:+86 15106109009
Контент
В тяжелом оборудовании — дробилках, мельницах, насосах, компрессорах, конвейерах и промышленных приводах — муфта вала является механическим связующим звеном между источником энергии и приводимой нагрузкой. Выбор и определение неправильного размера муфты является одним из наиболее надежных способов вызвать неожиданный простой: слишком маленькие муфты выходят из строя при пиковом крутящем моменте, слишком большие увеличивают ненужную массу и инерцию, а те, которые выбраны без учета перекоса или ударных условий, быстро изнашиваются. В этом руководстве описан весь процесс определения размеров: от расчета крутящего момента до коэффициентов эксплуатации, допустимой несоосности, анализа кручения и критериев окончательного выбора.
Муфта вала соединяет два вращающихся вала — обычно приводной (выход двигателя, двигателя или коробки передач) и ведомую машину — для передачи крутящего момента и скорости вращения. В тяжелом оборудовании муфты должны работать в условиях, которые могут разрушить плохо заданный компонент: высокий непрерывный крутящий момент, частые ударные нагрузки от щек дробилки или поршней компрессора, термоциклирование, смещение валов, вызванное осадкой фундамента или тепловым расширением, а также десятилетия непрерывной работы.
Помимо простой передачи крутящего момента, муфты в тяжелых промышленных условиях выполняют несколько дополнительных функций:
Выбор типа предшествует определению размеров. Допустимый крутящий момент, допуск на перекос и динамическое поведение муфты полностью зависят от ее конструкции. Каждый тип имеет определенные сильные стороны и ограничения, которые определяют его пригодность для конкретного применения тяжелого оборудования.
Самая высокая плотность крутящего момента среди всех гибкая муфта . Закаленные зубья шестерни передают нагрузку. Компенсирует угловое и параллельное смещение. Требует смазки.
Высокий крутящий момент ГибкийЭластомерная крестовина поглощает удары и гасит вибрацию. Умеренный крутящий момент. Сухой ход. Крестовинный элемент является жертвенным изнашиваемым компонентом.
Гибкий АмортизирующийРешетчатый элемент из пружинной стали обеспечивает прогрессивную жесткость на скручивание и амортизацию. Высокий крутящий момент относительно размера. Широко используется в конвейерах и насосах.
Гибкий Высокий крутящий моментТонкие металлические пакеты дисков передают крутящий момент без смазки. Высокая торсионная жесткость. Хорошая способность к смещению. Распространен в прецизионных приводах и турбомашинах.
Металлический гибкий Торсионно-жесткийГидродинамическая передача крутящего момента с плавным пуском и проскальзыванием. Отсутствие механического соединения — идеально подходит для высокоинерционных пусковых нагрузок на конвейерах и вентиляторах.
Гидродинамический Мягкий стартНикакого перекоса. Используется только там, где валы точно выровнены и жестко закреплены. Самая низкая стоимость, но самые высокие требования к выравниванию. Редко встречается в тяжелой технике.
ЖесткийРезиновые втулки на стальных штифтах. Хорошая амортизация и умеренное смещение. Широко используется в приводах насосов и соединениях компрессоров в перерабатывающей промышленности.
ГибкийЛитой резиновый элемент шины обеспечивает высокую устойчивость к перекосам и виброизоляцию. Умеренный крутящий момент. Полезно, когда смещение является значительным или переменным.
Высокая несоосность.Каждый расчет размеров начинается с передачи номинального крутящего момента. Если известны мощность и скорость привода, номинальный крутящий момент рассчитывается напрямую:
В тяжелом оборудовании «номинальный» крутящий момент представляет собой средний установившийся крутящий момент при полной расчетной нагрузке. Это не максимальный крутящий момент, который должна выдержать муфта — эта цифра рассчитывается на следующем этапе с использованием коэффициентов эксплуатации. Всегда проверяйте, соответствует ли используемое значение мощности мощности, указанной на паспортной табличке двигателя, выходной мощности на валу после потери эффективности редуктора или фактической потребности приводимой машины в ее расчетной рабочей точке.
Номинальный крутящий момент является базовым. расчетный крутящий момент — значение, используемое для выбора муфты — учитывает пиковые нагрузки, ударные нагрузки, пусковой момент и суровость применения. Это делается путем умножения номинального крутящего момента на составной коэффициент эксплуатации:
Составной коэффициент эксплуатации состоит из нескольких компонентов, каждый из которых относится к разным источникам нагрузки, превышающей номинальный крутящий момент в установившемся состоянии:
| Субфактор | Описание | Тypical range for heavy equipment |
|---|---|---|
| ж А — Применение/тип нагрузки | Учитывает характер приводимой нагрузки: плавный, умеренный толчок, сильный толчок. | от 1,0 (гладкая) до 3,0 (сильное воздействие, например, щековая дробилка) |
| ж С — Пусковой/максимальный крутящий момент | Электродвигатели при прямом пуске создают в 2–4 раза паспортный крутящий момент. | 1,5–3,5 для прямого доступа; 1,0–1,5 для ЧРП или плавного пуска. |
| ж Т — Температура | Снижает номинальный крутящий момент эластомерных элементов при повышенных рабочих температурах. | 1,0 при ≤50°С; до 1,5 при температуре эксплуатации 80–100°С |
| ж Ч — Часов в день/рабочий цикл | Непрерывная 24-часовая работа требует большего снижения мощности, чем 8-часовые смены. | от 1,0 (≤8 часов в день) до 1,25 (непрерывно 24 часа в день) |
| ж М — Серьезность несоосности | Повышенное несоосность создает дополнительные изгибающие нагрузки на соединительные элементы. | Применяется для уменьшения допустимого крутящего момента — проверьте производителя. |
В тяжелом оборудовании различие между расчетным и максимальным крутящим моментом имеет решающее значение. Расчетный крутящий момент — номинальный крутящий момент, умноженный на коэффициенты эксплуатации — определяет выбор непрерывной работы и усталостного ресурса. Однако муфта также должна выдерживать периодические пиковые нагрузки без пластической деформации или разрушения.
К частым пиковым моментам крутящего момента в тяжелом оборудовании относятся:
Муфта максимальный пиковый крутящий момент (Т Макс или Т КС во многих каталогах) должны превышать все выявленные пиковые события с адекватным запасом прочности. Для тяжелого промышленного оборудования минимальное соотношение Т КС /Т дизайн рекомендуется 1,5–2,0. Для дробилок и аналогичных высокоударных машин более подходит 2,0–3,0.
Идеальной центровки валов не существует в эксплуатируемом тяжелом оборудовании. Осадка фундамента, тепловое расширение горячего оборудования, износ подшипников и допуски сборки — все это приводит к перекосу, который муфта должна выдерживать, не создавая чрезмерных изгибающих нагрузок, вибрации или преждевременного износа ее гибких элементов.
Три типа несоосности должны быть индивидуально оценены и сравнены с номинальной грузоподъемностью муфты:
Тhe angle between the two shaft centrelines, measured in degrees or milliradians. Most common type in heavy equipment due to differential thermal growth and foundation tilt.
Боковое смещение между осями валов, измеренное в мм. Вызвано ошибкой соосности, износом подшипников или прогибом конструкции. Наибольшее повреждение соединительных элементов.
Осевое смещение между концами вала, вызванное тепловым расширением, осевыми нагрузками или люфтом в подшипниках. Должно оставаться в пределах диапазона осевого перемещения муфты.
Когда одновременно присутствуют несколько типов несоосности — что почти всегда имеет место в реальных установках — они взаимодействуют и снижают допустимую мощность каждого типа. Большинство методов определения размеров производителей используют комбинированный коэффициент несоосности или требуют, чтобы каждый компонент оставался в пределах уменьшенной доли своего максимального номинального значения, когда другие ненулевые значения. Общепринятое эмпирическое правило следующее:
Каждая вращающаяся трансмиссия имеет собственные частоты кручения, определяемые распределением инерции и значениями крутильной жесткости валов, муфт и других элементов системы. Если частота возбуждения — от пульсаций крутящего момента двигателя, зацепления зубчатой передачи, работы поршневого компрессора или гармоник привода с регулируемой скоростью — совпадает с собственной частотой, возникает крутильный резонанс. Результирующее усиление крутящего момента может во много раз превышать номинальное значение, что приводит к быстрому усталостному разрушению муфт, шпоночных канавок и валов.
Для тяжелого оборудования с приводами с регулируемой скоростью, поршневого оборудования или там, где запуск осуществляется в широком диапазоне скоростей, перед окончательным выбором муфты обязателен полный анализ крутильных колебаний. Необходимые ключевые параметры:
Муфта torsional stiffness is a key design variable in this analysis. Soft elastomeric couplings have low C Т , что смещает собственные частоты вниз — потенциально в сторону от возбуждения рабочей скорости, но потенциально в диапазон пусковых скоростей. Жесткие металлические дисковые или зубчатые муфты имеют высокий уровень C. Т , что приводит к тому, что собственные частоты значительно превышают рабочую скорость. Ни то, ни другое не является универсально правильным — результат зависит от конкретной системы и спектра возбуждения.
Определив расчетный крутящий момент, пиковый крутящий момент, диапазон несоосности, размеры отверстий и требования к жесткости на кручение, вы теперь можете выбрать конкретный размер муфты из программы производителя. Минимальные требования для принятия:
| Параметр | Требование | Примечания |
|---|---|---|
| Номинальный продолжительный крутящий момент Т КН | Т КН ≥ Т дизайн | Тhe catalogue continuous torque rating must meet or exceed the calculated design torque |
| Пиковый крутящий момент Т КС | Т КС ≥ Т пик × коэффициент запаса прочности | С коэффициентом запаса 1,5–3,0 в зависимости от тяжести шока. |
| Диаметр отверстия | Максимальное отверстие ≥ диаметра вала | Проверьте отверстия ведущего и ведомого валов — они могут отличаться. |
| Рейтинги смещения | Все три типа смещения в пределах номинальной мощности | Комбинированная проверка смещения на шаге 4 должна удовлетворять ≤ 1,0. |
| Максимальная скорость | н Макс,coupling ≥ рабочая скорость | Критическое значение для гибкого элемента: центробежное напряжение и баланс. |
| Тorsional stiffness C Т | Совместимость с результатами анализа кручения | Не следует помещать собственную частоту в диапазон рабочих скоростей. |
Отверстие ступицы и шпоночная канавка должны передавать полный расчетный крутящий момент, не поддаваясь при этом валу, ступице или шпонке. Для параллельного соединения шпонки — наиболее распространенной конструкции в тяжелом оборудовании — шпонка подбирается и проверяется как на сдвиговое, так и на сжимающее напряжение:
Для тяжелых ударных условий — дробилок, измельчителей и реверсивных приводов — рассмотрите возможность использования шлицевого соединения вместо одной параллельной шпонки. Шлицы распределяют нагрузку на несколько зубьев, значительно снижая концентрацию напряжений в основании шпоночной канавки, которая является наиболее частым местом возникновения усталостных трещин на валах в тяжелых промышленных приводах.
В тяжелом оборудовании с большой инерцией ведущей стороны — длинных конвейерных системах, больших мельницах, высокоинерционных вентиляторах — двигатель должен разогнать всю подключенную инерцию от состояния покоя до полной скорости. Муфта передает этот ускоряющий момент на протяжении всего периода пуска. Пусковой момент на муфте может быть намного выше номинального рабочего момента, если в приводе не используется привод с плавным пуском или преобразователь частоты.
Для гидромуфт и муфт с функцией плавного пуска пусковой момент, передаваемый на ведомую сторону, по своей природе ограничен конструкцией муфты. В муфтах с жесткими элементами (зубчатые, дисковые, решетчатые) передается полный пусковой момент двигателя, и размер муфты должен соответствовать этому параметру.
Ленточный конвейер приводится в движение двигателем мощностью 315 кВт и частотой вращения 1485 об/мин через гидромуфту и коробку передач. Муфта на выходном валу коробки передач (диаметр вала 140 мм, частота вращения 148,5 об/мин после коробки передач 10:1) должна быть подобрана по размеру. Применение предполагает умеренные ударные нагрузки (рудный конвейер), круглосуточную непрерывную работу.
Выбор размеров муфт вала для тяжелого оборудования — это систематический процесс, который выходит далеко за рамки подбора диаметра отверстия под вал. Для правильного выбора номинального крутящего момента необходимо рассчитать номинальный крутящий момент на основе мощности и скорости, выбрать соответствующие эксплуатационные коэффициенты с учетом серьезности применения и рабочего цикла, определить пиковые и ударные крутящие моменты, количественно оценить трехмерную область несоосности в условиях горячей работы, а также при использовании механизмов с регулируемой скоростью или возвратно-поступательного движения, выполнить анализ крутильных колебаний, чтобы подтвердить, что жесткость муфты убирает собственные частоты вдали от источников возбуждения. Каждый параметр напрямую влияет на срок службы и надежность муфты, а в тяжелом промышленном оборудовании незапланированный отказ муфты редко затрагивает только саму муфту.