Các loại khớp nối động cơ điện: Hướng dẫn lựa chọn hoàn chỉnh

Tại sao việc lựa chọn khớp nối lại quan trọng trong hệ thống truyền động bằng động cơ

Mỗi bộ truyền động động cơ điện đều có ít nhất một khớp nối - giao diện cơ học giữa trục đầu ra của động cơ và bất kỳ bộ phận nào mà động cơ đang quay. Nó là một trong những thành phần được chỉ định rõ nhất và thường xuyên được chỉ định ít nhất trong máy móc công nghiệp. Lắp khớp nối đúng cách và nó biến mất vào nền, truyền mô-men xoắn một cách đáng tin cậy trong nhiều năm. Làm sai và hậu quả sẽ xuất hiện nhanh chóng: hỏng vòng bi sớm, mỏi trục, rung động lan truyền khắp toàn bộ máy và thời gian ngừng hoạt động ngoài dự kiến.

Lý do khiến việc lựa chọn khớp nối phức tạp hơn vẻ ngoài của nó là vì các khớp nối được yêu cầu thực hiện một số việc cùng một lúc. Họ truyền mô-men xoắn. Chúng điều chỉnh các sai lệch không thể tránh khỏi giữa các trục - góc, song song và dọc trục - do dung sai chế tạo, giãn nở nhiệt và độ lệch khi chịu tải. Và tùy thuộc vào loại, chúng cũng có thể làm giảm sốc xoắn, bảo vệ thiết bị hạ lưu khỏi quá tải hoặc duy trì phản ứng ngược bằng 0 để định vị chính xác. Không có loại khớp nối nào có thể làm tốt tất cả những điều này, đó là lý do tại sao phạm vi thiết kế sẵn có rất rộng.

Các phần bên dưới bao gồm các loại khớp nối chính được sử dụng trong các ứng dụng động cơ điện, các nguyên lý vật lý đằng sau mỗi loại và tiêu chí lựa chọn để xác định loại nào thuộc về một hệ thống truyền động nhất định.

Khớp nối linh hoạt: Công cụ đa năng

Khớp nối linh hoạt là loại khớp nối được triển khai rộng rãi nhất trong các ứng dụng động cơ điện. Đặc điểm xác định của chúng là sự hiện diện của một bộ phận linh hoạt - điển hình là chất đàn hồi, lò xo hoặc màng kim loại mỏng - cho phép khớp nối điều chỉnh độ lệch giữa các trục mà không truyền lực đến vòng bi và vòng đệm.

Khớp nối hàm (nhện) là một trong những thiết kế khớp nối linh hoạt phổ biến nhất. Hai trục kim loại - thường là hợp kim nhôm hoặc thép - gắn một phần tử nhện đàn hồi vào giữa chúng. Con nhện truyền mô-men xoắn thông qua quá trình nén trong khi hấp thụ tải trọng sốc và độ lệch góc và song song nhỏ. Độ cứng của nhện là một biến số lựa chọn quan trọng: nhện mềm hơn hấp thụ sốc nhiều hơn nhưng cung cấp công suất mô-men xoắn thấp hơn và có thể bị hỏng do quá tải kéo dài; nhện cứng hơn xử lý mô-men xoắn cao hơn nhưng truyền nhiều rung động hơn. Khớp nối hàm được sử dụng rộng rãi trong máy bơm, băng tải, quạt và các bộ truyền động công nghiệp nói chung.

Khớp nối lốp (lốp) sử dụng một bộ phận đàn hồi liên tục có hình dạng giống như lốp hơi. Tính linh hoạt cao của bộ phận lốp có khả năng điều chỉnh độ lệch lớn hơn so với khớp nối hàm - đặc biệt là độ lệch góc - và mang lại khả năng cách ly rung động tuyệt vời. Chúng không cần bảo trì, không cần bôi trơn và được sử dụng trong các ứng dụng tốc độ thấp hơn trong đó yêu cầu chính là bù sai lệch. Khớp nối chốt đàn hồi (ống lót chốt) truyền mô-men xoắn qua các chốt được gắn ống lót cao su hoặc nylon, mang lại độ linh hoạt vừa phải và khả năng hấp thụ sốc tốt, với ưu điểm bổ sung là việc thay thế bộ phận đơn giản mà không làm ảnh hưởng đến sự căn chỉnh trục.

của Rokang phạm vi khớp nối linh hoạt bao gồm lốp, chốt đàn hồi và các thiết kế đàn hồi liên quan giải quyết các yêu cầu khớp nối linh hoạt cho mục đích chung trong phạm vi ứng dụng này.

Khớp nối servo: Độ chính xác cho các ứng dụng điều khiển chuyển động

Các ứng dụng động cơ servo - máy công cụ CNC, robot, thiết bị bán dẫn, giàn thử nghiệm chính xác - đặt ra các yêu cầu mà khớp nối linh hoạt đa năng không thể đáp ứng. Yêu cầu chính là không có phản ứng ngược: bất kỳ góc tác động nào trong khớp nối sẽ chuyển trực tiếp thành lỗi định vị khi tải. Yêu cầu thứ hai là độ cứng xoắn cao, sao cho động lực học của vòng điều khiển servo không bị ảnh hưởng bởi khớp nối hoạt động như một lò xo trong hệ thống truyền động. Đồng thời, khớp nối vẫn phải điều chỉnh được độ lệch trục vốn có trong bất kỳ hệ thống lắp đặt thực tế nào mà không gây ra tải trọng phụ lên vòng bi động cơ.

Khớp nối màng đáp ứng các yêu cầu này thông qua một đĩa kim loại mỏng, dẻo (đơn) hoặc chồng đĩa (đôi) truyền mô-men xoắn với độ cứng xoắn cao trong khi uốn để hấp thụ độ lệch góc và trục. Thiết kế màng đơn chủ yếu điều chỉnh độ lệch góc; thiết kế màng đôi xử lý cả độ lệch góc và song song. Cấu trúc hoàn toàn bằng kim loại có nghĩa là không bị mài mòn, không cần bôi trơn và không bị suy giảm hiệu suất theo thời gian — rất quan trọng trong các ứng dụng chính xác đòi hỏi hoạt động nhất quán qua hàng triệu chu kỳ. của Rokang khớp nối màng động cơ servo cho các ứng dụng truyền động chính xác và CNC có sẵn bằng hợp kim nhôm và thép, ở cấu hình màng đơn và màng đôi, với cả tùy chọn gắn trục kẹp và vít định vị.

Khớp nối servo hàm (nhện) trong danh mục servo sử dụng các phần tử nhện cứng hơn và dung sai sản xuất chặt chẽ hơn so với các phần tử có mục đích chung của chúng, đạt được phản ứng ngược gần như bằng 0 đối với nhiệm vụ servo nhẹ đến trung bình. Khớp nối Oldham sử dụng thiết kế ba mảnh — hai trục và một đĩa trung tâm nổi — trượt trên các phím chéo để điều chỉnh độ lệch song song với độ phản hồi bằng 0, khiến chúng đặc biệt phù hợp với các ứng dụng trong đó độ lệch trục là loại lệch trục chính. Khớp nối dầm (xoắn ốc) được gia công từ một miếng nhôm hoặc thép không gỉ với các đường cắt xoắn ốc tạo ra một bộ phận linh hoạt tích hợp — nhỏ gọn, không phản ứng ngược và phù hợp với các ứng dụng servo, bộ mã hóa và thiết bị đo đạc hạng nhẹ. Khớp nối ống thổi sử dụng phần tử hộp xếp bằng kim loại dạng sóng mang lại độ cứng xoắn cao với khả năng điều chỉnh sai lệch tuyệt vời và không có phản ứng ngược, đáp ứng phạm vi yêu cầu cao hơn về hiệu suất khớp nối servo. của Rokang khớp nối hàm và nhện được thiết kế cho hệ thống servo và tự động hóa hoàn thành việc cung cấp khớp nối servo cùng với các loại màng ngăn, chùm tia, oldham và ống thổi.

Khớp nối bánh răng và khớp nối màng tốc độ cao: Nhiệm vụ nặng nề và hiệu suất cao

Ở mức mô-men xoắn và kích thước trục cao hơn — bộ truyền động công nghiệp, máy cán, cần cẩu, máy nén, tua-bin — các yêu cầu về khớp nối chuyển từ chỗ ở không thẳng hàng sang mật độ mô-men xoắn tối đa và hiệu suất đáng tin cậy dưới tải trọng nặng kéo dài.

Khớp nối bánh răng truyền mô-men xoắn thông qua các răng bánh răng chia lưới trên các trục bên trong và bên ngoài, với cấu hình răng có mão ở trục bên ngoài cho phép điều chỉnh lệch góc và trục trong khi vẫn duy trì khả năng chịu tải tối đa. Khớp nối bánh răng tang trống (có vương miện) là thiết kế tiêu chuẩn của ngành công nghiệp nặng: nó cung cấp tỷ lệ mô-men xoắn trên đường kính cao nhất so với bất kỳ loại khớp nối linh hoạt nào và xử lý cả chuyển vị góc và trục thông qua hình dạng lưới răng. Đối với các ứng dụng tải nặng có yêu cầu trục trung gian, khớp nối bánh răng có bánh xe phanh hoặc đĩa phanh tích hợp kết hợp chức năng truyền mô-men xoắn và phanh trong một bộ phận duy nhất. của Rokang khớp nối bánh răng trống cho hệ thống truyền động công nghiệp tải cao bao gồm dòng GICL/GIICL tiêu chuẩn cũng như các biến thể bánh xe phanh và đĩa phanh cho các ứng dụng cần cẩu và băng tải.

Khớp nối màng tốc độ cao chiếm một không gian hiệu suất khác: cứng về mặt xoắn, không phản ứng ngược, không cần bảo trì và có khả năng hoạt động ở tốc độ vượt quá 10.000 vòng/phút. Các khớp nối này được sử dụng trong máy tuabin, máy nén, máy phát điện và bệ thử nghiệm tốc độ cao, nơi yêu cầu bôi trơn khớp nối bánh răng là không thể chấp nhận được và khi cân bằng động ở tốc độ quay cao là thông số kỹ thuật quan trọng. Như đã lưu ý trong hướng dẫn ngành từ Tài nguyên tham khảo của Machine Design về các nguyên tắc lựa chọn và thiết kế khớp nối linh hoạt , các khớp nối hoàn toàn bằng kim loại bao gồm các loại màng ngăn và đĩa thường đạt được đường kính ngoài nhỏ hơn và trọng lượng thấp hơn so với các lựa chọn thay thế bằng vật liệu đàn hồi ở mức mô-men xoắn tương đương — một lợi thế quan trọng trong các ứng dụng tốc độ cao trong đó quán tính và độ cân bằng là rất quan trọng. của Rokang khớp nối màng tốc độ cao được định mức lên tới 10.000 vòng / phút và hơn thế nữa được thiết kế cho các ứng dụng máy tuabin, phát điện và băng ghế thử nghiệm tốc độ cao.

Khớp nối lò xo và khớp nối xích: Giải pháp linh hoạt mô-men xoắn cao

Đối với các ứng dụng cần khả năng hấp thụ sốc và khả năng chống lệch đáng kể cùng với công suất mô-men xoắn cao — băng tải nặng, thiết bị khai thác mỏ, máy nghiền, truyền động bơm lớn — hai thiết kế khớp nối đặc biệt phù hợp.

Khớp nối lò xo rắn truyền mô-men xoắn thông qua một phần tử lò xo thép hình chữ S liên tục được đan giữa các răng trên hai trục đối diện nhau. Lò xo đóng vai trò đồng thời vừa là phần tử truyền mô-men xoắn vừa là phần tử linh hoạt, mang lại khả năng hấp thụ sốc tuyệt vời, công suất mô-men xoắn cao và khả năng điều chỉnh độ lệch góc, song song và trục. Không giống như khớp nối đàn hồi, phần tử lò xo thép không bị suy giảm do nhiệt độ hoặc tiếp xúc với dầu và hóa chất, khiến khớp nối lò xo ngoằn ngoèo rất phù hợp với môi trường công nghiệp khắc nghiệt. Chúng cũng nhỏ gọn về mức mô-men xoắn, thuận lợi khi không gian bị hạn chế. của Rokang khớp nối lò xo ngoằn ngoèo cho các ứng dụng dẫn động mô-men xoắn cao và chịu tải va đập có sẵn ở các biến thể tiêu chuẩn, lắp ráp nhanh, mặt bích đôi và đĩa phanh.

Khớp nối xích sử dụng xích con lăn hai sợi nối hai trục bánh xích. Chúng dễ lắp đặt và bảo trì, có khả năng chịu sai lệch trong bước xích và có khả năng truyền mô-men xoắn cao với chi phí tương đối thấp. Hạn chế chính là chúng yêu cầu bôi trơn định kỳ và không phù hợp với các ứng dụng tốc độ cao. Đối với các bộ truyền động mô-men xoắn cao, tốc độ vừa phải trong các cơ sở nông nghiệp, khai thác mỏ và công nghiệp nói chung, khớp nối xích vẫn là một giải pháp thiết thực và tiết kiệm chi phí.