Один из наиболее часто задаваемых вопросов при выборе муфты Олдхэма обманчиво прост: какой допустимый перекос может выдержать эта муфта? Ответ зависит от того, какой тип перекоса вы подразумеваете, какой размер муфты вы используете, как вы определяете «допустимый перекос» — означает ли это работу в течение одного оборота или 10 000 часов — и спрашиваете ли вы о максимально возможном значении или о значении, которое оптимизирует срок службы. В этой статье рассматриваются все эти аспекты, и представлено практическое руководство по допускам, организованное по размеру муфты и типу перекоса.
Три типа смещения вала
Прежде чем обсуждать цифры, важно точно определить три различных типа смещения валов, которые могут возникнуть в муфте Олдхема:
Боковое (параллельное) смещение Боковое смещение — это состояние, при котором осевые линии двух валов параллельны друг другу, но смещены радиально — они направлены в одну сторону, но не совпадают. Именно этот тип смещения предназначен для компенсации муфты Олдхема, и это наиболее распространенная форма, встречающаяся в соединениях двигателя с машиной. Боковое смещение измеряется как перпендикулярное расстояние между осями двух валов в миллиметрах.
Угловое смещение Это состояние, при котором осевые линии двух валов не параллельны — они сходятся или расходятся, встречаясь в одной точке (или создавая впечатление встречи, если продолжить их). Угловое смещение измеряется в градусах как угол между осями двух валов при взгляде сбоку. Муфта Олдхема имеет очень ограниченную угловую способность, и этот тип смещения необходимо устранить механически перед установкой.
Осевое смещение Осевой люфт (или «провисание») — это состояние, при котором один вал смещается относительно другого вдоль оси вала. Это не смещение в позиционном смысле, а скорее осевое перемещение, которое муфта должна компенсировать, не передавая значительную осевую силу на подшипники. Муфта Олдхема обладает умеренной осевой люфтовой способностью, определяемой зазором между торцами дисков и внутренними поверхностями ступицы.
Боковое смещение: максимально допустимое значение против рекомендуемого рабочего значения
Производители указывают два значения бокового смещения, которые необходимо тщательно различать:
Он максимальное номинальное смещение Это максимальное боковое смещение, при котором муфта может функционировать без механических поломок — шип не упирается в паз, диск не соприкасается с поверхностями ступицы, а пазы ступицы не перегружаются. Работа при максимальном номинальном смещении технически допустима, но приводит к максимальной скорости износа диска, максимальному выделению тепла и минимальному сроку службы.
Он рекомендуемое рабочее смещение Это смещение, при котором муфта рассчитана на обеспечение длительного срока службы при номинальных скоростях и крутящем моменте. Обычно оно составляет от 40 до 60 процентов от максимального номинального значения. Работа на этом уровне или ниже обеспечивает самый длительный срок службы диска и оставляет запас для компенсации теплового расширения, деформации рамы и износа подшипников в течение всего срока службы машины.
При выборе муфты ожидаемое боковое смещение в конкретном случае должно быть равно или меньше рекомендуемого рабочего значения, а не максимального номинального значения. Это наиболее часто неправильно понимаемый аспект спецификации Олдхэма по смещению муфт.
Возможность бокового смещения в зависимости от размера муфты
| Наружный диаметр муфты (мм) | Максимально допустимое смещение (мм) | Рекомендуемое рабочее смещение (мм) | Типичный диапазон диаметров отверстий (мм) |
|---|---|---|---|
| 16–20 | 0,20–0,30 | 0,08–0,15 | 3–8 |
| 25–32 | 0,40–0,60 | 0,15–0,30 | 5–16 |
| 40–50 | 0,60–1,00 | 0,25–0,50 | 10–25 |
| 63–80 | 1.00–1.50 | 0,40–0,75 | 20–40 |
| 100–125 | 1,50–2,50 | 0,60–1,25 | 30–60 |
Приведенные значения представляют собой типичные диапазоны для стандартных полимерно-дисковых муфт Олдхэма. Всегда сверяйте данные с технической документацией конкретного производителя для указанной муфты.
Угловое смещение: предел возможностей
Муфты Олдхэма неизменно рассчитаны на максимальное угловое смещение в пределах от 0,5 до 1,0 градусов Это применимо практически ко всем размерам и производителям. Это не мягкое правило — это жесткое механическое ограничение, накладываемое геометрией соединения шипа и паза.
При наличии углового смещения диск не может плавно скользить внутри пазов ступицы на протяжении всего полного оборота. В определенных положениях вращения один край шипа касается стенки паза раньше, чем противоположный край, создавая заедание с концентрированной точечной нагрузкой вместо распределенного контактного напряжения. Эта точечная нагрузка во много раз выше, чем нормальное распределенное контактное напряжение при том же крутящем моменте, что вызывает быстрый и асимметричный износ диска и генерирует прерывистые ударные нагрузки, которые передаются на подшипники вала.
Практический вывод очевиден: Перед установкой муфты Олдхэма необходимо механически устранить угловое смещение.Если это не предусмотрено муфтой, и монтажная пластина двигателя не перпендикулярна оси ведомого вала, подложите прокладки под опоры двигателя, пока она не станет перпендикулярной. Если геометрия приводной рамы делает это невозможным, муфта Олдхема не подходит для данного применения — следует перейти на сильфонную или балочную муфту, конструкция которой по умолчанию компенсирует угловое смещение.
Грузоподъемность осевого поплавка
Осевой люфт муфты Олдхэма определяется зазором между торцами дисков и внутренними поверхностями ступицы при установке муфты в номинальное осевое положение. Большинство стандартных муфт Олдхэма обеспечивают осевой люфт в диапазоне от 0,5 до 2,0 мм в зависимости от размера муфты.
Этот осевой зазор компенсирует тепловое расширение валов во время прогрева, незначительное осевое перемещение подшипников двигателя под нагрузкой и небольшие осевые погрешности позиционирования при установке. Он не допускает длительного осевого смещения — если один из валов перемещается в осевом направлении более чем на величину доступного зазора, диск соприкасается с поверхностью ступицы и начинает передавать осевую силу на подшипник этого вала.
Для применений со значительным осевым тепловым расширением — длинных валов с большими перепадами температур или валов в высокотемпературных технологических средах — сильфонная муфта обеспечивает лучшую осевую податливость. Для большинства применений серводвигателей и шаговых двигателей, где осевое перемещение невелико, возможности муфты Олдхема по перемещению более чем достаточны.
Как точно измерить боковое смещение
Для точного измерения бокового смещения необходим индикатор часового типа и чистая опорная поверхность на каждом валу. Процедура:
Метод 1 — Прямое измерение биения: Установите индикатор часового типа на магнитное основание, закрепленное на корпусе подшипника ведомого вала. Расположите наконечник индикатора напротив поверхности вала двигателя. Поверните вал двигателя на 360 градусов, удерживая ведомый вал неподвижно. Запишите общее показание индикатора (TIR). Боковое смещение равно половине TIR (TIR = 2 × смещение, поскольку индикатор перемещается по обеим сторонам эксцентриситета).
Метод 2 — Линейка и щуп (быстрая проверка): Приложите прецизионную линейку к наружному диаметру ступицы вала двигателя и протяните ее в сторону ведомого вала. С помощью щупов измерьте зазор между линейкой и ведомым валом на заданном расстоянии. Рассчитайте смещение, исходя из измеренного зазора и расстояния измерения. Этот метод менее точен, чем метод с использованием индикатора часового типа, но не требует специальных инструментов и обеспечивает быструю проверку во время установки.
Всегда измеряйте смещение после того, как машина достигнет рабочей температуры и полной нагрузки, а не только при холодном запуске. Тепловое расширение в двигателе, редукторе и раме машины во время прогрева может изменить боковое смещение на 0,1–0,3 мм в типичных промышленных установках.
Совмещенное смещение: когда присутствуют как боковое, так и угловое смещение.
В реальных условиях боковое и угловое смещение часто возникают одновременно. Муфта Олдхема справляется с этим комбинированным условием хуже, чем чисто боковое смещение, поскольку угловая составляющая добавляет изгибающее напряжение к диску, которого нет при чисто боковом смещении.
При наличии обоих типов угловую составляющую следует уменьшить до уровня ниже 0,3 градуса, прежде чем полагаться на способность муфты к боковому смещению. Суммарная способность к несоосности составляет приблизительно:
Коэффициент запаса прочности = (боковое смещение / максимальное номинальное боковое смещение) + (угловое смещение / максимальное номинальное угловое смещение) ≤ 1,0
Если сумма этих двух дробей превышает 1,0, значит, муфта рассчитана на большую суммарную несоосность, чем допускает её конструкция. Уменьшите один или оба параметра с помощью механической коррекции или выберите муфту с более высокими показателями по обоим параметрам.
Влияние смещения на скорость износа диска
| Рабочее смещение (% от максимальной номинальной мощности) | Относительная скорость износа диска | Ожидаемый срок службы (относительный) |
|---|---|---|
| 20% с максимальной номинальной мощностью | 1× (исходный уровень) | Очень длинный |
| 40% с максимальной номинальной мощностью | ~4× | Длинный |
| 60% с максимальной номинальной мощностью | ~9× | Умеренный |
| 80% с максимальной номинальной мощностью | ~16× | Короткий |
| 100% с максимальной номинальной мощностью | ~25× | Очень короткий |
Скорость износа приблизительно пропорциональна квадрату доли смещения, поскольку износ диска пропорционален квадрату скорости скольжения (скорость = смещение × угловая скорость). Именно эта нелинейная зависимость объясняет, почему даже незначительные улучшения в соосности валов приводят к непропорционально большому увеличению срока службы диска.
Заключение
Муфта Олдхэма справляется с боковым смещением вала лучше, чем любой другой распространенный тип муфт с нулевым люфтом, — но наилучший результат достигается при работе значительно ниже номинального максимума, а не на пределе. Угловое смещение является жестким ограничением, которое необходимо корректировать механически, а не компенсировать муфтой. Осевой люфт невелик, но достаточен для большинства применений сервоприводов и систем управления движением. Использование рекомендуемого рабочего смещения, а не максимального номинального смещения, в качестве критерия выбора, измерение фактического смещения в рабочих условиях, а не при холодной установке, и коррекция любого углового смещения перед установкой муфты — все эти три метода в совокупности обеспечивают установку, которая гарантирует полный срок службы муфты и защищает подшипники вала от нагрузок, создаваемых муфтой, на протяжении всего срока службы машины.
Просмотрите наш Полный ассортимент муфт Олдхэма с подробными техническими характеристиками по несоосности., или свяжитесь с нашей инженерной командой для получения помощи в измерении смещения и выборе муфты.
