Zastosowanie i znaczenie sprzęgieł mechanicznych podatnych skrętnie w układach napędowych maszyn przemysłowych

Przy zastosowaniu sprzęgła mechanicznego podatnego skrętnie należy zwrócić uwagę na podstawowe właściwości tego sprzęgła, czyli na parametr sztywności skrętnej i parametr tłumienia skrętnego, które są uzależnione od cech lepko-sprężystych materiału, z jakich wykonany jest ich łącznik podatny. Statystyczny użytkownik sądzi, że sprzęgła mechaniczne podatne skrętnie służą głównie do łączenia dwóch współpracujących wałów (np. jednostki napędowej z przekładnią i dalej z maszyną wykonawczą) w celu przeniesienia momentu obrotowego.

Z teoretycznego punktu widzenia dobór optymalnych właściwości mechanicznych sprzęgła podatnego do dedykowanego układu napędowego powinien odbywać się nie tylko na podstawie przenoszonego momentu obrotowego (jak to ma miejsce w większości przypadków), ale również na podstawie właściwości lepko-sprężystych łącznika podatnego takiego sprzęgła [7, 8]. Właściwości te identyfikuje się głównie na podstawie zarejestrowanych w warunkach doświadczalnych charakterystyk obciążenia statycznego lub dynamicznego [4-6]. Bardzo ograniczony dostęp do tego rodzaju badań powoduje, że użytkownicy w momencie stosowania tego rodzaju sprzęgieł nie uwzględniają tych parametrów w momencie ich stosowania do danego układu napędowego [2, 3].

Parametry

Charakterystyki sprzęgieł mechanicznych podatnych opisują moment obrotowy M_o[Nm] w funkcji kąta względnego skręcenia członów sprzęgła φ [^o] wg zależności (1) (rys. 7) [4, 6-8]:

Na podstawie takiej charakterystyki można wyznaczyć takie parametry jak współczynnik tłumienia ψ  (4) i współczynnik sztywności c (2):

Wartości liczbowe tych parametrów mają szczególne znaczenie w czasie analizy dynamicznej układu napędowego maszyny przemysłowej ze sprzęgłem podatnym w układzie napędowym. Maksymalny moment obrotowy skupiający się na sprzęgle podatnym w układzie napędowym wynosi (3) (rys. 7):

W rezultacie wielokrotnego obciążania i odciążania zmiennym momentem obrotowym M_o w elemencie podatnym sprzęgła powstaje pętla histerezy (rys. 8), na podstawie której (w warunkach laboratoryjnych) wyznaczany jest współczynnik tłumienia ψ (4) [4, 5, 7, 8].
Wszystkie straty wywołane tarciem wewnętrznym w łączniku podatnym są ujmowane przez ten współczynnik [4]. Przedstawia on energię rozproszoną przez łącznik podczas jednego okresu drgań A_r do maksymalnej energii potencjalnej A_s (4) (rys. 8) [7, 8]:

gdzie: ψ – współczynnik tłumienia; A_r – energia rozproszenia podczas jednego okresu drgań; A_s – maksymalna energia potencjalna w łączniku podatnym.

Wnioski

Elastomerowe elementy podatne sprzęgieł podatnych skrętnie wykazują typowe własności lepko-sprężyste przy słabych własnościach wytrzymałościowych w stosunku do metalowych elementów sprzęgła mechanicznego. Dlatego udział ilościowy elementu podatnego w całym typoszeregu sprzęgła podatnego podyktowany jest objętością Q[cm³] i twardością [^oSh] (rys. 9, 10). Na podstawie analizy objętości elementu podatnego zastosowanego do budowy sprzęgła stwierdzono, że każdy następny łącznik elastomerowy w typoszeregu sprzęgła ma objętość zwiększoną proporcjonalnie w stosunku do poprzedniego sprzęgła w katalogowym typoszeregu sprzęgieł [4].

Galeria

Zobacz więcej