Общие сведения о потребностях в смазке муфт

В идеальном мире несколько компонентов могут быть изготовлены как единое целое или соединены и установлены с идеальным выравниванием. Однако в реальном мире отдельные компоненты должны быть собраны вместе и подключены на месте.

Муфты необходимы для передачи вращающих сил (крутящего момента) между двумя длинами вала, и, несмотря на самые тщательные попытки, соосность никогда не бывает идеальной. Чтобы максимально продлить срок службы таких компонентов, как подшипники и валы, необходимо обеспечить гибкость, чтобы поглотить остаточное смещение, которое остается после выполнения всех возможных регулировок. Правильная смазка муфт имеет решающее значение для их работы.

Рис. 1. Типы несовпадения

НЕСООТВЕТСТВИЕ
Несоосность может возникать как смещение или угловое смещение по двум из трех возможных осей (рис. 1). Третья ось в продольном направлении обычно не измеряется, хотя ошибки в этом направлении могут привести к чрезмерным осевым нагрузкам в системе. Для крупных установок, таких как большие компрессоры, используются методы совмещения проводов. В небольших приложениях традиционно использовались показания циферблатных индикаторов с ободом и лицевой стороной для количественной оценки и исправления несоосности, хотя популярность оптических лазерных индикаторов возросла благодаря простоте использования и точности.

В организациях по техническому обслуживанию, задающих темп, также прилагаются усилия для компенсации теплового роста, который происходит в оборудовании во время работы. Все материалы (кроме воды) при нагревании немного расширяются; их количество определяется коэффициентом теплового расширения материала и степенью его нагрева. Станок, который приводится в соответствие при температуре окружающей среды, может соскользнуть в положение смещения, когда материалы оборудования поднимутся или упадут до рабочей температуры.

Перед выполнением проверок соосности делаются попытки предварительно нагреть или охладить оборудование до нормальных рабочих условий. В качестве альтернативы, расчеты ожидаемого теплового расширения могут использоваться для преднамеренного смещения трансмиссии при температуре окружающей среды, чтобы она могла выровняться. Какие бы меры предосторожности ни были приняты для обеспечения как можно более точной центровки, некоторое количество остаточного несовпадения неизбежно останется. Несоосность заставляет жесткие компоненты машины, такие как валы, отклоняться для эффективного выравнивания. Это отклонение вызывает нагрузку на компоненты, вызывает вибрацию и распределяет более высокие и неравномерные нагрузки на конструкции, которые поддерживают эти элементы, такие как подшипники. Это приводит к потере энергии и может значительно сократить срок службы и надежность оборудования.

Правильно спроектированные муфты могут поглощать усилия перекоса, что позволяет сэкономить более дорогие, критические и чувствительные компоненты. Вращающиеся валы кажутся прочными, но поддерживающие их подшипники являются одними из самых чувствительных прецизионных компонентов трансмиссии.

Рис. 2. Зубчатые муфты

ВИДЫ МУФТ
Конструкции муфт можно разделить на четыре основные категории, каждая из которых имеет несколько конкретных конструкций. Твердотельные и магнитные муфты не требуют смазки, но включены сюда для полноты картины. Сплошные муфты - это принципиально жесткие конструкции, которые не компенсируют перекос, но позволяют соединять два вала для передачи крутящего момента. Ступицы на болтах, закрепленные на валах, являются примером машины с магнитными муфтами. Магнитные муфты позволяют валам, не находящимся в прямом контакте, приводиться вместе с помощью мощных постоянных или электрических магнитов. Насос с магнитным приводом без уплотнения является типичным примером.

Другими типами муфт являются гибкие и гидравлические муфты. Во многих гибких муфтах используются фиксированные гибкие металлические, резиновые или пластиковые элементы, такие как диски или втулки, которые вращаются вместе с валами и поглощают перекосы. Конструкции этого типа не требуют смазки. Другие, такие как зубчатая передача, цепь, сетка и универсальные шарниры, требуют смазки для повышения производительности и долговечности. Гидравлические муфты включают преобразователи крутящего момента и мультипликаторы крутящего момента. Эти муфты заполнены смазочными жидкостями, которые зависят от жидкости для передачи крутящего момента.

Рис. 3. Цепные муфты

ГИБКИЕ МУФТЫ
Зубчатые муфты (Рисунок 2) компенсируют перекос за счет зазора между зубьями шестерни. Зубья внешней шестерни на валу на обоих валах сопрягаются с зубьями внутренней шестерни на корпусе, который содержит смазку. В других конструкциях внешние зубья устанавливаются только на одном валу, сопрягаясь с внутренними зубьями, установленными на другом валу. Ускорение или замедление может привести к ударам между зубьями шестерни из-за люфта из-за зазора, воспринимаемого на противоположных сторонах зубьев шестерни. Несоосность приведет к скользящему относительному движению сопряженных зубьев при их прохождении через каждый оборот.

Цепные муфты (Рисунок 3) работают аналогично зубчатым муфтам. Звездочки на каждом конце вала соединены роликовой цепью. Зазор между компонентами и зазор между цепью и звездочками компенсируют перекос. Нагрузка аналогична нагрузке на зубчатые муфты.

В муфтах внешней решетки (рис. 4) используется гофрированная стальная решетка, которая изгибается для компенсации нагрузки, вызванной смещением. Диски с канавками, прикрепленные к концам каждого вала, содержат решетку, которая передает крутящий момент между ними. Между сеткой и канавками возникает скольжение с малой амплитудой, поскольку сетка деформируется под нагрузкой, расширяясь в некоторых местах и ​​сужаясь в других за каждый оборот.

Универсальные шарниры используются для максимально допустимого перекоса от 20 до 30 градусов, в зависимости от конструкции. Они широко используются для приводных валов транспортных средств, чтобы колеса могли двигаться вместе с системой подвески. Универсальные шарниры используют компонент с четырьмя шпинделями, называемый крестовиной, для соединения двух валов, оканчивающихся хомутами или поворотными кулаками под прямым углом (рис. 5). Каждая из четырех шейек крестовины поддерживается подшипником или втулкой, находящейся в одном из кулаков, что обеспечивает шарнирное сочленение.

Рис. 4. Соединение с сеткой

ГИБКИЕ СМАЗОЧНЫЕ СМАЗКИ
Для смазки эластичных муфт можно выбрать как смазочные масла, так и консистентные смазки. Если специально не указано иное разработчиком муфты, муфты для большинства промышленных компонентов смазываются консистентной смазкой. Компоненты муфты защищены в первую очередь масляной пленкой, которая вытекает из загустителя консистентной смазки и проникает в зону нагружения.

Смазываемые эластичные муфты требуют защиты от относительного движения с малой амплитудой, которое возникает между компонентами. Другие проблемы включают центробежную нагрузку на смазку (особенно консистентную смазку), которая вызывает преждевременное отделение масла от загустителя, плохое распределение масла внутри корпуса и утечку масла из корпуса.

Низкая амплитуда движения, скорость шарнирного сочленения и тенденция к скольжению, а не качению препятствуют развитию гидродинамической (полностью пленочной) смазки. Смазки, изготовленные на основе высоковязких базовых масел, противозадирных (EP) и смачивающих металл агентов, рекомендуются для преодоления граничных условий (смешанная пленка), которые часто существуют в эластичных муфтах. Высокая вязкость масла также снижает скорость утечки.

Центробежные силы в упругих муфтах могут быть очень высокими, увеличиваясь с увеличением расстояния от оси вращения. Муфты даже среднего размера могут создавать силы, в тысячи раз превышающие силу тяжести (называемые Gs). Производители пластичных смазок уделяют большое внимание составам, которые препятствуют преждевременному разделению масла и загустителя из-за высоких сил G.

Рис. 5. Универсальный шарнир

ЖИДКИЕ МУФТЫ
Гидравлические муфты передают импульс от входного вала к жидкости, а затем к выходному валу при передаче крутящего момента. Несоосность компенсируется только зазорами между движущимися частями. Небольшие зазоры не оставляют места для ошибок при центровке. Однако можно эффективно компенсировать ударную нагрузку и пусковые нагрузки с высоким крутящим моментом, поскольку между входным и выходным валами нет прочного соединения.

В гидравлических муфтах рабочее колесо, прикрепленное к входному валу, ускоряет жидкость внутри муфты при ее вращении, как в центробежном насосе. Затем эта жидкость ударяется о лопатки рабочего колеса выходного вала, передавая свой импульс при ускорении рабочего колеса. Он будет ускоряться до тех пор, пока не приблизится к скорости входного вала, но на самом деле никогда не достигнет ее. Разница в скорости между входным и выходным валами называется проскальзыванием. Конечно, необходимо преодолеть трение и вязкое сопротивление, прежде чем выходной вал сможет вращаться. Минимальная входная скорость, необходимая для этого условия, известна как скорость срыва. В оборудовании с большими статическими нагрузками, например паровой или газовой турбине, будет использоваться гидравлическая муфта для минимизации начального напряжения на ведущем валу.

Ударные нагрузки на входе, такие как пусковой момент, никогда не создаются. Скорость входного вала никогда не ограничивается. Когда скорость сваливания будет превышена, выходной вал начнет ускоряться, но будет делать это с ограниченной скоростью из-за его момента инерции (сопротивления угловому ускорению). Проскальзывание создается, когда бегун ускоряется до входной скорости, рассеивая избыточную энергию за счет образования вязкого тепла в жидкости. Ударные нагрузки на выходной стороне также будут рассеиваться, даже если выходной вал полностью остановится.

Преобразователи крутящего момента и мультипликаторы - это специальные применения гидравлических муфт, которые позволяют изменять входной крутящий момент перед передачей. Эти конструкции работают в основном на тех же принципах, но механически намного сложнее.

СМАЗКИ ДЛЯ МУФТ.
Рассеяние энергии, которое делает гидравлические муфты настолько устойчивыми к ударным нагрузкам, создает потенциал для быстрого и экстремального повышения температуры жидкости. Энергия, рассеиваемая во время срыва и скольжения, преобразуется в тепло за счет вязкого сдвига жидкости (внутреннее трение жидкости). В экстремальных условиях температура жидкости может превысить нормальную рабочую температуру 200 градусов по Фаренгейту менее чем за минуту.

Устойчивость к окислению и термическому разложению - важные качества масла, используемого для гидравлических муфт, из-за возможности резкого повышения температуры. Точно так же высокий индекс вязкости (VI) также полезен для предотвращения резкого снижения рабочей вязкости при резких скачках температуры и чрезмерно высокой рабочей вязкости в условиях низких температур.

В этих применениях обычно используются жидкости с низкой вязкостью, чтобы уменьшить потери мощности на тепло из-за трения жидкости. Вязкость гидравлической муфты может составлять от 2,5 до 72 сантистокс (сСт) при 40 градусах Цельсия. Для гидравлических муфт, предназначенных для работы при высоких температурах, пределы вязкости могут быть указаны на уровне 100 C.

Эти жидкости также должны противостоять пенообразованию из-за сильного волнения, вызванного движением рабочего колеса и его воздействием на лопатки рабочего колеса. Антикоррозийные свойства помогают сохранить металлические детали муфты. Жидкости на углеводородной основе в этом отношении превосходят другие жидкости, но их характеристики могут быть улучшены за счет добавок, ингибирующих ржавчину. Совместимость уплотнений также важна для длительного срока службы.

РЕКОМЕНДАЦИИ
Приемлемый срок службы любого из этих устройств можно ожидать только при правильном обслуживании. Уровни и качество смазочных материалов необходимо проверять путем периодических проверок. Для компенсации утечки может потребоваться дополнительная смазка. Периодически промывайте и меняйте смазку для удаления вредных побочных продуктов разрушения смазки, для замены смазки с пониженным содержанием масла или для обновления набора присадок. Зубчатые муфты требуют, пожалуй, самого большого ухода. Типичные интервалы повторного смазывания составляют от шести месяцев до одного года, в зависимости от серьезности применения и опыта.

Все работы по техническому обслуживанию должны выполняться с уделением особого внимания контролю загрязнения. Скользящий контакт, которому подвержены многие муфты, указывает на то, что абразивный трехкомпонентный износ, вызванный загрязнением твердыми частицами, может быть особенно разрушительным. Неправильное удаление растворителей, используемых для очистки муфт во время проверок и операций промывки, может привести к значительному вязкому разжижению смазки при эксплуатации или нежелательным реакциям с загущающими смазку материалами.

Муфты будут выносливыми, когда требования, предъявляемые к ним, уменьшатся. Считайте, что первой линией защиты является минимизация ударных нагрузок, включая резкие пуски и резкое изменение направления нагрузки. Иногда эксплуатационные требования делают это невозможным. Однако основным источником нагрузки в соединительных системах можно в значительной степени управлять. Правильная центровка считается высокоприоритетной функцией точного технического обслуживания. Используйте анализ вибрации или термографию во время работы, чтобы определить муфты, которые не выровнены, поскольку даже самые прочные основания со временем смещаются. Разумеется, проверяйте правильность центровки всякий раз, когда выполняется интрузивное обслуживание или ремонт соединенных компонентов.