Katalogi sprzęgieł Oldham przedstawiają gęstą macierz liczb – średnic zewnętrznych, otworów, momentów obrotowych, możliwości regulacji przesunięcia, wartości bezwładności i ograniczeń prędkości – po której poruszanie się może być trudne bez dokładnego zrozumienia znaczenia każdego parametru i relacji między nimi. Sprzęgło zbyt małe do danego zastosowania ulega przedwczesnemu uszkodzeniu; sprzęgło zbyt duże zwiększa niepotrzebną bezwładność i koszty. Prawidłowe odczytanie tabeli rozmiarów stanowi podstawę całego procesu doboru.
W tym artykule wyjaśniono wszystkie wymiary i parametry występujące w standardowej tabeli rozmiarów sprzęgieł Oldham, opisano ich wzajemne powiązania oraz przedstawiono praktyczny przykład doboru od początku do końca.
Kluczowe wymiary na rysunku sprzęgła Oldham
OD — średnica zewnętrzna: Maksymalna średnica zewnętrzna zespołu sprzęgła, mierzona w poprzek korpusu piasty. Ten wymiar decyduje o tym, czy sprzęgło mieści się w dostępnej przestrzeni promieniowej wokół wału. W ciasnych instalacjach – wewnątrz obudów maszyn, między sąsiednimi elementami lub w pobliżu kołnierzy wału – przed przystąpieniem do doboru należy sprawdzić, czy średnica zewnętrzna powiększona o margines luzu mieści się w dostępnej przestrzeni.
L — Długość całkowita: Całkowita długość osiowa zmontowanego sprzęgła, mierzona od czoła piasty do czoła piasty, z tarczą osadzoną w nominalnym położeniu osiowym. Wymiar ten określa wymaganą przestrzeń osiową między silnikiem a maszyną napędzaną. Należy zapewnić wystarczający prześwit dla długości sprzęgła oraz ewentualnego luzu osiowego, który powstaje, gdy wał silnika wydłuża się pod wpływem rozszerzalności cieplnej.
LH — Długość piasty: Długość osiowa każdej piasty, która określa, jak głęboko piasta styka się z wałem. Dłuższe piasty zapewniają większą powierzchnię zacisku i zazwyczaj wyższy moment poślizgu przy tej samej średnicy zewnętrznej piasty. LH określa również minimalną długość styku wału — wał musi wystawać wystarczająco daleko w piastę, aby element mocujący piastę mógł się zacisnąć w zaprojektowanej strefie zacisku.
D — średnica otworu: Średnica wewnętrzna otworu piasty, która musi odpowiadać średnicy wału. Większość tabel rozmiarów zawiera dostępny zakres otworów dla każdego rozmiaru sprzęgła – minimalny i maksymalny otwór, jaki można wykonać w standardowym korpusie piasty bez pogorszenia grubości ścianki piasty lub wytrzymałości zacisku. Jeśli oba wały mają tę samą średnicę, jeden rozmiar otworu dotyczy obu piast. Jeśli wały różnią się średnicą (co jest częste w połączeniach silnik-śruba kulowa), należy oddzielnie określić otwór napędowy i otwór napędzany.
Średnica zewnętrzna dysku / grubość dysku: Niektóre arkusze danych zawierają wymiary tarczy centralnej osobno. Średnica zewnętrzna tarczy określa maksymalną długość rowka w piaście, a tym samym maksymalne przesunięcie boczne, jakie może obsłużyć sprzęgło. Grubość tarczy decyduje o luzie osiowym pomiędzy powierzchniami piasty.
Parametry wydajności w tabeli rozmiarów
Moment znamionowy (T_N): Ciągły moment obrotowy, jaki sprzęgło może przenosić przy referencyjnym rozbieżności i prędkości obrotowej. Jest to główny parametr wydajności i punkt wyjścia doboru rozmiaru na podstawie momentu obrotowego. Ważne: jest to wartość znamionowa ciągła, a nie szczytowa. Maksymalna nośność momentu obrotowego jest zazwyczaj 2-3 razy większa od wartości znamionowej ciągłej w przypadku obciążeń krótkotrwałych.
Maksymalne przesunięcie boczne (ΔKr): Maksymalne dopuszczalne przesunięcie poprzeczne między osiami wału. Jak omówiono w tej witrynie, jest to maksymalna możliwa wartość — aby zapewnić długą żywotność, należy pracować przy 50% lub mniej tej wartości. Symbol ΔKr pojawia się w katalogach europejskich i zgodnych z normami ISO; katalogi północnoamerykańskie mogą używać terminów takich jak „niewspółosiowość równoległa” lub po prostu „przesunięcie boczne”.
Maksymalne odchylenie kątowe (ΔKw): Maksymalne odchylenie kątowe między osiami wałów, w stopniach. W przypadku sprzęgieł Oldham wartość ta wynosi zazwyczaj od 0,5 do 1,0 stopnia dla wszystkich rozmiarów — nie wzrasta znacząco wraz z rozmiarem sprzęgła, tak jak nośność na przesunięcie boczne.
Maksymalne przemieszczenie osiowe (ΔKa): Maksymalny ruch osiowy, jaki może wykonać jeden wał względem drugiego bez kontaktu tarczy z powierzchnią piasty. Zazwyczaj od 0,5 do 2,0 mm, w zależności od rozmiaru sprzęgła.
Maksymalna prędkość (n_max): Maksymalna prędkość obrotowa w warunkach odniesienia rozbieżności i temperatury otoczenia. Jak omówiono w artykule o prędkości, wartość ta maleje wraz ze wzrostem rozbieżności roboczej — należy zapoznać się z tabelą łączonej prędkości i rozbieżności, gdy jednocześnie prędkość i rozbieżność przekraczają 50% wartości znamionowych.
Moment bezwładności masy (J): Moment bezwładności obrotowej kompletnego zespołu sprzęgającego (piasty i tarczy), wyrażony w g·cm² lub kg·m². Należy go uwzględnić w obliczeniach całkowitej bezwładności odbitej przy doborze rozmiaru serwonapędu. Wartość podana w katalogu dotyczy standardowego materiału piasty i materiału tarczy przy nominalnym otworze — rzeczywista bezwładność zmienia się nieznacznie wraz ze średnicą otworu (usunięcie materiału piasty zmniejsza bezwładność) i materiałem piasty (aluminium lub stal nierdzewna).
Sztywność skrętna (C_T): Sztywność kątowa sprzęgła pod obciążeniem skrętnym, wyrażona w N·m/stopień lub N·m/rad. Wyższa sztywność skrętna oznacza mniejsze ugięcie kątowe na jednostkę momentu obrotowego. W zastosowaniach serwo, sztywność skrętna wpływa na częstotliwość rezonansową układu napędowego — wyższa sztywność zwiększa rezonans, umożliwiając większą szerokość pasma serwo.
Tabela rozmiarów reprezentatywnych
| Średnica zewnętrzna (mm) | Długość L (mm) | Zakres średnicy otworu (mm) | Moment znamionowy (N·m) | Maksymalne przesunięcie (mm) | Maksymalna prędkość (obr./min) | Bezwładność (g·cm²) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 16 | 28 | 3–6 | 0.5 | 0.20 | 8,000 | 0.12 |
| 20 | 34 | 4–8 | 1.5 | 0.30 | 7,000 | 0.35 |
| 25 | 40 | 5–12 | 3.0 | 0.40 | 6,000 | 0.85 |
| 32 | 52 | 6–16 | 7.0 | 0.50 | 5,000 | 2.8 |
| 40 | 62 | 8–20 | 15.0 | 0.70 | 4,000 | 8.5 |
| 50 | 76 | 10–25 | 30.0 | 0.90 | 3,500 | 22.0 |
| 63 | 95 | 14–32 | 60.0 | 1.20 | 2,800 | 68.0 |
| 80 | 118 | 18–40 | 120.0 | 1.50 | 2,200 | 195.0 |
Podane wartości są reprezentatywne dla standardowych sprzęgieł Oldham z piastą aluminiową i tarczą acetalową przy przesunięciu bocznym 0,2 mm i temperaturze otoczenia 25°C. Zawsze należy sprawdzić dane z kartą katalogową konkretnego producenta wybranego sprzęgła.
Przykład wyboru roboczego
Aplikacja: Silnik serwo napędzający śrubę kulową na osi frezarki CNC. Moment znamionowy silnika 4,0 Nm, moment szczytowy 12,0 Nm. Wał silnika 10 mm, wał śruby kulowej 12 mm. Prędkość robocza 2500 obr./min. Zmierzone przesunięcie boczne 0,25 mm. Niewspółosiowość kątowa skorygowana poniżej 0,3 stopnia. Standardowe warunki wewnętrzne, temperatura otoczenia 25°C.
Krok 1 — Moment obrotowy projektu: Maksymalny moment obrotowy 12,0 N·m × współczynnik pracy 2,0 (serwo z rewersami) = 24,0 N·m momentu obliczeniowego.
Krok 2 — Rozmiary otworów: Wymagany jest otwór wlotowy o średnicy 10 mm i otwór wlotowy o średnicy 12 mm. Sprawdź tabelę rozmiarów sprzęgieł o takim zakresie średnic.
Krok 3 — Kontrola momentu obrotowego: Średnica zewnętrzna 40 mm ma moment znamionowy 15,0 Nm przy ciągłym momencie obrotowym. Moment obrotowy projektowy wynosi 24,0 Nm — przekracza on moment znamionowy 40 mm. Przejdź do średnicy zewnętrznej 50 mm, gdzie moment znamionowy wynosi 30,0 Nm przy ciągłym momencie obrotowym. Moment obrotowy projektowy 24,0 Nm mieści się w tym zakresie. Średnica 50 mm obsługuje otwory o średnicy do 25 mm — zarówno 10 mm, jak i 12 mm mieszczą się w zakresie. Przejdź do średnicy zewnętrznej 50 mm.
Krok 4 — Kontrola prędkości: 50 mm przy prędkości nominalnej 3500 obr./min i przesunięciu 0,2 mm. Praca z prędkością 2500 obr./min i przesunięciem 0,25 mm. Przesunięcie jest nieznacznie powyżej wartości referencyjnej, więc efektywna prędkość graniczna jest nieco niższa — około 3200 obr./min przy przesunięciu 0,25 mm. Prędkość robocza 2500 obr./min mieści się w tym zakresie. Dopuszczalne.
Krok 5 — Kontrola rozbieżności: 50 mm przy maksymalnym przesunięciu 0,90 mm. Praca przy 0,25 mm = 28% wartości maksymalnej. To doskonały wynik — znacznie poniżej zalecanego limitu roboczego wynoszącego 50%. Przewidywana długa żywotność tarczy.
Krok 6 — Kontrola bezwładności: Bezwładność sprzęgła 50 mm wynosi 22,0 g·cm². Bezwładność wirnika silnika (typowa dla serwosilnika 4 N·m) wynosi około 180 g·cm². Bezwładność sprzęgła wynosi 12,2% bezwładności wirnika – nieco powyżej zalecanej wartości 10%, ale akceptowalnej dla osi CNC o standardowej szerokości pasma. Jeśli strojenie serwomechanizmu okaże się trudne, należy rozważyć zastosowanie sprzęgła 40 mm z tarczą o wyższej wytrzymałości, aby zmniejszyć bezwładność.
Wynik: Sprzęgło Oldham o średnicy zewnętrznej 50 mm, piasty zaciskowe, otwór roboczy 10 mm, otwór roboczy 12 mm, standardowa tarcza acetalowa, piasty aluminiowe. Wszystkie parametry zgodne ze specyfikacją z komfortowymi marginesami.
Wniosek
Prawidłowe odczytanie tabeli rozmiarów sprzęgieł Oldham oznacza uwzględnienie każdego parametru, nie tylko średnicy otworu i momentu obrotowego. Średnica zewnętrzna i długość determinują dopasowanie fizyczne. Zakres średnicy otworu determinuje kompatybilność wału. Moment obrotowy znamionowy w połączeniu ze współczynnikiem przełożenia określa minimalny dopuszczalny rozmiar. Prędkość znamionowa, zdolność do kompensacji niewspółosiowości i bezwładność potwierdzają, że wybrany rozmiar spełnia wymagania operacyjne danego zastosowania. Systematyczne przeanalizowanie każdego parametru – jak pokazano w przykładzie doboru – pozwala na opracowanie specyfikacji zapewniającej niezawodną i długotrwałą pracę. Pominięcie któregokolwiek parametru grozi wyborem sprzęgła, które jest fizycznie poprawne, ale niedopasowane pod względem operacyjnym.
Przeglądaj nasze pełny katalog sprzęgieł Oldham z kompletnymi kartami danych, Lub skontaktuj się z naszym zespołem inżynierów aby uzyskać pomoc w wyborze konkretnego wniosku.
