Еластични съединители

Механични системиСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 5, 2011

Видове конструкции, експлоатационни особености


 Еластичните съединители са широко използвани в механичните системи при свързването на два или повече вала и за предаване на въртящ момент. Както е добре известно, всяко отклонение на вала води до нестабилна работа на съоръжението, опасност от повреди на други елементи в конструкцията, вибрации и т. н. С помощта на еластичните съединители, освен че се създава еластична връзка между валовете, се омекотяват и ударните натоварвания. Принципно, предназначението им е да намалят динамичното натоварване и демпфериране на колебания във въртящия момент. Използването им при свързване на валове позволява относително завъртане благодарение на включените в конструкцията на съединителя податливи елементи, като също така благодарение на възможността податливите елементи да се деформират в различни направления, те могат да компенсират и неточностите във взаимното разположение на валовете. Еластичните съединители са особено ефективни в реверсивните задвижвания с хлабини в кинематичната верига, пораждащи динамично натоварване при тръгване, спиране и реверсиране. С тяхна помощ може да се предотврати възможността за появяване на резонансни колебания. Еластичните съединители се причисляват към групата на неуправляемите съединители.

Две основни групи еластични съединители
В практиката се използват различни конструкции еластични съединители, които се подразделят в две основни групи, в зависимост от материала на еластичния (податливия) елемент. Едната група включва съединители с неметални еластични елементи, а другата с метални. Обикновено металните елементи имат формата на плоски, винтови или змиевидни пружини закрепени към основните елементи и деформиращи се при предаване на въртящия момент.
Съединителите с метални еластични елементи се използват предимно за предаване на големи въртящи моменти. Характеризират се със сравнително малки габаритни размери и дълъг живот на използваните еластични елементи. Те, обаче са и с по-висока себестойност. Използваните еластични елементи в тези съединители обикновено работят на усукване или огъване, което осигурява необходимата енергоемкост на съединителя, тъй като при напрегнати състояния, допускат значителни еластични премествания. Достатъчна носеща способност на съединителя, обикновено се осигурява чрез използването на значително количество еластични елементи.
Неметалните елементи се оформят като тампони, еластични втулки или по-сложни торообразни или звездообразни елементи. Обикновено като материал за еластичните елементи се използва гума, поради добрата й еластичност, голямата демпферираща способност, добрата електроизолационна способност и др. Недостатъците й са: по-малката трайност в сравнение със стоманените съединители, по-малка якост, която рефлектира в необходимостта от по-големи габарити на съединителите. Съединителите с неметални елементи се характеризират с голяма податливост. С тяхна помощ могат значително да се намалят ударните натоварвания в механичната верига. Също така те поглъщат усукващите трептения и изолират електрически валовете.

Основни характеристики
Важни характеристики на еластичните съединители се явяват статичната им характеристика, гасящата или демпфериращата способност, както и ъгловата им коравина. Статичната характеристика на съединителя описва зависимостта на деформацията (ъгълът на относително завъртане на валовете) от въртящия момент. Вложената работа за деформиране на съединителя до някакъв ъгъл се явява площта под характеристичната крива и абцисната ос. Тази работа се трансформира в потенциална енергия на деформацията на податливите елементи. При намаляване на натоварването енергията се връща обратно в механичната верига. Способността на еластичните съединители да омекотяват ударите се дължи именно на този факт. Те акумулират енергията на ударите и я връщат за по-продължителен период от време.
При металните еластични елементи, зависимостта на деформацията от въртящия момент е линейна, а при неметалните, съответно, нелинейна
Добре е да се има предвид, че при реалните конструкции деформацията на съединителя е съпроводена с триене между относително подвижните части, както и с вътрешно триене в еластичните елементи. Големината на загубите от триене определя т. нар. демпферираща способност на съединителя. Обикновено демпфериращата способност на еластичните съединители се свързва със способността им да разсейват част от акумулираната енергия в топлина за сметка на вътрешното триене в еластичните елементи. Тази способност на съединителя на практика е определяща за възможността му да поглъща енергията на усукващите трептения.
Характерно за ъгловата коравина е, че тя е константа при еластичните съединители с линейна характеристика, а при тези с нелинейна е различна във всяка една точка.

Избор на еластичен елемент
При избора на еластичен елемент е добре да се има предвид, че: еластичните елементи с равномерно обемно напрегнато състояние притежават по-голяма енергоемкост; усукването и изместването дават по-голяма енергоемкост, в сравнение с огъването и натиска; за добро решение се счита, когато еластичният елемент заема по-голяма част от обема на съединителя.
В практиката сред най-широко използваните са еластичните съединители с гумени пръстени и палци. Обикновено, за да се осигури по-дълъг живот на еластичните елементи, не се допуска несъосност на валовете по-голяма от 0,2 до 0,3 mm, а допустимата неуспоредност е по-малко от 3 градуса. Характерно за еластичните съединители с гумени пръстени и палци е, че те имат сравнително ниска енергоемкост и демпферираща способност, поради което все по-често биват измествани с други конструкции.
За еластични съединители с достатъчна енергоемкост и добра демпферираща способност се считат съединителите с торообразен еластичен елемент. По-добрите им характеристики се дължат предимно на големия относителен обем на еластичния елемент в тях, който работи на усукване и срязване. Тези съединители допускат несъвпадение на осите на въртене на валовете до 2 mm, а неуспоредност и осово изместване до 3 - 6 mm. При използването на такива съединители не е необходимо прецизно центроване на геометричните оси на водещия и водимия вал. Това облекчава извънредно много изпълнението на монтажните работи. Благодарение на гумената си шина, съединителят осигурява защита от вибрации и удар при резки натоварвания.

Избор на еластичен съединител
За да се осигури безпроблемната работа на съоръжението и дълъг експлоатационен срок на съединителя, е необходимо добро познаване както на условията, в които ще работи съединителят, така и на характеристиките на различните видове еластични съединители. Обикновено, при избора е добре да се вземат предвид видът на основното задвижване, което може да е електрически двигател, дизелов двигател и др., реалната мощност, вибрациите, разминаването на валовете, условията на околната среда и други. Също така, специалистите препоръчват еластичните съединители с метални еластични елементи да се използват в приложения, които изискват или позволяват работа в относително високи температури на околната среда при наличието на химични вещества. Подходящи са за работа с електрически двигатели и не се препоръчват за газови или дизелови. Използват се също при относително постоянни, нискоинерционни товари и други. Еластичните съединители с неметални еластични елементи от своя страна са предпочитани в приложения, изискващи или позволяващи гъвкавост при усукване; по-голяма радиална гъвкавост; по-малко тегло и по-тиха работа.
Принципно, неподходящо е всяко приложение, което би довело до бързо скъсяване на живота на съединителя. Например, при съединителите с метални еластични елементи, една преждевременна повреда на елемента, предаващ въртящия момент, често е в резултат от умора на материала, обикновено дължаща се на огъване, причинено от прекомерно отклонение на вала или непостоянни /пулсиращи/ високоинерционни товари. В еластичните съединители повреждането на елемента, предаващ въртящия момент по-често е в резултат на прекомерно загряване следствие от околната температура или от хистерезис, или от изменения в резултат на контакт с определени масла и химикали.
Обикновено в съединителя рядко настъпват повреди, но те могат да станат причина за повреди на други елементи. Съединителите създават сили, които се поемат от валовете и лагерите, което често скъсява експлоатационния живот на лагера. Някои от най-често срещаните фактори, които допринасят за по-краткия живот на лагерите, са дисбаланс в съединителя, резонансни колебания и неточности във взаимното положение на валовете.
Причина за дисбаланс в съединителя обикновено е високата скорост на въртене. От своя страна, дисбалансът може да доведе до възникването на нежелани вибрации.

ЕКСКЛУЗИВНО

Top