Tipuri de cuplare pentru motoare electrice: un ghid complet de selecție

De ce este importantă selecția cuplajului în sistemele cu motor

Fiecare tren de transmisie a motorului electric are cel puțin un cuplaj - interfața mecanică dintre arborele de ieșire al motorului și orice se rotește motorul. Este una dintre cele mai specificate și cel mai frecvent subspecificate componente din mașinile industriale. Obțineți cuplajul corect și acesta dispare în fundal, transmițând cuplul în mod fiabil de ani de zile. Găsiți greșit și consecințele apar rapid: defecțiune prematură a rulmentului, oboseală a arborelui, vibrații care se propagă prin întreaga mașină și timpi de oprire neplanificați.

Motivul pentru care selecția cuplajului este mai complexă decât pare este că cuplajelor li se cere să facă mai multe lucruri simultan. Ei transmit cuplul. Aceștia găzduiesc dezechilibrele inevitabile dintre arbori - unghiulare, paralele și axiale - care rezultă din toleranțele de fabricație, dilatarea termică și deformarea sub sarcină. Și, în funcție de tip, pot atenua șocul de torsiune, pot proteja echipamentele din aval de suprasarcini sau pot menține jocul zero pentru o poziționare precisă. Niciun tip de cuplare nu face toate aceste lucruri la fel de bine, motiv pentru care gama de modele disponibile este atât de largă.

Secțiunile de mai jos acoperă principalele categorii de cuplare utilizate în aplicațiile motoarelor electrice, principiile fizice din spatele fiecăreia și criteriile de selecție care determină ce tip aparține unui anumit sistem de acționare.

Cuplaje flexibile: calul de lucru pentru uz general

Cuplajele flexibile sunt cea mai răspândită categorie de cuplaje în aplicațiile motoarelor electrice. Caracteristica lor definitorie este prezența unui element flexibil - de obicei un elastomer, un arc sau o membrană metalică subțire - care permite cuplajului să se adapteze dezalinierii dintre arbori fără a transmite forțele rezultate la rulmenți și etanșări.

Cuplaje maxilare (păianjen). sunt printre cele mai comune modele de cuplare flexibilă. Două butuci metalice - de obicei aliaj de aluminiu sau oțel - cuplează un element de păianjen elastomeric între ele. Păianjenul transmite cuplul prin compresie în timp ce absoarbe sarcinile de șoc și dezechilibrele unghiulare și paralele minore. Duritatea păianjenului este o variabilă cheie de selecție: păianjenii mai moi absorb șocul mai mult, dar oferă o capacitate de cuplu mai mică și pot fi deteriorați de suprasarcini susținute; păianjenii mai duri gestionează cupluri mai mari, dar transmit mai multe vibrații. Cuplajele cu fălci sunt utilizate pe scară largă în pompe, transportoare, ventilatoare și antrenări industriale generale.

Cuplaje de anvelope (anvelope). utilizați un element elastomer continuu în formă de anvelopă pneumatică. Flexibilitatea ridicată a elementului de anvelopă găzduiește dezechilibre mai mari decât cuplajele fălcilor - în special dezalinierea unghiulară - și oferă o izolare excelentă la vibrații. Nu necesită întreținere, nu necesită lubrifiere și sunt utilizate în aplicații cu viteză mai mică, unde compensarea dezalinierii este cerința principală. Cuplaje cu știfturi elastice (bufă știft). transmite cuplul prin știfturi prevăzuți cu bucșe de cauciuc sau nailon, oferind flexibilitate moderată și o bună absorbție a șocurilor, cu avantajul suplimentar de înlocuire simplă a elementului fără a perturba alinierea arborelui.

a lui Rokang Gama de cuplare flexibilă care acoperă anvelopa, știftul elastic și modelele elastomerice aferente abordează cerințele de cuplare flexibilă de uz general în această gamă de aplicații.

Servocuplări: Precizie pentru aplicații de control al mișcării

Aplicațiile pentru servomotoare — mașini-unelte CNC, robotică, echipamente semiconductoare, platforme de testare de precizie — impun cerințe pe care cuplajele flexibile de uz general nu le pot îndeplini. Cererea principală este zero joc: orice joc unghiular în cuplare se traduce direct în eroare de poziționare la sarcină. O a doua cerință este rigiditatea ridicată la torsiune, astfel încât dinamica buclei de control servo să nu fie compromisă de un cuplaj care acționează ca un arc în trenul de transmisie. În același timp, cuplajul trebuie să găzduiască în continuare dezalinirile arborelui inerente oricărei instalații reale, fără a impune sarcini laterale lagărelor motorului.

Cuplaje cu diafragmă îndeplinesc aceste cerințe printr-un disc metalic subțire și flexibil (singure) sau un teanc de discuri (dublu) care transmit cuplul cu rigiditate la torsiune ridicată în timp ce se flexează pentru a absorbi dezalinierea unghiulară și axială. Designurile cu o singură diafragmă se potrivesc în primul rând cu dezalinierea unghiulară; modelele cu diafragmă dublă gestionează atât offset unghiular, cât și paralel. Construcția integrală din metal înseamnă lipsă de uzură, lipsă de lubrifiere și nicio degradare a performanței în timp - critică în aplicațiile de precizie în care este necesar un comportament constant pe milioane de cicluri. a lui Rokang Cuplaje cu diafragmă pentru servomotoare pentru aplicații CNC și acţionare de precizie sunt disponibile în aliaj de aluminiu și oțel, în configurații cu diafragmă simplă și dublă, cu opțiuni de atașare a butucului de prindere și șurub.

Servocuplaje cu fălci (păianjen). în categoria servo folosește elemente spider mai rigide și toleranțe de fabricație mai strânse decât omologii lor de uz general, obținând o reacție aproape de zero pentru sarcini servo ușoare până la medii. Cuplaje Oldham utilizați un design din trei piese - doi butuci și un disc central plutitor - care alunecă pe chei transversale pentru a se adapta dezalinierii paralele cu zero joc, făcându-le deosebit de potrivite pentru aplicațiile în care decalajul arborelui este tipul principal de dezaliniere. Cuplaje cu fascicul (helicoidal). sunt prelucrate dintr-o singură bucată de aluminiu sau oțel inoxidabil cu tăieturi elicoidale care creează un element flexibil integral - compact, fără joc și potrivite pentru aplicații de servo, codificatoare și instrumente de utilizare ușoară. Cuplaje cu burduf utilizați un element de burduf din metal ondulat care oferă o rigiditate ridicată la torsiune cu o adaptare excelentă a dezalinierii și un joc zero, acoperind gama superioară a cerințelor de performanță a servocuplării. a lui Rokang cuplaje cu falci și păianjen concepute pentru sisteme servo și automatizări completați oferta de cuplaje servo alături de tipurile de diafragmă, fascicul, oldham și burduf.

Cuplaje angrenate și cuplaje cu diafragmă de mare viteză: utilizare grea și de înaltă performanță

La niveluri mai mari de cuplu și dimensiuni ale arborelui — acționări industriale, laminoare, macarale, compresoare, turbine — cerințele de cuplare trec de la acomodarea dezalinierii la densitatea maximă a cuplului și performanța fiabilă în condiții de sarcini grele susținute.

Cuplaje angrenate transmite cuplul prin dinții angrenajului de angrenare pe butucii interni și externi, cu profilul dintelui încoronat pe butucul exterior permițând dezalinierea unghiulară și axială, menținând în același timp capacitatea maximă de încărcare. Cuplajul tamburului (încoronat) este designul standard pentru industria grea: oferă cel mai mare raport cuplu pe diametru dintre orice tip de cuplare flexibilă și gestionează atât deplasările unghiulare, cât și axiale prin geometria ochiului dentare. Pentru aplicații cu sarcini grele cu cerințe de arbore intermediar, cuplajele cu roți de frână integrate sau discuri de frână combină transmisia cuplului și funcția de frânare într-o singură componentă. a lui Rokang cuplaje cu angrenaje cu tambur pentru sisteme de antrenare industriale cu sarcină mare acoperă seria standard GICL/GIICL, precum și variantele de roți de frână și disc de frână pentru aplicații de macara și transportoare.

Cuplaje cu diafragmă de mare viteză ocupă un spațiu de performanță diferit: rigid la torsiune, fără joc, fără întreținere și capabil să funcționeze la viteze care depășesc 10.000 rpm. Aceste cuplaje sunt utilizate în turbomașini, compresoare, generatoare și standuri de testare de mare viteză, unde cerințele de lubrifiere a cuplajului angrenajului sunt inacceptabile și unde echilibrul dinamic la viteze mari de rotație este o specificație critică. După cum se menționează în ghidul industriei de la Resursa de referință a Machine Design privind proiectarea cuplajelor flexibile și principiile de selecție , cuplajele integral metalice, inclusiv tipurile cu diafragmă și disc, obțin, în general, diametre exterioare mai mici și greutăți mai mici decât alternativele elastomerice la cote echivalente de cuplu - un avantaj important în aplicațiile de mare viteză unde inerția și echilibrul sunt critice. a lui Rokang cuplaje cu diafragmă de mare viteză, nominale până la 10.000 rpm și mai mult sunt proiectate pentru turbomașini, generare de energie și aplicații de mare viteză pe banc de testare.

Cuplaje cu arc serpentin și cuplaje cu lanț: soluții flexibile cu cuplu ridicat

Pentru aplicațiile care necesită o absorbție semnificativă a șocurilor și o toleranță la dezaliniere, alături de o capacitate mare de cuplu — transportoare grele, echipamente minier, concasoare, pompe mari — două modele de cuplare sunt deosebit de potrivite.

Cuplaje cu arc serpentin transmite cuplul printr-un element arc din oțel continuu în formă de S țesut între dinți pe doi butuci opuse. Arcul acționează atât ca element de transmisie a cuplului, cât și ca element flexibil simultan, oferind o absorbție excelentă a șocurilor, o capacitate mare de cuplu și capacitatea de a se adapta dezalinierii unghiulare, paralele și axiale. Spre deosebire de cuplajele elastomerice, elementul arc din oțel nu se degradează cu temperatura sau expunerea la uleiuri și substanțe chimice, ceea ce face ca cuplajele cu arc serpentin să fie potrivite pentru mediile industriale dure. De asemenea, sunt compacte pentru cuplul lor, ceea ce este avantajos acolo unde spațiul este restrâns. a lui Rokang cuplaje cu arc serpentin pentru aplicații de antrenare cu cuplu mare și cu șoc sunt disponibile în variante standard, cu asamblare rapidă, cu flanșă dublă și cu disc de frână.

Cuplaje cu lanț utilizați un lanț cu role dublu care leagă două butuci de pinion. Sunt simplu de instalat și întreținut, tolerantă la nealinierea în pasul lanțului și sunt capabile să transmită un cuplu ridicat la un cost relativ scăzut. Limitarea principală este că necesită lubrifiere periodică și nu sunt potrivite pentru aplicații de mare viteză. Pentru acționările cu viteză moderată și cu cuplu ridicat în agricultură, minerit și setari industriale generale, cuplajele cu lanț rămân o soluție practică și rentabilă.