کوپلینگ (coupling)
انواع کوپلینگ
به طور کلی کوپلینگ ها به دو دسته صلب (Rigid) و انعطاف پذیر(Flexible) دسته بندی میشوند، که در ادامه با آن ها آشنا خواهیم شد.
کوپلینگ صلب
کوپلینگ های صلب جهت اتصال دو محور کاملا هم راستا، در تجهیزاتی که در آن ها هم محوری دقیقدو محور، ضروری و قابل دسترس است، استفاده می شود. لازم به ذکر است که هرگونه عدم تقارن محوری در این نوع کوپلینگ ها خرابی سریع در اثر تنش های بالا به دنبال دارد. این نوع از کوپلینگ‌ها، انتقال گشتاور را به بهترین شکل انجام می‌دهند که معمولا به صورت فلنج (Flange) یا طوقه‌های طویل وجود دارند.
کوپلینگ انعطاف پذیر
کوپلینگ های انعطاف پذیر بیشتر برای انتقال گشتاور میان محرک اصلی و عنصر چرخان یک سیستم به کار می رود. اگر چه این نوع از کوپلینگ ها جهت جبران و اصلاح ناهمراستایی محورها طراحی شده اند، اما معمولاً توصیه نمی شود که از یک کوپلینگ انعطاف پذیر جهت جبران ناهمراستایی عنصر چرخان و محورهای محرک استفاده شود. در واقع هدف از کوپلینگ های انعطاف پذیر جبران تغییرات حاصل از دما در کوپلینگ ها و محورها و برقراری امکان انتقال توان از شافت (محور) به عنصر چرخان میباشد، در حالی که محورها هیچ گونه تداخلی با یکدیگر ندارند.
انواع کوپلینگ براساس نوع کاربرد
کوپلینگ‌ها در دو دسته اصلی به صورت انعطاف ماده (Material Flexing) و انعطاف مکانیکی (Mechanical Flexing) دسته‌بندی میشوند. انواع انعطاف ماده، این انعطاف را از کشش یا فشار ماده ارتجاعی همچون لاستیک یا صفحه‌های فلزی بدست می‌آورند. انعطاف مکانیکی نیز همراستا نبودن شفت‌ها را به کمک حرکات کشویی، لغزشی یا دوار جبران می‌کند.
کوپلینگ های انعطافی
کوپلینگ‌های انعطاف ماده به طور معمول نیازی به روغن‌کاری ندارند و تحت برش (Shear) و فشار به خوبی عمل می‌کنند و می‌توانند در شرایط عدم انطباق شفت‌ها به صورت زاویه‌ای، موازی و محوری کارکرد داشته باشند. از نمونه‌های این نوع کوپلینگ‌ها میتوان به موارد زیر اشاره کرد که در ادامه به توضیح آنها خواهیم پرداخت.
- آرواره‌ای (Jaw) یا فکی
- دیافراگمی (Diaphragm)
- غلاف (Sleeve)
- صفحه‌ای (Disc) یا دیسکی
- تایری (Tire) یا لاستیکی
کوپلینگ آرواره ای
کوپلینگ‌های آرواره‌ای، دارای دو توپی سری هستند و یک آرواره که توپیها توسط آرواره به یکدیگر متصل میشوند.
کوپلینگ دیافراگمی
کوپلینگ دیافراگمی یک کوپلینگ انعطاف پذیر فلزی است که یک وسیله انتقال است که از یک دیافراگم فلزی الاستیک به عنوان یک عنصر انعطاف پذیر برای انتقال گشتاور استفاده می کند. از ویژگی های اصلی آن میتوان به موارد زیر اشاره کرد: ظرفیت انتقال گشتاور زیاد، تغییر شکل دیافراگم برای جذب ناهماهنگی واحد، عدم حرکت نسبی بین قطعات، بدون سایش، بدون سر و صدا، عمر طولانی میرایی ارتعاش و عدم روانکاری .
کوپلینگ غلافی
کوپلینگ غلافی از یک لوله تشکیل شده است که قطر داخلی آن مطابق با تلرانس مورد نیاز شفت می باشد. بسته به نیاز و کاربرد کوپلینگ برای انتقال گشتاور از یک خار و یک شیار خار در داخل آن استفاده می شود.برای قفل کردن کوپلینگ در محل خود، دو سوراخ نواری در آن ایجاد می گردد.
کوپلینگ غلافی هم چنین با عنوان کوپلینگ های جعبه ای شناخته می شوند. در کوپلینگ غلافی انتهای شفت ها با هم کوپل و مقابل هم مماس شده و به وسیله ی یک غلاف پوشیده می شود.
کوپلینگ صفحه ای یا دیسکی
اساس کار کوپلینگ‌های دیسکی بر اساس انتقال گشتاور به کمک یک صفحه (دیسک) است. این کوپلینگ‌ها به طور معمول شامل دو توپی، دو دیسک و یک عضو (جداکننده) میانی هستند که در سرعت‌های بالا میتوان از آن استفاده کرد که هیچ پس‌زنی (Backlash) یا لقی هم در آنها دیده نمی‌شود و حرکات طولی شفت‌ها نیز محدود شده است.
کوپلینگ تایری
این نوع از کوپلینگ، المانی از جنس پلی‌اورتان یا رابر دارد که بین دو توپی قرار گرفته است. به کمک این کوپلینگ‌ها میتوان ضربات و ارتعاش را کاهش داد و در شفت‌های غیر همراستا از آنها استفاده کرد. نصب این کوپلینگ‌ها بسیار ساده است و نیازی به جابجایی توپیها یا سایر اتصالات ندارد. همچنین، در گشتاورهای مختلف و سرعت‌های متوسط تا بالا میتوان از آنها بهره گرفت.
کوپلینگ های مکانیکی
در ادامه این مطلب سعی می‌کنیم انواع کوپلینگ‌های مکانیکی را مورد بررسی قرار دهیم که بیشتر آنها نیاز به روغن‌کاری دارند. با وجود اینکه کوپلینگ‌های مختلفی وجود دارند که از روغن‌ها بهره می‌برند، سه نوع طراحی مختلف را میتوان در آنها پیدا کرد:
– دنده‌ای
– زنجیری
– رشته‌ای
کوپلینگ دنده ای
کوپلینگ دنده‌ای یکی از انواع کوپلینگ ها برای انتقال گشتاور است . این کوپلینگ نیز مانند دیگر انواع کوپلینگ‌ها توان تحمل ناهمراستایی دورانی، زاویه ای و محوری را تا حدودی دارا است. میزان تحمل ناهمراستایی در این توع کوپلینگ ها به شکل، میزان لقی و زاویه فشار دنده ها بستگی دارد.
کوپلینگ های دنده ای عموما برای محدوده وسیعی از توان، گشتاور و دمای کاری مناسب هستند. با این حال کوپلینگ‌های دنده ای که عمدتا توسط شرکت های سازنده به صورت پیش ساخته ارائه می شوند برای توان‌های تا حدود ۴/۲ مگاوات عرضه می شوند. دور این کوپلینگ ها می تواند از ۱۶۰۰ دور برای توان‌های بالا تا ۶۵۰۰ دور بر دقیقه برای توان های کمتر از ۷۵ کیلووات باشد. این کوپلینگ ها قابلیت تحمل گشتاور تا بیش از ۳۲۰,۰۰۰ نیوتن متر را دارند.
کوپلینگ زنجیری
کوپلینگ‌های زنجیری نسبت به اندازه کوچک و وزن کم،گشتاور بالایی را تحمل می‌کنند. کوپلینگ زنجیری متشکل از دو قااب فلزی بوده که توسط یک زنجیر دوبل این دو قسمت به هم متصل می شود و بر روی این مجموعه هم یک قاب آلومینیومی قرار میگیرد که کاربرد چند گانه ایی دارد که به شرح زیر می باشد :
۱- جلوگیری از ورود آلودگی به درون کوپلینگ
۲- جلوگیری از پاشش گیریس به اطراف کوپلینگ
۳- به عنوان محافظ و مانع برای جلوگیری از برخورد دست با کوپلینگ در حال چرخش
کوپلینگ رشته ای
کوپلینگ‌های رشته‌ای فولادی (Steel Grid Couplings)، انعطاف‌پذیری بیشتری نسبت به کوپلینگ زنجیری دارند و عملکرد آنها نیز مشابه با کوپلینگ دنده‌ای و دارای دو توپی دنده‌ای و یک غلاف به شکل فنرهای تودرتوی فولادی هستند.
به دلیل شکل خاص دنده‌ها در کوپلینگ‌های رشته‌ای، رشته فولادی به هنگام حرکت و اعمال گشتاور، منعطف خواهد شد که در شکل زیر نشان داده شده است. برای جبران عدم تطابق محورها، دنده‌های توپی همچون کوپلینگ‌های دنده‌ای، بر روی رشته سُر می‌خورند و برای اینکه رشته و روغن آن در محل خود قرار بگیرند، از یک پوشش استفاده میشود. همانند کوپلینگ زنجیری، این نوع کوپلینگ‌ها نیز زمانی استفاده میشوند که فاصله بین شفت‌ها کم باشد.
نقش کوپلینگ
نقش کوپلینگ را میتوان در موارد زیر خلاصه کرد:
- انتقال قدرت از یک محور (محور محرک) به محور دیگر (محور متحرک)
- جبران انحراف شفت
- عدم انتقال حرارت
- جذب ارتعاشات
انتقال قدرت
مهمترین دلیل استفاده از کوپلینگ ها ، اتصال محور های محرک و متحرک می باشد. انتقال توان با استفاده از یک شفت و بدون وجود کوپلینگ هم از نظر هزینه های ساخت و هم از نظر مونتاژ محدودیت محسوب می شود. علاوه بر آن در صورت عدم استفاده از کوپلینگ و در هنگام آسیب دیدگی قسمت محرک یا متحرک کل سیستم باید دمونتاژ شود.
جبران انحراف شفت
برای تنظیم هم راستا بودن شفت موتور و محور متحرک زمان زیادی لازم است. و اگر دو محور هم راستا نباشند هنگام دوران نیروی دیگری نیز به صورت متناوب به محیط جانبی وارد می گردد که منجر به ایجاد سر و صدا و ارتعاش در سیستم می شود. علاوه بر آن تفاوت دقت ساخت دو قطعه دقت سیستم مونتاژ شده نهایی را تحت تاثیر قرار می دهد. کوپلینگ باید بتواند توان را با دقت حتی در صورت وجود انحراف، انتقال دهد. نا هم محوری شفت ها به علت نیروهای دینامیکی و یا انبساط قطعات بوجود می آید. همانطور که در شکل زیر مشاهده می کنید، انحراف و ناهم محوری شفت ها به سه شکل می تواند رخ دهد.
منتقل نشدن حرارت موتور
موتور ها هنگام استفاده حرارت زیادی تولید می کنند. در صورت انتقال گرمای تولید شده توسط موتور به اجزای سیستم مثل بال اسکرو ها این حرارت باعث انبساط ماده شده و در نتیجه طول قطعات تغییر کرده و دقت حرکتی تحت تاثیر قرار میگیرد و سیستم به دقت تعیین شده نمی رسد. با استفاده از کوپلینگ به سادگی می توان از تغییر شکل قطعات سیستم در اثر انبساط جلوگیری کرده و دقت حرکتی را حفظ کنیم.
جذب ارتعاشات
اگر ارتعاشات موتور به سیستمی مثل بال اسکرو مستقیماً وارد شود دقت حرکتی سیستم را از بین برده و عملاً کارایی سیستم با مشکل رو به رو می شود. اگر سیستم مستقیماً به شفت موتور وصل باشد و بار بصورت ضربه ای به سیستم وارد شود، این شوک به موتور وارد شده و باعث آسیب دیدن آن میشود.کوپلینگ ها راه حل مناسبی برای این چنین مشکلات هستند. در واقع با استفاده کوپلینگ ها از آسیب دیدن سایر اجزای سیستم جلوگیری می شود.
برخی از مشکلات کوپلینگ
انحراف از محور
در صورتی که محورها با یکدیگر فاصله داشته باشند و یا در جهت محوری فاصله ای برای آن ها وجود داشته باشد، مشکل انحراف از محور شناسایی می شود. دلیل به وجود آمدن این مشکل، اغلب ایجاد تغییر در دمای محورها است. در نتیجه این موضوع، خواهیم دید که انقباض و انبساط طولی در محورها ایجاد می شود. پس متوجه می شویم که دلیل ایجاد انحراف محوری کوپلینگ چیست؟ در حال حاضر کوپلینگ های موجود در بازار امکان خنثی کردن این انحراف را دارند. همچنین تحمل پذیری بالایی در مقابل این انحراف از خود نشان می دهند.
انحراف شعاعی
زمانی که در این محصول، محورها در یک امتداد نیستند انحراف شعاعی رخ می دهد. البته این شرط برای تشخیص این مشکل لازم است ولی کافی نیست. زمانی می گوییم یک کوپلینگ دارای انحراف شعاعی است که در زمان به کارگیری آن ها، شاهد فاصله گرفتن محورها در جهت شعاع ان ها باشبم. البته این مورد به شرایط به کارگیری کوپلینگ ها هم بستگی دارد.
به طور کل انحراف شعاعی بزرگترین و شاید بتوان گفت که بدترین مشکل ممکن برای کوپلینگ ها است. در حال حاضر فقط تعداد معدودی از کوپلینگ ها می توانند این مشکل را رفع نمایند.
انحراف مختلط
این نوع انحراف مخلوط دو انجراف قبلی است. یعنی دو شفت نه به طور موازی که به حالت زاویه دار و نامنطبق قرار گرفته اند.
در این مقاله به طور مختصر با انواع کوپلینگ و کاربرد آنها آشنا شدید.
شما علاقه مندان گرامی میتوانید مقالات مرتبط دیگر را، از طریق همین سایت مشاهده فرمایید.
چنانچه در حوزه کاری خود به مشکلی برخورد کرده‌اید و در جستجوی فرد و یا شرکت‌های توانمند برای حل مشکلتان هستید می توانید با عضویت در سامانه گلوپ و ثبت مشکل خود با این افراد و شرکت ها ارتباط برقرار کنید.
برای مشاهده مطالب بیشتر به گلوپ پلاس مراجعه فرمایید.