Khớp nối màng: Nguyên tắc làm việc, lợi ích và hướng dẫn lựa chọn

Trong một cuộc khảo sát độ rung định kỳ trên tàu nén tốc độ cao, các kỹ sư đã phát hiện thấy vận tốc tăng vọt 4,5 mm/s ở đầu truyền động động cơ. Nguyên nhân là do khớp nối bánh răng bị mòn, khô do thiếu bôi trơn. Việc thay thế nó bằng khớp nối màng ngăn sẽ loại bỏ hoàn toàn vấn đề. Khớp nối màng là khớp nối kim loại linh hoạt, không bôi trơn, có khả năng chịu được độ lệch trong khi truyền mô-men xoắn định mức tối đa. Chúng đã trở thành lựa chọn mặc định cho máy móc quay tốc độ cao, không phải vì chúng mới mà vì chúng giải quyết được các vấn đề vận hành thực tế.

Khớp nối màng là gì?

Khớp nối màng ngăn kết nối hai trục bằng một hoặc nhiều màng kim loại mỏng. Mô-men xoắn truyền từ mặt bích dẫn động qua màng uốn vào mặt bích dẫn động. Cơ hoành được thiết kế để uốn cong một cách có kiểm soát, cho phép nó hấp thụ độ lệch góc, độ lệch song song và chuyển vị dọc trục mà không có bộ phận trượt hoặc phản ứng ngược.

Không giống như khớp nối bánh răng, khớp nối màng không dựa vào răng được bôi trơn. Phần uốn kim loại hoạt động thông qua biến dạng đàn hồi nên không bị mài mòn do ma sát. Điều này mang lại một số lợi ích thiết thực:

• Không cần hệ thống bôi trơn hoặc bịt kín, giảm thiểu việc bảo trì và loại bỏ rò rỉ dầu.
• Phạm vi nhiệt độ hoạt động rộng, thường từ -40 °C đến hơn 250 °C tùy thuộc vào vật liệu.
• Truyền mô-men xoắn mượt mà không có tiếng ồn lưới răng định kỳ.
• Không có phản ứng dữ dội, làm cho chúng phù hợp với các bộ truyền động chính xác và đảo chiều.
• Độ cứng xoắn có thể dự đoán được, giúp tránh các vấn đề nghiêm trọng về tốc độ ở tàu cao tốc.

Khớp nối màng và khớp nối bánh răng: Sự khác biệt chính

Sự so sánh thường xuyên nhất trong thiết kế thiết bị quay là giữa khớp nối bánh răng và khớp nối màng. Bảng dưới đây tóm tắt những khác biệt quan trọng nhất trong dịch vụ.

Để so sánh kỹ thuật sâu hơn, hãy đọc tại sao khớp nối màng thường phù hợp hơn khớp nối bánh răng .

Thiết kế đĩa đơn, màng đôi và trục trung gian

Khớp nối màng được chế tạo theo nhiều cấu hình. Bộ phận đĩa đơn có một bộ phận uốn cong và xử lý độ lệch góc vừa phải. Khi bạn cần độ lệch song song lớn hơn hoặc tuân thủ nhiều hơn, khớp nối màng đôi sử dụng hai phần tử uốn được phân tách bằng một miếng đệm ở giữa. Đây là cấu hình công nghiệp phổ biến nhất vì nó cho phép bù cả góc và bù mà không tạo ra phản lực lớn trên vòng bi.

Khớp nối màng đôi JMII cho hộp số công nghiệp nhỏ gọn Khớp nối đĩa bằng thép không gỉ này sử dụng hai bộ phận uốn và một miếng đệm trung tâm để xử lý độ lệch góc và song song. Thiết kế nguyên khối nhỏ gọn của nó phù hợp với khoảng cách truyền dẫn ngắn trong máy bơm, máy công cụ và hệ thống tự động hóa. Xem sản phẩm →

Đối với các nhịp dài hơn giữa các máy, khớp nối màng ngăn với trục trung gian nối hai gói màng bằng một ống nhẹ. Sự sắp xếp này cho phép các kỹ sư bao quát khoảng cách lớn, giữ cho hệ thống cân bằng và giảm trọng lượng tổng thể so với trục đặc nguyên khối. Nó được sử dụng rộng rãi trong máy bơm và tàu động cơ, tháp giải nhiệt và bộ máy phát điện.

Khớp nối màng JMIJ với trục trung gian cho nhịp dài Khớp nối này nối hai gói màng ngăn với một trục trung gian nhẹ, cho phép truyền mô-men xoắn ở khoảng cách xa đồng thời giảm trọng lượng và duy trì sự cân bằng. Đó là lý tưởng cho các đoàn tàu có động cơ bơm, tháp giải nhiệt và tổ máy phát điện. Xem sản phẩm →

Cả hai thiết kế đều có chung nguyên tắc không cần bảo trì: màng ngăn kim loại uốn cong đàn hồi, trở lại hình dạng ban đầu khi dỡ tải và không bao giờ cần bôi trơn. Sự lựa chọn giữa chúng phụ thuộc vào nhịp và khả năng điều chỉnh sai lệch cần thiết.

Cách chọn khớp nối màng

Việc chọn khớp nối màng chính xác là một quá trình đơn giản nếu bạn bao gồm các dữ liệu ứng dụng sau:

• Mô-men xoắn định mức và hệ số dịch vụ - tính toán mômen truyền thực tế và áp dụng hệ số tải va đập, tần số khởi động và tốc độ.
• Tốc độ vận hành - xác minh rằng tốc độ tối đa của khớp nối có cao hơn tốc độ tối đa của máy và kiểm tra giới hạn tốc độ tới hạn đối với tàu cao tốc.
• Yêu cầu về độ lệch - xác định các chuyển vị góc, song song và dọc trục dự kiến do tăng trưởng nhiệt, độ lún nền hoặc dung sai chế tạo.
• Kích thước lỗ khoan và rãnh then - khớp lỗ khớp nối với cả hai đường kính trục; các lỗ khoan tùy chỉnh là phổ biến và phải được chỉ định theo thứ tự.
• Phong bì không gian - đo khoảng cách giữa các đầu trục và không gian xuyên tâm có sẵn.
• Môi trường - xem xét các yêu cầu về nhiệt độ, độ ẩm, tiếp xúc với hóa chất và rửa sạch. Màng ngăn và ốc vít bằng thép không gỉ có thể được chỉ định cho các khu vực ăn mòn.
• Cân bằng chất lượng — đối với các bộ truyền động tốc độ cao hoặc chính xác, hãy chỉ định cấp cân bằng chẳng hạn như G2.5 hoặc G1 theo ISO 21940.

Khi biết các thông số này, nhóm kỹ thuật có thể tính toán kích thước khớp nối bằng cách sử dụng định mức mô-men xoắn và độ lệch của nhà sản xuất. Bởi vì phần tử uốn không phải là bộ phận bị mòn nên khớp nối tương tự thường có thể được sử dụng lại trong hệ thống lắp đặt mới, miễn là các bộ điều hợp lỗ khoan và khoảng cách được xác minh.

Khớp nối màng được sử dụng ở đâu

Khớp nối màng xuất hiện ở bất cứ nơi nào có độ tin cậy và độ sạch cao. Chúng là lựa chọn tiêu chuẩn cho máy nén, máy bơm, máy phát điện, tua bin khí và các thiết bị quay tốc độ cao khác. Các ngành hóa chất, hóa dầu, hàng hải và sản xuất điện sử dụng chúng vì chúng loại bỏ rò rỉ dầu và giảm thiểu việc bảo trì ở những địa điểm xa xôi hoặc khó tiếp cận. Trong các ngành công nghiệp nặng như thép và khai thác mỏ, khớp nối màng ngày càng được sử dụng nhiều trên các bộ truyền động trước đây dựa vào khớp nối bánh răng, đặc biệt khi chi phí ngừng hoạt động cao.

Các nhà sản xuất khớp nối tùy chỉnh phục vụ những điều này lĩnh vực công nghiệp với các bộ phận được gia công bằng lỗ và cân bằng, thường được chế tạo để phù hợp với vỏ bọc hiện có mà không cần thay đổi máy móc. Khớp nối màng được chế tạo tốt có thể tồn tại trong nhiều năm mà không cần bất kỳ sự can thiệp nào ngoài việc kiểm tra trực quan định kỳ.

Những cân nhắc về lắp đặt và bảo trì

Chất lượng lắp đặt có ảnh hưởng mạnh mẽ đến tuổi thọ của màng ngăn. Phần tử flex cho phép điều chỉnh một mức độ sai lệch nhất định, nhưng nó không phải là giấy phép cho việc căn chỉnh thô. Luôn tuân theo các thực hành sau:

• Căn chỉnh trục ở nhiệt độ vận hành nếu có thể; tăng trưởng nhiệt làm thay đổi các giá trị căn chỉnh lạnh.
• Xác minh khoảng cách trục để gói màng hoạt động trong phạm vi di chuyển trục dự định của nó.
• Siết chặt các bu lông của trục và phần tử uốn theo mômen xoắn quy định của nhà sản xuất bằng cách sử dụng cờ lê mômen xoắn đã hiệu chỉnh.
• Kiểm tra các lỗ hở bu lông xem có vừa khít không; khớp nối màng rất nhạy cảm với việc kẹp bu lông không đều.
• Sau khi lắp đặt, xoay cụm từ từ và đo độ đảo ở đường kính ngoài của mặt bích.

Bảo trì định kỳ chỉ giới hạn ở việc kiểm tra màng ngăn xem có vết nứt, ăn mòn và tình trạng bu lông hay không. Không cần bôi trơn, đó là lý do tại sao nhiều người dùng chuyển đổi bất kỳ bộ truyền động khớp nối bánh răng rắc rối nào sang khớp nối màng trong quá trình đại tu.

Kết luận

Khớp nối màng mang đến sự kết hợp độc đáo giữa dịch vụ không cần bôi trơn, tuổi thọ mỏi có thể dự đoán được và hoạt động sạch sẽ. Đối với các máy tốc độ cao hoặc mô-men xoắn cao, nơi có thời gian ngừng hoạt động tốn kém, chúng trở thành giải pháp thay thế được ưu tiên cho khớp nối bánh răng. Bằng cách xác định mô-men xoắn, tốc độ, độ lệch và kích thước trục, bạn có thể chọn một bộ phận tiêu chuẩn hoặc khớp nối màng được chế tạo tùy chỉnh sẽ hoạt động đáng tin cậy trong nhiều năm. Nếu bạn đang thay thế khớp nối bị mòn trên một ổ đĩa quan trọng, việc thay đổi đơn giản sang khớp nối màng không cần bảo trì thường loại bỏ nguyên nhân gốc rễ của các lỗi lặp đi lặp lại.