Inzicht in de behoefte aan smeermiddelen voor koppelingen

In een ideale wereld zouden meerdere componenten in één stuk kunnen worden geproduceerd of perfect op elkaar zijn afgestemd en geïnstalleerd. In de echte wereld moeten afzonderlijke componenten echter ter plaatse worden samengebracht en aangesloten.

Koppelingen zijn vereist om rotatiekrachten (koppel) tussen twee aslengtes over te brengen, en ondanks de meest rigoureuze pogingen is de uitlijning nooit perfect. Om de levensduur van componenten zoals lagers en assen te maximaliseren, moet flexibiliteit worden ingebouwd om de resterende uitlijning op te vangen die overblijft nadat alle mogelijke aanpassingen zijn gemaakt. Een goede smering van koppelingen is van cruciaal belang voor hun prestaties.

Figuur 1. Soorten verkeerde uitlijning

VERKEERDE UITLIJNING
Een verkeerde uitlijning kan optreden als een offset of hoekverplaatsing op twee van de drie mogelijke assen (Figuur 1). De derde as, in de lengterichting, wordt niet vaak gemeten, hoewel fouten in deze richting kunnen leiden tot overmatige stuwkrachtbelastingen in een systeem. Voor grote installaties, zoals grote compressoren, worden draaduitlijningsmethoden gebruikt. Kleinere toepassingen hebben traditioneel de meetwaarden van de meetklokken op de rand gebruikt om verkeerde uitlijning te kwantificeren en te corrigeren, hoewel optische laserindicatoren in populariteit zijn gegroeid vanwege hun gebruiksgemak en nauwkeurigheid.

In tempobepalende onderhoudsorganisaties wordt ook gestreefd naar het compenseren van thermische groei die optreedt in apparatuur tijdens bedrijf. Alle materialen (behalve water) zetten een beetje uit bij verwarming; de hoeveelheid waarmee ze dit doen, wordt bepaald door de thermische uitzettingscoëfficiënt van het materiaal en de mate waarin het wordt verwarmd. Een machine die bij omgevingstemperatuur wordt uitgelijnd, zal in een verkeerde uitlijnpositie kruipen als de machinematerialen naar bedrijfstemperatuur stijgen of dalen.

Er worden pogingen ondernomen om apparatuur voor te verwarmen of af te koelen tot normale bedrijfsomstandigheden voordat uitlijningscontroles worden uitgevoerd. Als alternatief kunnen berekeningen van de verwachte thermische groei worden gebruikt om de aandrijflijn opzettelijk verkeerd uit te lijnen bij omgevingstemperatuur, zodat deze kan uitgroeien tot uitlijning. Welke voorzorgsmaatregelen er ook worden genomen om de uitlijning zo nauwkeurig mogelijk te maken, er zal onvermijdelijk een zekere hoeveelheid resterende uitlijning achterblijven. Een verkeerde uitlijning dwingt starre machinecomponenten zoals assen om door te buigen om effectief uitgelijnd te worden. Deze doorbuiging belast de componenten, veroorzaakt trillingen en verdeelt hogere en ongelijkmatige belastingen op de constructies die deze elementen ondersteunen, zoals lagers. Deze vormen een belasting voor energieverspilling en kunnen de levensduur en betrouwbaarheid van de apparatuur drastisch verminderen.

Goed ontworpen koppelingen kunnen uitlijningskrachten absorberen, zodat duurdere, kritische en gevoelige componenten kunnen worden bespaard. Hoewel roterende assen stevig lijken, zijn de lagers die ze ondersteunen enkele van de meest gevoelige precisiecomponenten in de aandrijflijn.

Figuur 2. Tandwielkoppelingen

SOORTEN KOPPELINGEN
Koppelingsontwerpen kunnen worden onderverdeeld in vier hoofdcategorieën, elk met verschillende specifieke ontwerpen. Massieve en magnetische koppelingen behoeven geen smering, maar zijn hier voor de volledigheid bijgevoegd. Massieve koppelingen zijn fundamenteel stijve constructies die een verkeerde uitlijning niet compenseren, maar die het mogelijk maken om twee assen met elkaar te verbinden om het koppel over te brengen. Geboute naven die op assen zijn vastgezet, zijn een voorbeeld van een machine met magnetische koppelingen. Dankzij magnetische koppelingen kunnen assen die niet in direct contact staan ​​met elkaar worden aangedreven met behulp van krachtige permanente of elektrische magneten. Een afgedichte magnetische aandrijfpomp is een bekend voorbeeld.

Andere koppelingstypen zijn flexibele koppelingen en vloeistofkoppelingen. Veel flexibele koppelingen maken gebruik van flexibele metalen, rubberen of plastic elementen met een vaste positie, zoals schijven of bussen, die met de assen meedraaien en verkeerde uitlijning absorberen. Ontwerpen van dit type vereisen geen smering. Andere, zoals tandwielen, kettingen, roosters en kruiskoppelingen, vereisen smering voor prestaties en een lange levensduur. Vloeistofkoppelingen omvatten koppelomvormers en koppelvermenigvuldigers. Deze koppelingen zijn gevuld met smeervloeistoffen die afhankelijk zijn van de vloeistof om koppel over te brengen.

Figuur 3. Kettingkoppelingen

FLEXIBELE KOPPELINGEN
Tandwielkoppelingen (Figuur 2) compenseren voor verkeerde uitlijning via de speling tussen tandwieltanden. Op de as gemonteerde externe tandwieltanden op beide assen passen bij de interne tandwieltanden op een behuizing die een smeermiddel bevat. Andere ontwerpen monteren externe tanden op slechts één as, passend bij interne tanden die op de andere as zijn gemonteerd. Versnelling of vertraging kan resulteren in botsingen tussen tandwieltanden als gevolg van speling van de speling die wordt opgenomen aan weerszijden van tandwieltanden. Een verkeerde uitlijning zal resulteren in een glijdende relatieve beweging over parende tanden wanneer ze door elke omwenteling gaan.

Kettingkoppelingen (Figuur 3) werken op dezelfde manier als tandwielkoppelingen. Tandwielen aan elk aseinde zijn verbonden door een rollenketting. Speling tussen componenten en speling bij het koppelen van de ketting aan de tandwielen compenseren de verkeerde uitlijning. Het laden is vergelijkbaar met dat van tandwielkoppelingen.

Externe roosterkoppelingen (Figuur 4) gebruiken een gegolfd stalen rooster dat buigt om te compenseren voor belasting veroorzaakt door verkeerde uitlijning. Gegroefde schijven die aan de uiteinden van elke as zijn bevestigd, huisvesten het rooster, dat het koppel ertussen overbrengt. Er ontstaat een glijdende beweging met een lage amplitude tussen het rooster en de groeven wanneer het rooster onder belasting vervormt, op sommige plaatsen breder wordt en op andere bij elke omwenteling smaller wordt.

Kruiskoppelingen worden gebruikt voor maximaal toelaatbare scheefstelling tot 20 tot 30 graden, afhankelijk van het ontwerp. Ze worden veel gebruikt voor de aandrijfassen van voertuigen om de wielen mee te laten bewegen met het veersysteem. Kruiskoppelingen gebruiken een onderdeel met vier assen, de spin genaamd, om twee assen te verbinden die in een rechte hoek eindigen in jukken of knokkels (Figuur 5). Elk van de vier spintappen wordt ondersteund door een lager of bus in een van de knokkels, die articulatie mogelijk maken.

Figuur 4. Netkoppeling

FLEXIBELE KOPPELINGSSMEERMIDDELEN
Zowel smeeroliën als vetten kunnen worden geselecteerd om flexibele koppelingen te smeren. Tenzij specifiek aangegeven door de ontwerper van de koppeling, zijn koppelingen voor de meeste industriële componenten vetgesmeerd. Koppelingscomponenten worden voornamelijk beschermd door een oliefilm die uit de vetverdikkingsmiddel bloedt en in de laadzone sijpelt.

Gesmeerde flexibele koppelingen vereisen bescherming tegen de relatieve beweging met lage amplitude die ontstaat tussen componenten. Andere zorgen zijn onder meer centrifugale spanning op het smeermiddel (met name vet), waardoor de olie voortijdig van het verdikkingsmiddel wordt gescheiden, slechte olieverdeling in de behuizing en olielekkage uit de behuizing.

De lage amplitude, articulatiesnelheid en neiging van de beweging naar een glijdende in plaats van rollende actie remt de ontwikkeling van hydrodynamische (volledige film) smering. Vetten gemaakt met hoogviskeuze basisoliën, anti-scuff (EP) en metaalbevochtigingsmiddelen worden aanbevolen om de grensvoorwaarden (gemengde film) te overwinnen die vaak voorkomen in flexibele koppelingen. Hoge olieviscositeit vertraagt ​​ook de lekkage.

Centrifugaalkrachten in flexibele koppelingen kunnen extreem zijn en groter worden naarmate de afstand tot de rotatie-as toeneemt. Zelfs koppelingen van gemiddelde grootte kunnen krachten genereren die duizenden keren groter zijn dan de zwaartekracht (aangeduid als Gs). Vetproducenten hechten veel waarde aan formuleringen die bestand zijn tegen voortijdige scheiding van olie en verdikkingsmiddel vanwege de hoge G-krachten.

Figuur 5. Kruiskoppeling

VLOEISTOFKOPPELINGEN
Vloeistofkoppelingen brengen het momentum over van de ingaande as naar een vloeistof en vervolgens naar de uitgaande as bij het overbrengen van koppel. Een verkeerde uitlijning wordt alleen opgevangen door spelingen tussen de bewegende delen. De kleine spelingen bieden niet veel ruimte voor fouten in de uitlijning. Het is echter mogelijk om schokbelasting en hoge startbelastingen effectief te compenseren, aangezien er geen solide verbinding is tussen ingaande en uitgaande assen.

In vloeistofkoppelingen versnelt een waaier die aan de ingaande as is bevestigd de vloeistof in de koppeling terwijl deze draait, net zoals in een centrifugaalpomp. Deze vloeistof raakt vervolgens de schoepen van de runner van de uitgaande as, waardoor het momentum wordt overgedragen naarmate de runner versnelt. Het zal versnellen totdat het de snelheid van de ingaande as nadert, maar zal het nooit echt bereiken. Het verschil in snelheid tussen de ingaande en uitgaande assen staat bekend als slippen. Natuurlijk moeten wrijvings- en viskeuze weerstand worden overwonnen voordat de uitgaande as kan draaien. De minimale invoersnelheid die voor deze toestand vereist is, staat bekend als de overtreksnelheid. Apparatuur met grote statische belastingen, zoals een stoom- of gasturbine, zou een vloeistofkoppeling gebruiken om de initiële spanning op de aandrijfas te minimaliseren.

Schokbelastingen aan de ingangszijde, zoals het startkoppel, worden nooit gecreëerd. De snelheid van de ingaande as wordt nooit beperkt. Wanneer de overtreksnelheid wordt overschreden, zal de uitgaande as beginnen te versnellen, maar zal dit met een beperkte snelheid doen vanwege het traagheidsmoment (weerstand tegen hoekversnelling). Er ontstaat slip wanneer de hardloper versnelt naar de snelheid van de invoer, waarbij overtollige energie wordt afgevoerd door middel van viskeuze warmteontwikkeling in de vloeistof. Schokbelastingen aan de uitgangszijde zullen op dezelfde manier worden afgevoerd, zelfs als de uitgaande as volledig zou afslaan.

Koppelomvormers en vermenigvuldigers zijn speciale toepassingen van vloeistofkoppelingen waarmee het ingangskoppel kan worden gewijzigd vóór de transmissie. Deze ontwerpen werken in principe volgens dezelfde principes, maar zijn mechanisch veel complexer.

VLOEISTOFKOPPELINGSMIDDELEN
De dissipatie van energie die vloeistofkoppelingen zo tolerant maakt voor schokbelasting, creëert het potentieel voor snelle en extreme stijgingen van de vloeistoftemperatuur. De energie die wordt gedissipeerd tijdens stall en slip wordt omgezet in warmte door de viskeuze afschuiving van de vloeistof (vloeistof interne wrijving). Bij extreme toepassingen kan de vloeistoftemperatuur in minder dan een minuut boven de normale bedrijfstemperatuur van 200 graden Fahrenheit stijgen.

Oxidatie- en thermische degradatieweerstand zijn belangrijke eigenschappen van olie die wordt gebruikt voor vloeistofkoppelingen vanwege het potentieel voor drastische temperatuurstijgingen. Evenzo is een hoge viscositeitsindex (VI) ook nuttig om ernstige verlagingen van de bedrijfsviscositeit bij temperatuurpieken en een te hoge bedrijfsviscositeit bij lage temperatuur te voorkomen.

Vloeistoffen met een lage viscositeit worden gewoonlijk gebruikt in deze toepassingen om het vermogen dat verloren gaat aan warmte als gevolg van vloeistofwrijving te verminderen. Vloeistofkoppelingsviscositeiten kunnen bij 40 graden Celsius tussen 2,5 en 72 centistokes (cSt) liggen. Voor vloeistofkoppelingen die ontworpen zijn om bij hoge temperaturen te werken, kunnen viscositeitslimieten worden gegeven bij 100 C.

Deze vloeistoffen moeten ook bestand zijn tegen schuimvorming vanwege de ernstige agitatie die wordt veroorzaakt door de beweging van de waaier en de impact ervan op de loopschoepen. Roestbeschermende eigenschappen helpen de metalen onderdelen van de koppeling te behouden. Vloeistoffen op koolwaterstofbasis zijn in dit opzicht superieur aan andere vloeistoffen, maar hun prestaties kunnen worden verbeterd door roestremmende additieven. Compatibiliteit met afdichtingen is ook belangrijk voor een lange levensduur.

AANBEVELINGEN
Van al deze apparaten kan alleen een acceptabele levensduur worden verwacht als het juiste onderhoud wordt uitgevoerd. Smeermiddelniveaus en -kwaliteit moeten worden geverifieerd door middel van periodieke controles. Er kan extra smeermiddel nodig zijn om lekkage te compenseren. Spoel en vervang het smeermiddel regelmatig om schadelijke bijproducten van de afbraak van smeermiddel te verwijderen, om oliearm vet te vervangen of om de additievenpopulatie te verversen. Tandwielkoppelingen vergen misschien wel het meeste onderhoud. Typische nasmeerintervallen zijn zes maanden tot een jaar, afhankelijk van de ernst van de toepassing en ervaring.

Alle onderhoudstaken moeten worden uitgevoerd met aandacht voor contaminatiecontrole. Het glijdende contact waar veel koppelingen last van hebben, geeft aan dat schurende drie-lichaamsslijtage veroorzaakt door deeltjesverontreiniging bijzonder schadelijk kan zijn. Onjuiste verwijdering van oplosmiddelen die worden gebruikt om koppelingen te reinigen tijdens inspecties en spoelwerkzaamheden kan leiden tot een aanzienlijke viskeuze verdunning van het smeermiddel tijdens bedrijf of nadelige reacties met vetverdikkende materialen.

Koppelingen zullen blijven bestaan ​​wanneer de eisen die eraan worden gesteld worden verminderd. Beschouw de eerste verdedigingslinie als het minimaliseren van schokbelasting, inclusief harde starts en plotselinge belastingomkeringen. Soms maken operationele eisen dit onmogelijk. De belangrijkste bron van belasting in koppelingssystemen kan echter grotendeels worden gecontroleerd. Een goede uitlijning wordt beschouwd als een hoge prioriteit, precisie-onderhoudsfuncties. Gebruik trillingsanalyse of thermografie tijdens bedrijf om koppelingen te identificeren die niet zijn uitgelijnd, aangezien zelfs de stevigste funderingen in de loop van de tijd verschuiven. Controleer zeker de juiste uitlijning wanneer er ingrijpend onderhoud of reparaties worden uitgevoerd aan de gekoppelde componenten.