Определение размеров муфт вала для тяжелого оборудования: момент затяжки, перекос и выбор

Привод конвейера мощностью 132 кВт на горнодобывающем участке за один сезон работы прошел три муфты. Каждая замена имела одинаковый каталожный размер, и каждая из них выходила из строя зубьев ступицы. Ошибка заключалась не в качестве материала; это был метод определения размера, при котором учитывались только диаметр вала и мощность двигателя. Рабочий цикл включал частые запуски под нагруженной лентой, и никто не измерял угловое смещение, создаваемое оседающим фундаментом. Этот урок применим ко всей тяжелой промышленности: определение размеров муфт валов для тяжелого оборудования — это инженерный расчет, а не поиск по каталогу.

Логика определения размеров, которая предотвращает сбои на местах

Работайте в правильном порядке, и большинство неисправностей муфты исчезнут. Рассчитайте крутящий момент приложения, примените коэффициент эксплуатации, который отражает приводимую машину и ее режим работы, определите пиковые и ударные условия, измерьте несоосность, которую фактически создает оборудование, и только затем выберите размер муфты, который одновременно удовлетворяет всем ограничениям. Муфта, которая идеально рассчитана на номинальный крутящий момент, все равно может быстро выйти из строя, если она работает с постоянным угловым смещением или когда пусковой момент превышает рабочий крутящий момент в три раза.

Расчетный крутящий момент является основой всего расчета: Td = Tn x SF. Tn — номинальный крутящий момент, передаваемый в установившемся режиме, а SF — коэффициент эксплуатации. Для тяжелого оборудования SF редко опускается ниже 1,5, а для дробилок и реверсивных мельниц часто достигает значений от 2,5 до 3,0. Для двух приводов с одинаковым крутящим моментом двигателя могут потребоваться муфты разных размеров. Центробежный насос, постоянно работающий со скоростью 1480 об/мин, обычно использует коэффициент эксплуатации 1,25, тогда как дробилке с тем же двигателем требуется коэффициент 2,5 или выше из-за ударной нагрузки. В таблице ниже перечислены эксплуатационные коэффициенты, обычно используемые для приводов электродвигателей.

Три числа, определяющие размер муфты

Выбор любой муфты вала сводится к трем показателям: крутящий момент, диаметр отверстия и перекос. Скорость и окружающая среда тоже имеют значение, но именно эти три фактора определяют размер кадра.

Номинальный крутящий момент

Для вращающегося привода номинальный крутящий момент составляет T = 9550 x P/n, где P — в киловаттах, n — в оборотах в минуту, а T — в ньютон-метрах. Таким образом, двигатель мощностью 132 кВт при 1480 об/мин передает около 852 Нм при постоянной нагрузке.

Пиковый крутящий момент

Электродвигатели обычно создают от 150 до 200 процентов номинального крутящего момента во время запуска. Дизельные двигатели и гидравлические двигатели могут давать еще более высокие пики. Муфта должна выдерживать пиковые нагрузки, а не только средние значения, поскольку пиковый крутящий момент подвергает нагрузке зубья, ступицу и крепежные элементы. Если привод регулярно запускается под нагрузкой или меняет направление вращения, рассматривайте пиковый крутящий момент как постоянное расчетное условие, а не как случайное событие.

Емкость отверстия

Муфта может соответствовать целевому крутящему моменту, но все равно выйти из строя, если отверстие слишком мало для вала и шпоночной канавки. Проверьте максимальное отверстие выбранной рамы и убедитесь, что шпоночная канавка может передавать расчетный крутящий момент, не сдавливая ее края. При высоких осевых нагрузках вместо ключа рассмотрите возможность использования запирающего узла; зажимное усилие надежно удерживает ступицу и исключает усталость шпоночных канавок.

Несоосность

Радиальное, угловое и осевое смещение сокращает срок службы муфты, если они превышают номинальные значения. Зубчатые муфты выдерживают угловое смещение примерно до 1,5 градусов на зацепление, в то время как диафрагменные муфты допускают меньшее, но обеспечивают более высокую жесткость на кручение. Универсальные валы допускают самые большие угловые и осевые смещения, что делает их стандартом для приводов на большие расстояния или перемещения. Скорость усиливает эффект: при высоких оборотах даже небольшие угловые отклонения создают вибрацию и динамические нагрузки, на которые муфта никогда не рассчитана.

Семейства муфт для тяжелого оборудования

Каждое семейство муфт решает различную комбинацию крутящего момента, смещения и скорости. Знание границ каждой семьи — это половина работы по определению размеров.

Барабанные зубчатые муфты

Барабанные зубчатые муфты являются «рабочими лошадками» тяжелой промышленности. Их корончатая форма зубьев снижает давление на кромку и допускает угловое смещение без ущерба для крутящего момента. Когда привод должен передавать сотни килоньютон-метров в компактном корпусе, обычно лучшим выбором является барабанная зубчатая муфта широкого типа. барабанная зубчатая муфта широкого типа с высокой грузоподъемностью охватывает диапазон диаметров и крутящих моментов, типичный для приводов мельниц, конвейеров и кранов, а сменные комплекты шестерен упрощают техническое обслуживание. Более широкое представление о том, как эти муфты ведут себя в эксплуатации, можно найти в статье барабанные зубчатые муфты для тяжелых промышленных приводных систем объясняет геометрию зубьев, смазку и виды отказов.

Барабанная зубчатая муфта RSK-GICL широкого типа Высокая грузоподъемность и передача крутящего момента Jiangsu Rokang Heavy Industry Technology Co., Ltd - это барабанная зубчатая муфта RSK-GICL широкого типа с высокой грузоподъемностью и передачей крутящего момента. Посмотреть продукт →

Универсальные муфты вала

Когда ведомая машина движется относительно двигателя или трансмиссия имеет значительное угловое смещение, правильным решением будет карданный вал. прецизионный универсальный вал двойного типа обеспечивает высокую точность передачи при больших рабочих углах и доступен с телескопическими секциями, в которых расстояние между концами валов изменяется во время работы. Область применения включает прокатные станы, приводы смесителей и любое оборудование, в котором двигатель и рабочая машина расположены на отдельных фундаментах, которые движутся независимо.

RSK-WS Прецизионный универсальный вал Двойной упор для передачи крутящего момента с большим углом Компания Jiangsu Rokang Heavy Industry Technology Co., Ltd является прецизионным универсальным валом RSK-WS, источником питания двойного типа для передачи крутящего момента с большим углом ... Посмотреть продукт →

Мембранные муфты

По жесткости на кручение и нулевому люфту мембранные муфты превосходят большинство альтернатив. Они используются в турбомашинах, испытательных стендах и приводах высокоскоростных насосов, поскольку они передают крутящий момент через тонкие металлические диски, которые упруго изгибаются. На приводах, работающих со скоростью до 10 000 об/мин, изготовленная по индивидуальному заказу высокоскоростная мембранная муфта, рассчитанная на скорость до 10 000 об/мин. предотвращает смазку и износ, а цельнометаллическая конструкция выдерживает высокие температуры окружающей среды, при которых эластомерные детали быстро разрушаются.

Высокоскоростная мембранная муфта RSK по индивидуальному заказу до 10000 об/мин. Поставщики, Компания - Jiangsu Rokang Heavy Industry Technology Co., Ltd - это высокоскоростная мембранная муфта, изготовленная по индивидуальному заказу RSK, со скоростью вращения до 10000 об/мин, поставщики и оптовая торговля. Посмотреть продукт →

Эластомерные муфты

Шинные муфты и муфты типа «штифт-втулка» обеспечивают мягкость при кручении и гашение вибрации. Они являются экономичным выбором для низкоскоростных приводов с умеренным крутящим моментом, но их плотность крутящего момента значительно ниже, чем у зубчатых или диафрагменных конструкций. В тяжелой технике они появляются в основном на вспомогательных приводах и небольших конвейерах, где амортизация имеет большее значение, чем компактность.

Пошаговая процедура определения размера

Приведенная ниже процедура подходит для большинства приводов тяжелой техники, независимо от того, заменяете ли вы вышедшую из строя муфту или разрабатываете новую трансмиссию.

1. Определите номинальный крутящий момент по мощности двигателя и рабочей скорости.
2. Выберите коэффициент обслуживания, исходя из типа машины, частоты запуска и уровня ударной нагрузки.
3. Рассчитайте расчетный крутящий момент, умножив номинальный крутящий момент на коэффициент эксплуатации.
4. Проверьте пиковый крутящий момент при пуске, реверсе или остановке.
5. Измерьте радиальное, угловое и осевое смещение, которое фактически создает установка.
6. Выберите раму муфты с номинальным крутящим моментом выше расчетного крутящего момента и допустимой несоосностью выше измеренных значений.
7. Проверьте размеры отверстия и шпоночной канавки относительно фактических концов вала.
8. Проверьте максимальную скорость, а для высокоскоростных или регулируемых приводов выполните анализ крутильных колебаний.
9. Проверьте окружающую среду: диапазон температур, пыль, влажность и доступ к смазке.

Распространенные ошибки при выборе размеров и как их избежать

Большинство неудач на местах связано с одной из следующих ошибок:

• Использование крутящего момента, указанного в паспортной табличке двигателя, вместо момента трогания или остановки.
• Выбор слишком низкого коэффициента эксплуатации для периодических тяжелых нагрузок.
• Измерение несоосности только при установке, без учета теплового роста и осадки фундамента.
• Выбор муфты только по размеру отверстия, без проверки номинального крутящего момента.
• Завышение размеров настолько, что муфта уже не защищает систему от перегрузки.
• Забываем об осевом удержании, когда привод испытывает большую осевую нагрузку.

Если оборудование должно соответствовать европейской практике, руководство по Типы муфт DIN и выбор разъясняет, как серии DIN сравниваются по жесткости на кручение, способности выравнивания и требованиям к техническому обслуживанию.

Практический пример определения размера

Возьмем ленточный конвейер с приводом от электродвигателя мощностью 132 кВт при частоте вращения 1480 об/мин, с валом двигателя 80 мм и входным валом редуктора того же диаметра.

1. Номинальный крутящий момент: Tn = 9550 x 132/1480 = 852 Нм.
2. Коэффициент эксплуатации для конвейера с умеренными ударами и частыми пусками: 1,75.
3. Расчетный крутящий момент: Td = 852 x 1,75 = 1491 Нм.
4. Пиковый пусковой момент при 200-процентном крутящем моменте двигателя: около 1704 Нм.
5. Выберите раму муфты с номинальным усилием выше 1491 Нм, с максимальным отверстием не менее 80 мм и шпоночной канавкой, подходящей для вала.

Зубчатая муфта барабана с номинальным крутящим моментом 2000 Нм, максимальным диаметром отверстия 85 мм и допустимым угловым смещением около 1,5 градусов отвечает этому требованию с разумным запасом прочности. Следующая рама меньшего размера, рассчитанная на 1200 Нм, не выдержит проверки расчетного крутящего момента, даже если ее отверстие соответствует валу. Вот почему расчет крутящего момента должен осуществляться перед сравнением отверстий.

Заключительные проверки перед размещением заказа

Прежде чем подтвердить размер муфты, ознакомьтесь со следующими моментами:

• Убедитесь, что отверстие муфты совпадает как с валом двигателя, так и с валом ведомой машины.
• Проверьте размеры шпоночного паза на соответствие применимому стандарту.
• Решите, требуется ли для данного применения версия с тормозным колесом или тормозным диском.
• Обратите внимание на интервал смазки и на то, обеспечивает ли установка легкий доступ для обслуживания.
• Для высокоскоростных или реверсивных нагрузок запросите у производителя анализ скручивания, прежде чем окончательно определить размер.

Определение размеров муфт валов для тяжелого оборудования лучше всего представляет собой структурированный процесс. Начните с крутящего момента, применяйте честный коэффициент эксплуатации, соблюдайте пиковые условия и измеряйте смещение, которое фактически создает установка. Если эти цифры верны, размер муфты соответствует естественным образом, и установленная вами деталь имеет реальные шансы прослужить столько же, сколько и машина, которую она служит.