Typen elektrische motorkoppelingen: een complete selectiegids

Waarom koppelingsselectie belangrijk is in motoraangedreven systemen

Elke aandrijflijn van een elektromotor heeft ten minste één koppeling: de mechanische interface tussen de uitgaande as van de motor en wat de motor ook draait. Het is een van de meest gespecificeerde en vaakst ondergespecificeerde componenten in industriële machines. Als de koppeling goed is, verdwijnt deze naar de achtergrond en brengt het koppel jarenlang betrouwbaar over. Als u het verkeerd doet, zijn de gevolgen al snel merkbaar: voortijdig defect raken van lagers, vermoeidheid van de as, trillingen die zich door de hele machine voortplanten en ongeplande stilstand.

De reden dat de selectie van koppelingen complexer is dan het lijkt, is dat koppelingen gevraagd worden meerdere dingen tegelijk te doen. Ze brengen koppel over. Ze zijn geschikt voor de onvermijdelijke verkeerde uitlijningen tussen assen – hoekig, parallel en axiaal – die het gevolg zijn van productietoleranties, thermische uitzetting en doorbuiging onder belasting. En afhankelijk van het type kunnen ze ook torsieschokken dempen, stroomafwaartse apparatuur beschermen tegen overbelasting of een nulspeling handhaven voor nauwkeurige positionering. Geen enkel koppelingstype doet al deze dingen even goed. Daarom is het aanbod aan beschikbare ontwerpen zo breed.

De onderstaande paragrafen behandelen de belangrijkste koppelingscategorieën die worden gebruikt in elektromotortoepassingen, de fysieke principes achter elke categorie en de selectiecriteria die bepalen welk type in een bepaald aandrijfsysteem thuishoort.

Flexibele koppelingen: het werkpaard voor algemene doeleinden

Flexibele koppelingen zijn de meest gebruikte koppelingscategorie in elektromotortoepassingen. Hun bepalende kenmerk is de aanwezigheid van een flexibel element – ​​meestal een elastomeer, veer of dun metalen membraan – waardoor de koppeling een verkeerde uitlijning tussen assen kan opvangen zonder de resulterende krachten over te brengen op lagers en afdichtingen.

Kaak(spider)koppelingen behoren tot de meest voorkomende flexibele koppelingsontwerpen. Twee metalen naven – meestal aluminiumlegering of staal – grijpen in een elastomeer spinelement ertussen. De spin brengt koppel over door compressie en absorbeert schokbelastingen en kleine hoek- en parallelle verkeerde uitlijning. De hardheid van de spin is een belangrijke selectievariabele: zachtere spiders absorberen meer schokken, maar bieden een lager koppelvermogen en kunnen beschadigd raken door aanhoudende overbelasting; hardere spinnen kunnen hogere koppels aan, maar brengen meer trillingen over. Bekkoppelingen worden veelvuldig gebruikt in pompen, transportbanden, ventilatoren en algemene industriële aandrijvingen.

Bandenkoppelingen gebruik een doorlopend elastomeer element in de vorm van een luchtband. De hoge flexibiliteit van het bandelement is geschikt voor grotere uitlijnfouten dan kaakkoppelingen (met name hoekafwijkingen) en zorgt voor een uitstekende trillingsisolatie. Ze zijn onderhoudsvrij, vereisen geen smering en worden gebruikt in toepassingen met lagere snelheden waarbij compensatie van verkeerde uitlijning de primaire vereiste is. Elastische pin (pinbus) koppelingen breng het koppel over via pennen die zijn voorzien van rubberen of nylon bussen, wat een matige flexibiliteit en goede schokabsorptie oplevert, met als bijkomend voordeel dat de elementen eenvoudig kunnen worden vervangen zonder de uitlijning van de as te verstoren.

van Rokang flexibel koppelingsassortiment voor banden, elastische pennen en gerelateerde elastomere ontwerpen voldoet aan de algemene vereisten voor flexibele koppelingen binnen dit toepassingsbereik.

Servokoppelingen: precisie voor motion control-toepassingen

Servomotortoepassingen – CNC-bewerkingsmachines, robotica, halfgeleiderapparatuur, precisietestbanken – stellen eisen waaraan flexibele koppelingen voor algemeen gebruik niet kunnen voldoen. De primaire eis is nul speling: elke hoekspeling in de koppeling vertaalt zich direct in een positioneringsfout bij de belasting. Een tweede vereiste is een hoge torsiestijfheid, zodat de dynamiek van de servoregellus niet in gevaar komt door een koppeling die als veer in de aandrijflijn werkt. Tegelijkertijd moet de koppeling nog steeds de verkeerde uitlijningen van de as opvangen die inherent zijn aan elke echte installatie, zonder zijbelastingen op de motorlagers uit te oefenen.

Membraankoppelingen voldoen aan deze vereisten door middel van een dunne, flexibele metalen schijf (enkel) of een stapel schijven (dubbel) die koppel overbrengen met een hoge torsiestijfheid en tegelijkertijd buigen om hoek- en axiale uitlijnfouten te absorberen. Ontwerpen met één membraan zijn in de eerste plaats geschikt voor hoekafwijkingen; dubbelmembraanontwerpen kunnen zowel hoek- als parallelle offsets verwerken. De volledig metalen constructie betekent geen slijtage, geen smering en geen prestatieverlies in de loop van de tijd - cruciaal bij precisietoepassingen waarbij consistent gedrag gedurende miljoenen cycli vereist is. van Rokang servomotor-membraankoppelingen voor CNC- en precisieaandrijftoepassingen zijn verkrijgbaar in aluminiumlegering en staal, in enkel- en dubbelmembraanconfiguraties, met zowel klem- als stelschroefnaafbevestigingsopties.

Kaak (spider) servokoppelingen in de servocategorie maken gebruik van stijvere spin-elementen en nauwere productietoleranties dan hun tegenhangers voor algemeen gebruik, waardoor een vrijwel nul speling wordt bereikt voor lichte tot middelzware servotaken. Oldham-koppelingen gebruiken een driedelig ontwerp - twee naven en een zwevende middenschijf - die op kruissleutels schuift om parallelle verkeerde uitlijning op te vangen zonder speling, waardoor ze bijzonder geschikt zijn voor toepassingen waarbij as-offset het primaire type verkeerde uitlijning is. Balk (spiraalvormige) koppelingen zijn vervaardigd uit één stuk aluminium of roestvrij staal met spiraalvormige sneden die een integraal flexibel element creëren - compact, spelingvrij en geschikt voor lichte servo-, encoder- en instrumentatietoepassingen. Balgkoppelingen gebruik een gegolfd metalen balgelement dat een hoge torsiestijfheid biedt met uitstekende uitlijningsaccommodatie en geen speling, waardoor het bovenste bereik van de prestatie-eisen van servokoppelingen wordt gedekt. van Rokang kaak- en spinkoppelingen ontworpen voor servo- en automatiseringssystemen completeren het aanbod van servokoppelingen naast de typen diafragma, balk, oldham en balg.

Tandwielkoppelingen en snelle membraankoppelingen: zwaar en krachtig gebruik

Bij hogere koppelniveaus en asafmetingen – industriële aandrijvingen, walserijen, kranen, compressoren, turbines – verschuiven de koppelingsvereisten van het opvangen van verkeerde uitlijning naar maximale koppeldichtheid en betrouwbare prestaties onder aanhoudende zware belastingen.

Tandwielkoppelingen brengen koppel over via in elkaar grijpende tandwieltanden op interne en externe naven, waarbij het gekroonde tandprofiel op de buitenste naaf hoek- en axiale uitlijning mogelijk maakt terwijl het volledige laadvermogen behouden blijft. De trommeltandwielkoppeling (gekroond) is het standaardontwerp voor de zware industrie: ze biedt de hoogste koppel-per-diameterverhouding van elk flexibel koppelingstype en kan zowel hoek- als axiale verplaatsingen aan via de tandmaasgeometrie. Voor zware toepassingen met tussenasvereisten combineren tandwielkoppelingen met geïntegreerde remwielen of remschijven koppeloverbrenging en remfunctie in één enkel onderdeel. Rokang's trommeltandwielkoppelingen voor hoogbelaste industriële aandrijfsystemen omvat zowel de standaard GICL/GIICL-serie als remwiel- en remschijfvarianten voor kraan- en transportbandtoepassingen.

Snelle membraankoppelingen nemen een andere prestatieruimte in beslag: torsiestijf, spelingsvrij, onderhoudsvrij en in staat om te werken bij snelheden van meer dan 10.000 tpm. Deze koppelingen worden gebruikt in turbomachines, compressoren, generatoren en hogesnelheidstestbanken waar de smering van tandwielkoppelingen onaanvaardbaar is en waar dynamisch evenwicht bij hoge rotatiesnelheden een kritische specificatie is. Zoals opgemerkt in de brancherichtlijnen van Machine Design's referentiebron over flexibel koppelingsontwerp en selectieprincipes Volledig metalen koppelingen, inclusief membraan- en schijftypes, bereiken over het algemeen kleinere buitendiameters en lagere gewichten dan elastomere alternatieven bij gelijkwaardige koppelwaarden - een belangrijk voordeel bij hogesnelheidstoepassingen waarbij traagheid en balans van cruciaal belang zijn. Rokang's hogesnelheidsmembraankoppelingen met een vermogen tot 10.000 tpm en meer zijn ontworpen voor turbomachines, energieopwekking en hogesnelheidstestbanktoepassingen.

Serpentine veerkoppelingen en kettingkoppelingen: flexibele oplossingen met hoog koppel

Voor toepassingen die aanzienlijke schokabsorptie en tolerantie voor verkeerde uitlijning vereisen naast een hoog koppelvermogen (zware transportbanden, mijnbouwapparatuur, brekers, grote pompaandrijvingen) zijn twee koppelingsontwerpen bijzonder geschikt.

Serpentine veerkoppelingen koppel overbrengen via een doorlopend S-vormig stalen veerelement dat tussen de tanden van twee tegenover elkaar liggende naven is geweven. De veer fungeert tegelijkertijd als koppeloverbrengingselement en als flexibel element, waardoor een uitstekende schokabsorptie, een hoog koppelvermogen en de mogelijkheid wordt geboden om hoek-, parallelle en axiale uitlijnfouten op te vangen. In tegenstelling tot elastomere koppelingen wordt het stalen veerelement niet afgebroken door temperatuur of blootstelling aan oliën en chemicaliën, waardoor kronkelige veerkoppelingen zeer geschikt zijn voor zware industriële omgevingen. Ze zijn ook compact vanwege hun koppel, wat voordelig is als de ruimte beperkt is. Rokang's kronkelige veerkoppelingen voor aandrijftoepassingen met hoog koppel en schokbelasting zijn verkrijgbaar in standaard-, snelmontage-, dubbele flens- en remschijfvarianten.

Kettingkoppelingen gebruik een dubbelstrengige rollenketting die twee tandwielnaven met elkaar verbindt. Ze zijn eenvoudig te installeren en te onderhouden, tolereren een verkeerde uitlijning binnen de kettingsteek en kunnen een hoog koppel overbrengen tegen relatief lage kosten. De belangrijkste beperking is dat ze periodieke smering vereisen en niet geschikt zijn voor toepassingen met hoge snelheden. Voor aandrijvingen met gemiddelde snelheid en hoog koppel in landbouw-, mijnbouw- en algemene industriële omgevingen blijven kettingkoppelingen een praktische en kosteneffectieve oplossing.