Ilu z nas spotkało się z tym dylematem? Zanim omówimy modele sprzęgieł odpowiednich do połączeń silnika z enkoderem, należałoby objaśnić same enkodery.
Enkodery z własnym łożyskowaniem dzielimy ze względu na rodzaj wykonania na dwa typy: enkodery z normalnym wystającym wałkiem i enkodery z tuleją. Wewnątrz mogą one być zbudowane zupełnie podobnie, natomiast główna różnica polega na zamontowaniu. Enkodery z wałkiem są zakładane na swego rodzaju kołnierz, a wałek zostaje połączony z wałkiem (np. za pomocą sprzęgła).
Enkodery tulejowe natomiast są montowane bezpośrednio na wałku, który ma być kontrolowany, a obudowa jest trwale połączona z otoczeniem. Poniżej przytaczamy dla ułatwienia opis enkodera z silnikiem elektrycznym, jednakże opisane reguły mają zastosowanie uniwersalne.
Enkoder z wałkiem
Jeśli podłączamy enkoder z wystającym wałkiem do wałka silnika, niezbędne jest elastyczne (giętkie) połączenie, ponieważ instalacja nigdy nie jest perfekcyjna. Nawet gdyby tak było, to musielibyśmy wtedy używać elastycznego sprzęgła. Łożyska enkodera są osiowo naprężone, więc nie ma luzu osiowego, ani promieniowego. Natomiast wałek silnika posiada nieznaczny luz, co daje mu pewną swobodę ruchu. Tak więc przy absolutnie sztywnym sprzęgle rotor silnika byłby zawieszony na impulsatorze, a ten nie został skonstruowany dla takiego obciążenia. Sprzęgło musi wyrównywać następujące różnice między wałkiem napędu i wałkiem impulsatora:
– osiowe błędy montażowe, osiowy luz i przesunięcia osiowe
– promieniowe błędy montażowe, promieniowy luz i promieniowe przesunięcia
– odchyłki kątowe między wałami
Wyrównanie osiowe można wykonać często w prosty sposób, podczas montażu. Problemy, które się ewentualnie tutaj pojawiają, powstają, w wyniku tego, iż wałki napędzające często wykazują luz osiowy i poruszają się pod wpływem obciążenia zewnętrznego i rozszerzalności cieplnej. W dużych silnikach takie ruchy mogą wynosić, nawet kilka milimetrów. Sprzęgło musi umożliwiać takie ruchy. Sprzęgieł bez luzu używa się najwyżej do 0,3mm luzu. W przypadkach ekstremalnych trzeba używać sprzęgła z wieloklinem.
Wyrównanie promieniowe jest często trudniejsze do przeprowadzenia, a występujące różnice są trudne do skompensowania przez sprzęgło. Poza tym sprzęgło jest obciążane podczas każdego obrotu wałka, a to oznacza, że ilość cyklów szybko rośnie i może prowadzić do złamań lub uszkodzeń zmęczeniowych w elementach sprężystych. Przy dużych odchyłkach promieniowych sprzęgło powinno być długie, a wtedy może przyjmować na siebie praktycznie dwa przeciwległe odchylenia kątowe. Jeżeli nie chcemy, aby znacząco zmniejszyła się żywotność, to sprzęgła dla aktualnie używanych enkoderów skrętowych mogą wyrównywać co najwyżej odchyłki promieniowe max. 0,1mm.
Odchyłki kątowe zwykle można utrzymać w niewielkim przedziale, w zwykłej instalacji nie stanowią one dużego problemu. Jednakże odchyłka kątowa „zainstalowana” podczas montażu, może łatwo doprowadzić do odchyłek promieniowych sprzęgła.
Sprzęgło giętkie musi wyrównywać nie tylko w/w odchyłki, ale również przenosić prawidłowo ruchy w płaszczyźnie kąta skrętu. W zależności od wymaganej dokładności, potrzeba wybrać odpowiednie sprzęgło dla każdego rodzaju pracy. Wymagania w pewnej stopniu wzajemnie sobie przeczą. Musimy tutaj rozważyć możliwości i szukać kompromisów. Sprzęgło powinno być np. tak miękkie, jak to możliwe, aby przy niewłaściwym ustawieniu nie występowały zbyt duże siły; równocześnie jednak powinno być sztywne i odporne na skręt, aby dokładnie przenosić kąty. Szczególnie w przypadku, kiedy sprzęgło służy do ustalania położenia „pozycjonowania”, wtedy nie może wykazywać luzu.
Enkoder z tuleją
W przypadku enkodera z tuleją, wałek tulei jest sztywno połączony z wałkiem silnika. Sporadyczne różnice są kompensowane poprzez elastyczne zawieszenie obudowy enkodera na pokrywie silnika. Takie zawieszenie zapobiega rotacji enkodera, ale w pozostałych kierunkach jest giętkie. Jedną z używanych metod jest zastosowanie wspornika reakcyjnego z przegubami kulowymi na obydwu końcach – ten wspornik umieszcza się między obudową impulsatora i obudową silnika. Daje on sporą swobodę osiową, jest krótki i łatwy w montażu. Jeżeli jednak stawia się wysokie wymagania dotyczące dokładności, to wymagane jest dobre centrowanie wałka adaptera (odchyłka ruchu obrotowego poniżej 0,1mm) i możliwie duży kąt dla punktu zawieszenia wspornika. Jeżeli centrowanie nie jest prawidłowe, to występuje cyklicznie zmieniający się błąd kątowy.
Sprzęgło do enkodera z silnikiem – dobór
Czy jest najlepsze lub najczęściej stosowane sprzęgło do połączenia silnika z enkoderem? Odpowiedź nie jest taka jednoznaczna.
Nie można powiedzieć, że któreś sprzęgło jest najlepsze, otóż każde znajduję inne zastosowanie.
Wymienić możemy dwa najpopularniejsze rodzaje sprzęgieł, używanych do połączenia silnika z enkoderem:
– Sprzęgło mieszkowe
– Sprzęgło helikalne
Przyjrzyjmy się więc pierwszemu ze sprzęgieł
Sprzęgło mieszkowe
Rysunek 1 Sprzęgło mieszkowe model BKL z oferty sklepu EBMiA.pl
Zalety sprzęgła mieszkowego ukryte są w detalach. Jeżeli element sprężysty zostanie uszkodzony, dwa wewnętrzne uchwyty utrzymują połączenie z wałkiem, zapewniając kontynuację pracy. Tak jak standardowe sprzęgła przeznaczone jest ono do korekcji błędów kątowych pomiędzy enkoderem a silnikiem oraz do kompensacji przesunięć osiowych oraz promieniowych.
W celu zapewnienia bezpiecznego i trwałego połączenia sprzęgło wykonano w całości ze stali nierdzewnej. Dzięki temu może ono wytrzymać duże drgania i uderzenia. Również jego szeroki zakres temperatury pracy w zakresie 30°C…+120°C przyczynia się do niezawodności i solidności. Sprzęgło może skompensować błędy kątowe 3°, promieniowe przesunięcia ±0,3 mm oraz osiowe przesunięcia ±0,45 mm. Wszystko to sprawia, że sprzęgło mieszkowe, jest chętnie wykorzystywane do połączenia osi enkodera z osią obiektu. Jeżeli poszukujemy szerokiego asortymentu, wizyta na stronie ebmia.pl – sprzęgła mieszkowe gwarantuję nam bogatą możliwość wyboru.
Rysunek 2 Sprzęgło mieszkowe Toolflex
Sprzęgło helikalne
Rysunek 3 Rysunek techniczny sprzęgła helikalnego
Sprzęgło helikalne aluminiowe wykonane jest z jednego kawałka aluminium, zapewnia dużą trwałość przy małym momencie bezwładności i relatywnie dużym przenoszonym momencie. Parametry zwoju helikalnego i grubość ścian jest dobrana w taki sposób, aby zapewnić mały kinematyczny błąd przeniesienia przy dużej elastyczności w pozostałych kierunkach. Przetworniki optoelektroniczne i potencjometryczne obrotowe powinny być montowane do wału obiektu za pomocą elastycznego sprzęgła. Sprzęgło elastyczne niweluje nieosiowość montażu (przestawienie wzdłużne, promieniowe, osiowe) lub bicie wału. Ich używanie zwiększa trwałość łożysk przetworników.
Rysunek 4 Sprzęgło helikalne z aluminium RB
Taka konstrukcja pozwala na zastosowanie sprzęgieł w niewielkich maszynach oraz urządzeniach, gdzie niezbędne jest precyzyjne przenoszenie momentu obrotowego i kompensacja braku współosiowości wału, wynikająca z niedokładności montażowych lub braku sztywności układu.
Sklep EBMiA.pl posiada w swoim asortymencie świetnej jakości sprzęgła SCT , SCP z tworzywa oraz sprzęgła RB
W kolejnych artykułach opisaliśmy:
Sprzęgło zębate – co to jest, budowa, rodzaje, zastosowanie
