradiční pouzdra s drážkou, perem a zkosením fungují dobře v jednosměrných aplikacích s minimálními rázovým nebo protisměrným namáháním. V aplikacích s protisměrným a rázovým namáháním je dávána přednost svěrným pouzdrům, protože nevykazují vůli. Například při upevnění torzně tuhé vysokorychlostní kotoučové spojky bez vůle pomocí drážky a stavěcího šroubu dochází k vyrušení výhod nulové vůle této spojky. Zamýšlenému účelu spojky by lépe vyhovovalo svěrné pouzdro. Na druhou stranu upevnění vysoce pružné čelisťové spojky pomocí svěrného pouzdra by bylo příliš luxusní, vzhledem k neuhlazenému a pružnému charakteru tohoto druhu spojky.
3) Zeptejte se sami sebe, co by měla spojka dělat.
Možná nejdůležitější je zeptat se sám sebe: „Co by měla tato spojka dělat?" Další otázky: Musí přenášet velký nebo malý krouticí moment? Jedná se o vysokorychlostní nebo pomaloběžnou aplikaci? Musí být bezúdržbová? Co nulová vůle? Existuje mezi součástmi vyosení, které je potřeba kompenzovat, a o kolik? Vyžaduje daná aplikace, aby spojka pohlcovala rázy? Jak důležité jsou náklady? A co hmotnost? Co podmínky prostředí, například okolní teplota, vlhkost a žíravost? Znalost odpovědí na tyto otázky ohledně aplikace a jejich porovnání s dostupnými spojkami povede k výběru nejideálnější spojky pro danou aplikaci. Pamatujte: Fungovat může víc než jeden typ spojky.
4) Dávejte si pozor na správnou terminologii.
Libropalce nebo palce na libry? Může se to zdát samozřejmé, ale jednotky jmenovitého krouticího momentu spojky se často zaměňují. Když si spletete specifikace, můžete se od správné volby spojky odchýlit i více než o jeden řád. Další oblastí, kde vznikají zmatky, je použití drážek: Spojky s drážkou jsou pro vysoký moment, nikoli vysokou přesnost. Pokud aplikace vyžaduje změny momentu nebo směru a zároveň nastavování přesné polohy mezi hnacím a hnaným hřídelem jsou drážky nevhodné. Místo toho jsou pro přesné aplikace nejlepším řešením spojky se stavěcím šroubem nebo upínacím pouzdrem. Další poznámka – pokud potřebujete nulovou vůli, zajistěte si ji. Mnoho typů spojek včetně pružných membránových hřídelových spojek umožňuje nulovou vůli, zatímco jiné druhy dovolují vznik určité vůle.
5) Dávejte pozor na poddimenzování a naddimenzování.
Poddimenzované spojky: Při použití spojky s nedostatečným jmenovitým momentem pro danou aplikaci může dojít k poškození nebo zničení spojky, a tím narušení požadovaného přenosu síly. Naddimenzované spojky: Pokud je vybrána pružná hřídelová spojka s vyšším než požadovaným jmenovitým momentem, může být zbytečně velká a tuhá. Obvykle platí, že čím vyšší je jmenovitý moment spojky, tím je větší a méně pružná.
Dalším problémem jsou nečekané výchylky. Pružné hřídelové spojky jsou určeny k přenosu krouticího momentu, přičemž zajišťují poddajnost při určité kombinaci stlačování/prodlužování, ohybu a odchylek. Neočekávané vychýlení může zkrátit životnost spojky. Krátce řečeno, při výběru spojky musíte znát (nebo alespoň střízlivě odhadnout) provozní výchylky
6) Naprosto zásadní je správná montáž.
Volba správné spojky pro určitou aplikaci může být složitý proces, který ale nemusí být zbytečně časově náročný. Nejlepší přístup je pečlivě zvážit všechna návrhová kritéria. Obvykle mezi ně patří krouticí moment, vyosení hřídelů, tuhost, otáčky, moment setrvačnosti, prostorové požadavky a typ montáže na hřídel. Spojka, která řeší všechny tyto záležitosti, bude nakonec v aplikaci fungovat, jak chcete.
Výběrem správné spojky to ale nekončí. Stejně důležité je správná montáž spojky, s ověřením správnosti konstrukčních zřetelů. Není například vyosení větší, než bylo původně specifikováno? Po montáži u daného konstrukčního celku v aplikaci pravidelně kontrolujte, zda jsou důsledně dodržovány návrhové parametry a zda u žádné součásti systému nebo spojky nedochází k opotřebení, znečištění nebo jinému škodlivému jevu.
7) Nesprávná volba znamená špatný typ a špatnou velikost.
Nejčastější chybou, které se konstruktéři dopouštějí při specifikaci spojek a hřídelů, je nesprávná volba, která zahrnuje výběr špatného typu a velikosti spojky. Na trhu je k dostání mnoho druhů spojek a u dané aplikace bude pravděpodobně dobře fungovat víc než jen jeden typ spojky. Na druhou stranu pravděpodobně existuje mnoho spojek, které nebudou u té samé aplikace fungovat. K nalezení ideálního produktu přispěje pochopení aplikačních požadavků a jejich porovnání s funkčními výhodami dostupných spojek.
Na spolehlivost spojek během provozu mají například vliv vlastnosti, jako jsou tuhost, schopnost vyosení, snadnost montáže, snadnost údržby, teplotní vlastnosti, vnitřní vyváženost a rychlostní parametry. Příliš často se podceňuje celková povaha aplikace a aplikují se nesprávné provozní faktory – protože často není předvídáno rázové zatížení, brzdné zatížení, průhyb/ohnutí hřídele, citlivost na kmitání a frekvence cyklů. Tato kritéria se obecně řeší výběrem provozních faktorů a poměřují se s jmenovitými hodnotami nebo požadovaným výkonem. Pokud volba provozních faktorů neodráží správně dané požadavky, dojde u spojky pravděpodobně k předčasné poruše z únavy materiálu.
8) Uvědomte si rozdíl mezi správným a špatným.
Volba ideální spojky je taková, při které se spojka rychle namontuje a pak se na ni na léta zapomene. Je to taková spojka, která neselže zdůvodu požadavků aplikace. Zároveň nepřenáší namáhání nebo chyby na připojené součásti. K udržení spolehlivosti nevyžaduje plánované odstávky.
Špatná spojka je pravým opakem a obvykle se snadno pozná. Její montáž zabere hodiny nebo dny. Vyžaduje téměř dokonalé, časově náročné postupy odladění a časté mazání během plánovaných odstávek. Když špatná spojka selže, často selže katastrofálně, bez varování, a vede to k dlouhé, neplánované, nákladné odstávce. Při vyosení způsobuje špatná spojka předčasné selhání souvisejících zařízení, jako jsou ložiska, ozubená kola nebo hřídele. Místo toho, aby fungovala jako pojistka, přenáší špatná spojka v přetíženém stroji poruchy na dražší součásti, jako jsou motory nebo převodovky.
9) Dávejte pozor na nedostatečnou torzní tuhost.
Spojka s nedostatečnou torzní tuhostí může způsobovat rezonanci a poruchy. Tento problém začíná být čím dál tím častější, protože se od strojů ve stále větší míře vyžaduje simulace vačkových profilů, a tím se mohou do hnacího ústrojí vnášet torzní vibrace. Vzhledem ktomu, že spojky jsou téměř vždy nejpoddajnějšími součástmi systému, mají tendenci diktovat vlastní kmitočet celé hnací osy. Při vybuzení tohoto vlastního kmitočtu jsou výsledkem hluk, vibrace a nakonec selhání spojky. Pokud například začne být během procesu návrhu zjevné, že se pohon bude muset několikrát za sekundu pootáčet, je třeba věnovat pozornost rezonančnímu kmitočtu a torzní tuhosti spojky.
V případech, kdy jsou hnací a hnaný hřídel namontovány na různých základnách, neurčuje souosost hřídelů těleso spojky, a proto musí být hřídele srovnány v průběhu montáže připojených součástí. V takových situacích jsou často potřeba buď bočně upevněné spojky, nebo spojky s velkým vyosením. V opačném případě mohou být na ložiska hřídelů přenášeny velké vratné síly, které často způsobují prasknutí hřídelů a selhání spojek.
10) Věnujte pozornost způsobu dimenzování dodavatele a sestavám hřídelů.
Zvolit jmenovité momenty spojek podle efektivních hodnot momentu stanovených specializovaným softwarem může být lákavé, ale ne vždy jsou při tom zohledněny špičkové momenty, kterým může být spojka vystavena z důvodu přeneseného momentu setrvačnosti zátěže. K vyřešení tohoto problému má mnoho výrobců servospojek vlastní programy a vzorce, které v závislosti na samotné konstrukci spojky zohledňují i údaje o momentu setrvačnosti a pracovním cyklu, které jsou již běžně k dispozici. Tyto metody stanovení parametrů podle výrobce pomáhají zajistit správný jmenovitý moment spojky pro danou aplikaci.
Při návrhu jednoduchých transmisních nebo pomocných hřídelů mnozí konstruktéři předpokládají, že je nejpraktičtější vyrobit ocelový hřídel, srovnat střední ložiska a na každém konci použít jednodílnou pružnou spojku. Ve skutečnosti existuje několik výrobců spojek, kteří dodávají spojky z přesně vytlačovaných trubek, jež mají často dostatečné parametry nízké hmotnosti a boční tuhosti k nahrazení mezilehlých podpěr. Tyto zvláštní sestavy spojek a hřídelů se dodávají zvýroby, zkrátí se podle potřeby a jsou připraveny kmontáži jako jeden celek, a navíc často s takovými doplňujícími možnostmi, jako je upravitelná délka a vestavěné omezení momentu. Rady ohledně vlastností, jako jsou kritické otáčky, pružnost, hmotnost a moment setrvačnosti vzávislosti na požadované celkové délce, je možné získat od aplikačních inženýrů dodavatele.
Vyhněte se častým nástrahám
Stejně jako u všech mechanických zařízení musí být u spojek v souladu zamýšlený účel a parametry aplikace, včetně mnoha různých výkonnostních veličin. Konstruktér však musí hledět za tato kritéria a věnovat se i záležitostem, jako je prostředí dané aplikace, provozní spolehlivost, údržba a rychlost výměny vpřípadě potřeby – protože odstávky mohou mnoho procesů vážně narušit. Časté úskalí: nepochopení, co ve skutečnosti znamenají specifikace výrobce. Například údaje o axiálním zatížení jsou někdy určovány za ideálních (nerealistických) podmínek a někdy zase vyjadřují „režim poruchy". Konstruktéři musí naprosto rozumět těmto specifikacím i návrhovým kritériím posuzovaného stroje.
Další častou chybou při výběru konstrukce je špatná identifikace druhu a stupně vyosení aplikace nebo systému. Jedná se o úhlové nebo paralelní vyosení? Dochází k axiálnímu pohybu? Existují tu všechny tři stavy a do jaké míry?
Správný výběr spojky není možné provést bez naprostého pochopení řešeného vyosení v systému.