Tengelykapcsolók: A Hatékony Nyomatékátvitel és Egytengelyűtlenség-kompenzáció Kulcsa

A tengelykapcsolók (hétköznapi nevén kuplung, vagy hardytárcsa - ez téves elnevezés, mert a Hardy tárcsa a kuplungok egy konkrét típusa, de mégis sokan az összes tengelykapcsolót így hívják) két tengely vagy más gépelem ideiglenes vagy tartós összekapcsolására szolgáló alkatrészek. A tengelykapcsoló a hajtáslánc egyik fontos eleme, a gépalkatrészek együttforgását és a forgatónyomaték átvitelét szolgálják. Több kapcsoló összeépítése is szokásos. Tengelykapcsolók és áthajtó tengelyek nemcsak nyomaték átvitelére alkalmasak, de kompenzálja a két tengelyközötti pozíció eltéréseket is.

A hajtási rendszerek egyre jobban a pontosság felé haladnak, és ez természetesen a nagyméretű hajtásokra is igaz, mely tengelykapcsoló megoldásaik kompenzálják az egytengelyűséget és precízen viszi át a nyomatékot vagy csillapítja a rezgést. Nagyon sokfajta kuplungot használnak és gyártanak napjainkban, mert a technikai megoldás és az erőátviteli elemek a konkrét alkalmazás igényeihez vannak kiválasztva.

A Precíziós Tengelykapcsolók Jelentősége

A hagyományos kuplungokkal szemben a precíziós tengelykapcsolók szavatolják a holtjáték és karbantartás mentes nyomatékátvitelt az egész tengelykapcsoló működése alatt. Ez annak köszönhető, hogy a szoros tűrések és méretpontosságok a milliméter századrészében mérhetők az egyes tengelykapcsoló elemeknél. Az egyes kuplung típusok többfajta műszaki kivitelben és eltérő technikai tulajdonságokkal igazíthatóak az alkalmazásfüggő tengelykapcsoló megoldásokhoz.

Így a precíziós tengelykapcsolók két nagy csoportra oszthatók:

• Rezgéscsillapító tengelykapcsolók
• Torziósan merev tengelykapcsolók

A torziós merev kuplungok gyakran X-Y tengelyek összekötésére használnak, mint például a megmunkáló gépek tengelykapcsolója, míg a rezgéscsillapítós tengelykapcsolók a CNC gépek főorsó hajtásának erőátvitelére szolgálnak. A precíziós tengelykapcsolók rendelkezésre állnak 0,05 Nm-től egészen 100 000 Nm-ig és 0 - 10 000 1/min. fordulatszámig, mely az alkalmazások 95%-nál megfelel. Nagyobb nyomatékok átviteléhez speciális tengelykapcsolókkal tudunk szolgálni.

Ismerje meg a Periflex tengelykapcsolókat

Tengelykapcsoló típusok és nyomatéktartományok

A tengelykapcsolók sokfélesége lehetővé teszi, hogy minden ipari és járműipari igényre megtalálható legyen a megfelelő megoldás. Az alábbi táblázat néhány alapvető típus nyomatéktartományát mutatja be:

A Tengelykapcsolók működését befolyásoló paraméterek és hatásuk a hatásfokra

A hajtási rendszerek sokoldalú fejlődésének köszönhetően a tengelykapcsolóknak is folyamatosan fejlődniük kell. A kuplungok legfontosabb paraméterei, mint a nyomaték, torziós merevség, rugó merevség, kiegyensúlyozottság, holtjátékmentesség és a tehetetlenségi nyomaték, mind kulcsszerepet játszanak a rendszer hatásfokának és élettartamának meghatározásában.

Nyomaték

A nyomaték a forgó testeknél rendkívül fontos a gépészmérnököknek. Ez egy érték, mely az erő és az effektív hosszú kar szorzata: M=Fxr [Nm]. Így a nyomaték lehetséges 100 Nm nyomatéknál 100 N erőnél és 1 m karnál, vagy 1000 N erőnél és 0,1 m erőkarral is egyenlő. Ugyanezt használjuk a tengelykapcsolók méretezésénél is. Tehát a nyomaték a nagy átmérőjű kuplungoknál kisebb az ébredő erő, vagy kisebb átmérőjű kuplungoknál nagyobb ébredő erővel kell számolni. Vagyis minél nagyobb erőt akarunk átvinni, annál nagyobb átmérőjű tengelykapcsoló lesz az optimális megoldás.

Torziós Merevség és Szilárdság

A tengelykapcsoló külső átmérőjén kívül még a másik fontos tényező a kuplung torziós szilárdsága. Ez meghatározza a tengelykapcsoló merevségét a torziós (csavaró) igénybevétellel szemben. Ha a nyomaték túl magas és meghaladja a maximális torziós szilárdságot, onnantól kezdve a tengelykapcsoló nem képes átvinni a forgó erőt. Az egység "torziós merevség" mértéke a Nm/rad, mely 10 Nm esetén az elem 1/1000 rad -ot elfordul. Egyenlő, ha szögben mérjük, akkor 0,057°-kal (1 rad = 57°17'44.8"). A tengelykapcsoló típusát nézve (torziósan merev vagy rezgéscsillapítós tengelykapcsoló) ez az elfordulási szög jó esetben a tengelykapcsoló megadott paraméterei közé esik. Praktikusan nézve a merev tengelykapcsoló normál esetben maximum csavarodási szöge kevesebb, mint 0,05 fok, és a rugalmas csillapítású tengelykapcsolóknál ez kevesebb, mint 5 fok. Ha az elfordulási szög nem haladja meg a megengedhető szöget, akkor a tengelykapcsoló végtelen élettartamú.

Rugó Merevség

A rugó merevség egy ellenerő, mely a tengelykapcsoló eltérő pozíciójából ered axiális, radiális és laterális irányából. A rugó merevségét N/mm egységgel jelölik. Amennyiben a gyártó 30 N/mm értéket ad meg a tengelykapcsolónál, úgy 30 N erő használatánál 1 mm az axiális eltérés. Ezt az értéket mindig figyelembe kell venni a csapágy vagy más hajtási elemek kiválasztásánál.

Tengelykapcsoló: funkció és jelentőség

Forgatónyomaték (Tehetetlenségi Nyomaték)

A forgatónyomatékot a sebességváltozásból adódó nyomatékváltozás miatt alakul ki, mely a kuplung test és a test tömegközéppont távolsága a tengelyközépponttól befolyásolja jelentősen. Normális esetben minél kisebb a kuplung tömege és minél kisebb az átmérője, úgy az ébredő forgatónyomaték is kisebb, és ennek a fordítottja is igaz. A forgatónyomaték nagysága fontos a magasan dinamikus alkalmazásoknál, mert ez befolyásolja a gyorsítását és lassítását a hajtásrendszereknek.

Kiegyensúlyozottság

Nagyon fontos, hogy a hajtásrendszer simán fusson. A kiegyensúlyozatlanság abból eredhet, ha a forgó tömegek nem aszimmetrikus kialakításúak, mely nem megfelelő centrifugális erőket ébreszt, mely rossz esetben rezgéseket, vibrációt ébreszt a hajtásrendszerben. A tengelykapcsolóknál ezt kiegyensúlyozó furatokkal lehet korrigálni, mely a olyan helyre kerül, ahol a tömegkoncentráció nagyobb. A hajtástechnikában a kiegyensúlyozatlanságnak osztályozása is létezik, mely leírja a maximális értékeket egyes osztályoknál. A legáltalánosabb értékek a Q16, Q6,3 és Q2,5, ahol a kisebb értékek nagyobb kiegyensúlyozottsági minőséget jelent. (alacsonyabb megengedhető kiegyensúlyozatlanság).

Holtjátékmentesség (Zero Backlash)

Nulla holtjáték vagy holtjáték mentesség - Zero Backlash - az jelenti, hogy nincs holtjáték (üres rés vagy játék) az átviteli rendszerben, amennyiben a forgási sebesség, forgásirány vagy nyomaték változik. Ellenben a holtjáték mentesség nem jelenti azt, hogy nincs szögeltérésből elcsavarodás. A nulla holtjáték vagy holtjáték mentesség fontos a tengelykapcsolóknál, kihat a villanymotor csapágy és más mechanikus mechanizmusok élettartamára.

Nyomatékátvitel és egytengelyűtlenség kompenzáció

A Nyomatékátvitel Funkcionalitása

A fő funkciója a precíziós tengelykapcsolóknak - kuplungoknak, hogy nyomatékot vigyen át a hajtó tengelyről a hajtandó tengelyre, mint villanymotor, golyósorsó, hidraulikus tápegység stb. A miniatűr tengelykapcsoló - kuplung szerepe a nagyon kicsi nyomaték és szögbeli eltérés kiküszöbölése és átvitele, mint például a jeladó tengelykapcsoló vagy kuplung esetén. A forgómozgáson alapuló hajtástechnikai rendszerek folyamatosan fejlődtek az elmúlt évtizedekben, mely egyre hatékonyabb megoldást nyújtanak. Ez a hajtásrendszeri megoldás a legfontosabb felhasználási területe a nyomatékátviteli tengelykapcsolók vagy más néven kuplungok számára.

Az Egytengelyűtlenség Kompenzációja

Az egytengelyűtlenség kompenzáció az egyik legfontosabb terület a tengelykapcsolók vagy kuplungok számára. A hajtás kialakítás vagy a pontatlan beállítás miatt szinte minden hajtásrendszernél előfordul. Az ok általában a tűrések és méret pontatlanságok külső faktorából ered, mint hőmérséklet vagy más atmoszférikus kondíciók. Alapjában három fajtáját különböztetjük meg az egytengelyűtlenségnek:

Kuplungpedál holtjátékának beállítása

Axiális egytengelyűtlenség

Ez hosszváltozást eredményez a hosszanti tengely irányába a hajtó és a hajtott tengely között, melyek általában fém tengelyek. Minden egyes anyagnak megvan a saját specifikus hőmérsékleti együtthatója, mely megadja az anyag változási paramétereit a hőmérséklet növekedés és csökkenés esetén. Így lehetséges lehet 0,1 - 1 mm elmozdulás. Hosszú tengelyeknél gyakori, hogy a hőmérséklet-változás miatt bekövetkező nyúlás vagy rövidülés aránylag jelentős nagyságú. Az ilyen esetben használatos tengelykapcsolóknak tehát mozgékonynak kell lenniük, hogy a tengelyirányú mozgást kiegyenlítsék. A tengelyirányú elmozdulás oka lehet a hosszabb tengelyek hő okozta kiterjedése, vagy szerelési hiba is.

Radiális egytengelyűtlenség

A tengelyvégek középvonala egymástól párhuzamosan eltolódik (pl. külön-külön alapozott géprészek esetén, vagy egy tengelyvonalon vegyesen alkalmazott gördülő- és siklócsapágyazáskor, ahol a gördülőcsapágyban mindig központos tengelycsaphoz képest a siklócsapágy tengelycsapja üzem közben kialakuló excentricitással helyezkedik el).

Szögirányú egytengelyűtlenség

A tengelyek szögben metsződnek (pl. gépkocsik ún. kardántengelyénél, ahol a rugózott motor és a merev alvázon levő differenciálmű tengelycsonkjai között kell kapcsolatot létesíteni).

A tengelyeltérések nem mindig a leírt módon, tisztán, hanem vegyesen is jelentkezhetnek. Az is előfordul, hogy a két tengelyvég között nagymértékű sugár-, tengely- és szögirányú kitérés áll fenn. Ilyen szerkezetekben a forgatónyomatékot különleges hajtószerkezettel kell átvinni. Hiába kísérelnénk meg e hibákat merev kapcsolóval helyrehozni - minthogy ekkor a befeszülésből eredő erő lényegesen megnövelheti a nyomatékközlésből adódó igénybevételt, az eredmény a kapcsolóelemek vagy a tengelyek törése, illetve deformációja lenne, ha sikerülne is ilyen feltételekkel merev kapcsolókat beépíteni.

A kiegyenlítő kapcsolókat kiegyenlítőképességük alapján a következő osztályokba sorolhatjuk:

• Radiális (horonyvezetéses, tuskóvezetéses, körömvezetéses)
• Axiális
• Szögirányú (kardánhajtású, összetett kardánhajtású)
• Általános kiegyenlítő kapcsolók

Rugalmas tengelykapcsolók a gyakorlatban

A rugalmas tengelykapcsoló nagyméretű tengelyek és nyomatékok átviteléhez is alkalmas. A két kuplung fél központosan megmunkált alkatrész, mely közé csatlakozik egy rugalmas tengelykapcsoló betét. A betét csillag alakú és több fajta keménységben is rendelhető. A kuplung felek H7-es furattal és rögzítő DIN 916 szabványú csavarral vagy szorítóhüvelyes kivitelben is készülhetnek. A tengelykapcsoló hőmérséklet tartománya nagyban függ a tengelykapcsoló csillag betét anyagától. A tűrés a tengely és a kuplung fél között 0,01 - 0,05 mm. Az elasztomer egy precízen öntött, kopásálló és termálisan stabil polimer.

A csillagbetétes tengelykapcsoló, alumínium kivitelben, kész furattal gyártva reteszhoronnyal vagy szorítóhüvelyes kialakítással, akár ATEX kivitelben is elérhető. Négy keménységű csillagbetéttel és holtjátékmentesen is rendelhető. A csillagbetétes holtjáték mentes tengelykapcsoló alumíniumból csavaros rögzítéssel készül, mely garantálja a biztos és gyors felszerelést.

Ezenkívül léteznek speciális rugalmas megoldások is. A gumiabroncsos (FFX) tengelykapcsolókat általában nagy teljesítményű ventilátorok, szivattyúk, törőgépek elemeként hasznosítják. A H-Flex tengelykapcsolók működése a körmös tengelykapcsolókra hasonlít, de a műanyag helyett kis méretű gumi betéteket használ a csillapításra. A Centaflex tengelykapcsolók a H-Flex tengelykapcsolók továbbfejlesztett változatai, speciálisan kialakított gumi betétekkel dolgoznak, tovább növelve a csillapítás és az élettartam hatékonyságát.

Tengelykapcsolók az autóiparban: A váltás és a vezérlés automatizálása

Az autóiparban a tengelykapcsoló létesít súrlódás révén, a sebességfokozatok kapcsolását lehetővé tevő, oldható nyomaték átviteli kapcsolatot a motor és a hajtómű között. A tengelykapcsoló teszi lehetővé, hogy a belsőégésű motor alapjárati fordulatszámon működjön, miközben a gépkocsi áll. A gépkocsi indulásakor és azután a sebességfokozatok váltásánál pontos és mérsékelt sebességű tengelykapcsoló működtetés szükséges. Menet közben, különösen hegymenetben a sebességváltás gyors kell legyen, hogy a gépkocsi ne veszítse el a lendületét, a tengelykapcsoló működtetés is ennek megfelelően a megszokottól gyorsabb kell bekövetkezzen.

A korszerű gépkocsikba a SAC (Self Adjusting Clutch) önműködő utánállítású tányérrugós tengelykapcsolókat szerelnek be. Ezzel csökken a működtetéshez szükséges erő és a karbantartási igény is. Gyakoriak az egy tárcsás, szárazlemezes tengelykapcsolók, melyeket személygépkocsiknál és haszonjárműveknél egyaránt alkalmaznak, valamint a két tárcsás, szárazlemezes változatok, melyeket haszonjárműveknél a nagyobb nyomaték miatt és személygépkocsik DSG sebességváltóinál alkalmaznak.

A komfort igények növekedése miatt a tengelykapcsoló működtetését a konstruktőrök igyekeznek minél kisebb erőszükséglettel megvalósítani, illetve automatizálni. A kisebb zajszinthez és a komfortosabb működéshez hozzájárul az 1985 óta alkalmazott kéttömegű lendítőkerék is (ZMS). Az egyre nagyobb forgalomsűrűség, a dráguló hajtóanyagok, a környezetkímélőbb közlekedés, a komfortosabb autózás igénye miatt egyre nagyobb a jelentősége, hogy automatizálják a hajtáslánc elemeit. Ennek egyik példája a kézi kapcsolású sebességváltók automatizálása ASG (Automatisierten Schaltgetrieben), amely önműködő tengelykapcsolót igényel. A tengelykapcsoló automatikus működtetetését és ellenőrzését a sebességváltó elektronika végzi.

A tengelykapcsoló működtetéséhez villanymotoros, csigahajtással és mechanikus áttétellel mozdítja el a hidraulikus főhenger dugattyúját. Az így létrehozott olajnyomást cső vezeti a munkahengerhez, melynek dugattyúja kar áttétellel emeli ki a tengelykapcsolót. Az elektro-pneumatikus tengelykapcsoló működtető egység betölti a rásegítő feladatát is, mert hatékonyan csökkentik a működtető erő szükségletet. Minden sebességváltáskor működteti a tengelykapcsolót. A vezérlését a sebességváltó elektronika végzi. Az elektronika áramot kapcsol az elektromágneses szelepre, amikor a tengelykapcsoló nyit, részlegesen, vagy teljesen.

A fejlesztéseknél azt kellett figyelembe venni, hogy a tengelykapcsoló működtetés szempontjából az a legnehezebb üzemállapot, amikor a gépkocsi a legnagyobb teljesítménnyel gyorsul és utána, mindjárt nagy fékezés következik valamely váratlan forgalmi esemény miatt. Először induláskor zár a tengelykapcsoló és nagy nyomatékot visz át, majd röviddel utána nyit, hogy a motor ne fulladjon le. Erre a folyamatra csupán 50 - 90 ms áll rendelkezésre. A lineáris villanymotor előnyös, mert elmarad a mechanikus hiszterézis. Kevesebb részegységből áll, ezért nagyobb a megbízhatósága. Közvetlen működtető erő valósítható meg mechanikus áttétel nélkül.

A tengelykapcsoló pedál helyzet érzékelőjének jelét hasznosító rendszerek közé sorolható az USA-ban és Japánban a gépkocsikba kötelező alkalmazású úgynevezett „Start-Lock” működés. Ez a rendszer csak akkor engedi az indító motort működni, amikor a tengelykapcsoló kiemelt állapotban van. A tengelykapcsoló állapot információt használja fel az elektromechanikus rögzítő fék is a működéséhez. Ezért fontos a tengelykapcsoló pedál helyzetének, illetve elmozdulásának pontos érzékelése. Ez utóbbi információnak a betét kopottságára vonatkozó diagnosztikai tartalma is van. Különböző érzékelőket szerelnek fel a kuplung pedálra, mint például:

• Mikrokapcsoló: Költségkímélő, de korróziós és kopási problémák léphetnek fel.
• Reed relé: Érintésmentesen működik, kopó alkatrész nélkül.
• Hall elemes kapcsoló: Nagy pontosságú, érintésmentes működésű.
• Potenciométer: Kiértékelhető a pedál elmozdulásának nagysága és pillanatnyi helyzete, hátránya a kopó részegység.
• Induktív érzékelő: Érintésmentes és kopásmentes működésű, kiküszöböli a potenciométer hátrányait.
• Magneto-induktív érzékelő (PLCD): Állandó mágnes elmozdulását érzékeli, differenciál transzformátorként történik a jel kiértékelése.

tags: #periflex #tengelykapcsolo #hatasfok

• Kazincbarcika Szíve: a Csillagfürt
• Astra G ajtók nem zárnak probléma
• tudnivalók a Renault központi zár problémáiról
• Árnyékolás autóknak napvitorlával
• XR 125 karbantartás