rugalmas tengelykapcsolók összehasonlító vizsgálata

SZAKDOLGOZAT

Rugalmas tengelykapcsolók összehasonlító

vizsgálata

Böszörményi Péter

G4BGf

Miskolc, 2012

Rugalmas tengelykapcsolók összehasonlító vizsgálata

2

Szakdolgozat feladatkiírása

A feladat címe: Rugalmas tengelykapcsolók összehasonlító vizsgálata

A feladat részletezése:

1. A tengelykapcsolók feladatának ismertetése, a különféle típusok

rendszerezése.

2. A rugalmas elemeket tartalmazó tengelykapcsolók bemutatása.

3. Az egyes típusok összehasonlítása a terhelhetőségük és a beállítási hibákat

kompenzálási képességük alapján.

4. Javaslattétel arra, hogy az egyes típusokat milyen üzemelési körülmények

között célszerű alkalmazni.

A tervezésvezető neve és munkahelye: Dr. Szente József egyetemi docens

Miskolci Egyetem Gépelemek Tanszéke


3

Tartalomjegyzék

1. Bevezetés 4. oldal

2. Történelmi áttekintés 5. oldal

3. A tengelykapcsolók rendszerezése 8. oldal

4. Rugalmas tengelykapcsolók 16. oldal

5. Rugalmas tengelykapcsoló típusok összehasonlítása 29. oldal

6. Javaslattétel az egyes típusok üzemeltetésére 42. oldal

Összefoglalás 48. oldal

Summary 49. oldal

Forrásjegyzék 50. oldal


4

1. Bevezetés

A szakdolgozatom célja a rugalmas tengelykapcsolók bemutatása, azok

összehasonlító vizsgálata, majd abból a tanulságok levonása után javaslattétel a

használatukra. A következőkben, ezeket kiegészítve egy történelmi áttekintés után

rendszerezem a leggyakrabban alkalmazott tengelykapcsoló típusokat. Ezt követően

a rugalmas elemeket tartalmazó tengelykapcsolókat mutatom be részletesebben,

sorra veszem az előnyekeit, hátrányaikat, valamint megvizsgálom a kialakításukból

fakadó tulajdonságaikat. Ezek után tulajdonságokra lebontva, azok szerint

táblázatosan, és szövegesen is megvizsgálom, és összehasonlítom a különböző

megoldásokat, amelyhez a Siemens-Flender cég által gyártott tengelykapcsoló

megoldásokat veszem alapul. Ennek oka az, hogy meglátásom szerint az említett

gyártó termékpalettája kellőképpen lefedi a lehetséges rugalmas tengelykapcsoló

megoldásokat, így kaphatom a legtisztább képet a vizsgálatomhoz. Ezeket követően

záró fejezetként, a konzekvenciákat levonva ajánlást teszek az ismertetett típusok

üzemeltetésére.


5

2. Történelmi áttekintés

A tengelykapcsoló a legrégebbi megfogalmazás szerint két tengely

nyomatékátvitelre alkalmas kapcsolatát megvalósító gépelem, szerkezet. Ennek a

feltételnek a mai napig minden kapcsolószerkezet eleget tesz, de a merev

tengelykapcsolókat kivéve, minden egyéb típusnak más-más célszerű sajátossága is

van.

Ha a tengelykapcsoló fejlődésének történetét kutatjuk, és megjelenésének,

kialakulásának körülményeit szeretnénk tisztázni, feltevésekre vagyunk kényszerítve.

Az első formák ugyanis a forgómozgás széleskörű ipari alkalmazásakor

szükségszerűen adódtak, például amikor a gőzgépek magas teljesítményét a

gyárüzemek felé transzmisszió-rendszerrel osztották szét. A műhelycsarnokok teljes

egészén végigfutó transzmissziótengelyt 6-8 méteres darabokból kellett összeállítani,

és ezek összekapcsolását legegyszerűbben a tengelyre merőleges, vagy ráilleszkedő

sík mentén osztott elemekkel lehetett megvalósítani (2.1. ábra). Ilyen elven

szerkesztették a tárcsás, valamint a héjas (2.2. ábra) tengelykapcsolókat [2].

Az első héjas tengelykapcsolót von Josten publikálta 1859-ben. A tárcsás

tengelykapcsoló előnyeit már akkor felismerték. Ezek a típusok máig fennmaradtak,

korszerűbb alakjukban.

2.1. ábra. Transzmissziós rendszer

2.2. ábra. Héjas tengelykapcsoló


6

A kiegyenlítő kapcsolók közül már 1860 körül megjelent az Oldham-féle

kapcsoló (2.3. ábra)– amely alakilag napjainkig nem változott egyszerűsége miatt –

valamint a kardáncsukló (2.4. ábra), amely főleg a gépjárműipar igényei miatt

rendkívüli módon, és ütemben kifejlődött.

2.3. ábra. Oldham-féle tengelykapcsoló 2.4. ábra. Kardáncsukló

A tengelyek állandó jellegű kapcsolása mellett a merev tengelykapcsolók

fontos hiányossága volt a hajtott oldal üzem alatti időszakos ki- és bekapcsolása. A

kikapcsolást eleinte körmös kapcsolóval oldották meg, ekkor azonban az

újraindításhoz le kellett állítani a hajtóművet, mivel csak álló helyzetben lehetett

bekapcsolni. Erre adott megoldást a szíjhajtás: A transzmissziós tengelyekre szíjakkal

kapcsolták az egyes hajtott elemeket, amelyeket laza, és ékelt szíjtárcsa

kombinációjával kapcsolták tetszőlegesen ki- és be, amíg a hajtómű tengelye tovább

foroghatott megállítás szükségessége nélkül.

A nehézkes szíjáttolás helyett már 1858-ban kísérletezni kezdtek új kapcsolási

módszerekkel, melynek következtében kialakult a kúpos kapcsoló, amely egyszerű

formájában ma már csak ritkán fordul elő, viszont alapelve sok korszerű kapcsolónál

megtalálható. Az egykúpos változat hátrányát, hogy a kúpok összeszorításához

állandó erőt kell kifejteni, kettős kúppárral és rugós szorítással küszöbölték ki. A

kúpos elempárokat röviddel később forradalmi újításokkal váltották ki; a tárcsás, és a

lemezes tengelykapcsolókkal, amelyek a tengelyre merőleges súrlódó felületekkel

kapcsolódtak. Ennek a feltalálója Thomas Weston, a kapcsoló elvét 1868-ban

publikálta. Kapcsolójában a beépített rugók állandó erővel szorítják össze a

lemezeket, a kikapcsolás pedig ennek ellenében jön létre. Ezek, azaz a lemezes és

tárcsás tengelykapcsolók jelenleg a legfontosabb, és leggyakrabban használt típusok

a gép- és járműiparban [2].


7

Az 1850-es évektől megindult ipari fejlődés egyre több és több új konstrukciót

szült a tengelykapcsoló gyártásban is. A sokféle típus között már a századfordulón

megjelent egy-egy olyan is, amelynek a hajtásmechanikájában mutatkozó jó

tulajdonságait csak az 1930-as évektől kezdik igazán fölfedezni. Ezek a rugalmas

tengelykapcsolók.

Kezdetben a rugalmas tengelykapcsoló elem főként bőr volt, de fokozatosan

megjelentek a különféle gumielemek, kiszorítva a bőrt, mint rugalmas

kapcsolóelemet (2.5, 2.6. ábra) [2].

2.5. ábra. Gumielemekkel ellátott (gumidugós) rugalmas tengelykapcsoló

2.6. ábra. „Duplex” gumigyűrűs tengelykapcsoló


8

3. A tengelykapcsolók rendszerezése

A tengelykapcsolók feladata két tengelyvég összekapcsolásával a teljesítmény-

és nyomatékátvitel. Ha a tengelyek közötti kapcsolat a tengelykapcsolóval nem

szüntethető meg, akkor állandó kapcsolású, vagy nem kapcsolható

tengelykapcsolókról, ha viszont a kapcsolat velük időszakosan megszakítható, majd

ismét létrehozható, kapcsolható vagy oldható tengelykapcsolókról beszélünk.

Manuálisan Biztonsági Centrifugális Szabadonfutó

kapcsolható tengelykapcsolók tengelykapcsolók tengelykapcsolók

[3]

TENGELYKAPCSOLÓK

Állandó kapcsolású

tengelykapcsolók

Kapcsolható

tengelykapcsolók

Merev Rugalmas Külsőleg

szabályozott

Nyomaték-

kapcsolású

Fordulatszám-

kapcsolású

Forgásirány-

szabályzott

Súrlódó

tengelykapcsolók

Kényszer-

tengelykapcsolók

Torziósan

merev

tengely-

kapcsolók

Torziósan

rugalmas

tengely-

kapcsolók

Magas

rugalmasságú

tengely-

kapcsolók

Hidrodinamikus

tengelykapcsolók,

Elektromágneses

tengelykapcsolók,

Mechanikus

tengelykapcsolók


9

Az állandó kapcsolatú tengelykapcsolók lehetnek merev

tengelykapcsolók, amelyek két, pontosan egy vonalba eső tengelyvonalú tengelyvég

között tartanak elmozdulás- és elfordulás-mentes merev kapcsolatot, valamint

kiegyenlítő kapcsolók, amelyek lehetővé teszik a tengelyvégek egymáshoz

viszonyított kismértékű elmozdulását, például a hőtáguláskor bekövetkező

hosszirányú eltolódást, vagy kiegyenlítik a tengelyvégek egytengelyűségi és

párhuzamossági hibáit, vagy kisebb szögeltéréseit. A kiegyenlítő kapcsolók a

tengelyvégek egymáshoz viszonyított elcsavarodása szempontjából lehetnek teljesen

merevek, vagy rugalmasak, amelyek lökésszerű igénybevételek, illetve a hajtó- vagy

a hajtott gép oldaláról fellépő nyomatékingadozások hatására bizonyos,

meghatározott mértékű elcsavarodást megengednek, és a torziós lengéseket is

csillapítják. [2]

A merev tengelykapcsolók, mivel a két tengelyvéget mereven,

elcsavarodás-mentesen kapcsolják össze, csak lökésszerű igénybevételektől mentes,

és kis nyomatékingadozású hajtásnál alkalmazható. Legismertebb fajtái a tokos, a

tárcsás, a héjas és a homlokfogazatú tengelykapcsoló.

A tárcsás tengelykapcsolók (3.1. ábra) a nyomatékot a két tárcsafél

homlokfelületén ébredő súrlódással viszik át. A z számú csavar által kifejtett Fn erő

esetén a tárcsák között:

Fsz = zFnμ

súrlódási erő ébred. A súrlódó felületek rm közepes sugarával számolva az átvihető

nyomaték:

Ts = Fszrm = zFnμrm,

amelynek nagyobbnak kell lennie, mint az átvivendő T nyomaték. A Ts ≥ T feltételből

a csavarok által létrehozott szorítóerő:

Fn ≥ T / zμrm .

3.1. ábra. tárcsás tengelykapcsolók


10

A héjas tengelykapcsolók szintén erőzárással, súrlódással viszik át a

nyomatékot.

3.2. ábra. Héjas tengelykapcsoló

A 3.2 ábra szerinti tengelykapcsoló feleket vékony hézaglemezzel beállítva a

kívánt, pontos méretet a csavarok meghúzásával rögzítik a tengelyvégekre. A

nyomatékátvitel súrlódással történik, de biztonsági okokból általában reteszt is

alkalmaznak. A balesetek elkerülése végett a héjas tengelykapcsolót lemezköpennyel

veszik körül. A héjas tengelykapcsolókat általában közlőműtengelyeken alkalmazzák,

könnyen fel- és leszerelhetők, de csak azonos átmérőjű tengelyek

összekapcsolásához lehet alkalmazni.

A tokos tengelykapcsolóknál (3.3. ábra) az összekapcsolandó tengelyvégekre

illeszthető csőszerű tok, amely rendszerint öntöttvasból készül, a tengelycsapokhoz

ékkel, retesszel, nyírócsappal, belső bordázattal kapcsolódik. [2]

3.3. ábra. Tokos tengelykapcsoló


11

A kiegyenlítő tengelykapcsolókat akkor alkalmazzuk, ha a tengelyvégek

egymáshoz képest elmozdulhatnak, pl. a felmelegedés hatására bekövetkező

hosszirányú megnyúlás miatt vagy a tengelyvonalaik nem esnek pontosan egy

vonalba, hanem egymáshoz képest párhuzamosan eltolódnak, egymással bizonyos

szöget zárnak be. Ezek a tengelykapcsolók az elcsavarodás szempontjából

tulajdonképpen merev kapcsolatot biztosítanak, tehát a nyomatékingadozást

csillapítás nélkül továbbítják egyik tengelyről a másikra. Az ilyen típusú kiegyenlítő

tengelykapcsolók az alakzáró tengelykapcsolók csoportjába tartoznak, mivel a

nyomatékátvitelt egymáson elcsúszó elemek, pl. körmök, fogak, csúszóvezetékek

vagy csapágyperselyekben ágyazott csapok, csuklók valósítják meg. A méretezés

szempontjából a megengedett felületi nyomás a mértékadó [2].

Hosszirányú elmozdulások kiegyenlítésére az egyszerű körmös

tengelykapcsolót (3.4. ábra), esetleg megfelelő illesztésű agyakkal rendelkező bordás

vagy poligon tengelyeket alkalmaznak.

Párhuzamos, de excentrikusan elhelyezkedő tengelyek esetén ha az

excentricitás kicsi, az oldham-tengelykapcsoló alkalmazható (3.5. ábra). Nagyobb

eltérések esetén azonban már kardáncsuklókkal (3.6, 3.7. ábra) ellátott tengelyeket

kell beépíteni.

3.4. ábra. Körmös tengelykapcsoló [5]

3.5. ábra. Oldham-féle tengelykapcsoló [5]


12

3.6. ábra. Kardáncsukló szerkezeti rajz [5]

3.7. ábra. Kardáncsukló


13

A tengelyek tisztán szögirányú hibáinak kiegyenlítésére még nagyobb

szögeltérések esetén is a kardáncsukló néven ismert keresztcsuklós vagy

gömbcsuklós tengelykapcsolók a legalkalmasabbak. Beépítésükkor azonban

figyelembe kell venni azt, hogy az 1. tengely állandó ω1 szögsebessége mellett a 2.

tengely ω2 szögsebessége nem állandó, hanem változó lesz. A szögsebesség

változása annál nagyobb, minél nagyobb a β kitérési szög [1].

A grafikonon β a szöghiba, γ1 az 1. tag elfordulási szöge.

A tengelyek elfordulási szögeit γ 1-gyel és γ 2-vel jelölve az elfordulási szögekre

és a szögsebességek arányára a következő egyenletek írhatók fel:

tg γ2 = tg γ1 cos β

tg (γ2- γ1) = – tg γ1(1-cos β) / (1 + tg2 γ2 sin2 β)

ω2 / ω1 = cos β / (1 – sin2 γ1 sin2 β) [1].


14

A kapcsolható, avagy oldható tengelykapcsolók a kapcsolás jellegének

függvényében lehetnek külsőleg szabályozottan oldható tengelykapcsolók (3.8. ábra),

nyomatékkapcsolású vagy biztonsági tengelykapcsolók, fordulatszám-kapcsolású

vagy indító tengelykapcsolók és forgásirány-kapcsolású, vagy szabadonfutó

tengelykapcsolók (3.9. ábra).

A nyomatékátvitel módja szerint a tengelykapcsolók lehetnek alakzárók,

amelyeknél megcsúszás egyáltalán nem léphet fel, erőzárók, vagy súrlódó kapcsolók,

amelyeknél viszont időleges megcsúszás lehetséges, és kifejezetten csúszókapcsolók,

amelyeknél a funkció teljesítéséhez bizonyos mértékű csúszás szükséges, mint pl. a

hidrodinamikus és elektromágneses kapcsolószerkezeteknél [2].

3.8. ábra. Külsőleg szabályozottan oldható tengelykapcsoló

3.9. ábra. Szabadonfutó tengelykapcsoló mechanizmusa


15

A rugalmas tengelykapcsolók, azaz a rugalmas közvetítőelemű kiegyenlítő

tengelykapcsolók (3.10. ábra) az előbbiekben ismertetett követelményeken, a

tengelyek axiális, radiális és szögeltéréseinek kiegyenlítésén kívül még további fontos

feladatokat is ellátnak:

az esetenként fellépő nyomatékcsúcsok, nyomatéklökések csökkentését,

a periodikus nyomatékváltozások hatására fellépő lengések csökkentését,

a rezonancia és káros következményeinek kiküszöbölését.

A nyomatéklökések csökkentése elsősorban a rugalmas elemek energiatároló

képességéből adódik. Egy adott nyomatéklökésnél, pl. a hajtóoldalon fellépő T1

nyomaték hatására megnő a kapcsolófelek közötti relatív elfordulási szög, eközben a

beépített rugalmas elemek felveszik a lökésből származó munkát, és ezt nagyobb t2

idő alatt átadják a második, hajtott tengelynek, miközben a relatív elfordulási szög

ismét csökken.

A rugalmas tengelykapcsolók általánosságban alkalmasak a tengelyhibák

kiegyenlítésére. Ebben a vonatkozásban azonban nem versenyképesek a kiegyenlítő

tengelykapcsolókkal, mert a rugó bármilyen irányú kitérése ellenerővel, visszatérítő

erővel reagál, amely a tengelyen keresztül a rajta elhelyezett elemeket terheli [2].

3.10. ábra. Gumitárcsás rugalmas tengelykapcsoló


16

4. Rugalmas tengelykapcsolók

A gépszerkesztés egész területén a lengések és dinamikus hatások káros

következményeinek elhárításában mind fontosabb szerepet játszanak a rugók. Az elv

a tengelykapcsolók szerkezetében is tért hódított, s a rugóval működő úgynevezett

„rugalmas tengelykapcsolók” az egyik legnépesebb kapcsolócsaládot alkotják. Ezen

belül egy-egy típusra a rugók alakja, száma, szerkezeti anyaga, beépítési módja,

valamint egyéb tulajdonságok jellemzők.

A rugalmas tengelykapcsolók fontosabb tulajdonságai: lengéscsillapítók,

lökésgátlók, villamos szigetelők (a gumielemmel rendelkezők), egyszerű

szerkezetűek, kis súlyúak. Néhány fontosabb szerkesztési szempont: a tengelyek

közötti kapcsolatot egyszerű szereléssel lehessen megoldani; a kapcsolat oldásához

ne kelljen a tengelyt axiálisan eltolni; könnyű legyen a beállítása; több rugóelemes

tengelykapcsoló rugói egyenletesen legyenek terhelve; egy rugóelem meghibásodása

ne okozzon üzemzavart; a hibás rugó egyszerűen legyen cserélhető; működéséből

axiális erőhatás ne származzék; játékmentesen kapcsoljon.

Az a tulajdonsága, amivel a rugalmas tengelykapcsoló többet nyújt az

előzőknél, a forgási rugalmasság. Amíg a kiegyenlítőképességnek általában

kinematikai jellege van, a forgási rugalmasság dinamikai tulajdonság. Az a

tengelykapcsoló, amelynek van forgási rugalmassága, csökkenti a rajta áthaladó

fluktuáló vagy lökésszerű nyomatékok hatását.

Ebben a fejezetben főként a rugalmas elemekkel rendelkező, nem

kapcsolható, úgynevezett „kényszerkapcsolatú” tengelykapcsolók kerülnek

bemutatásra, azaz a torziósan merev, torziósan rugalmas, valamint a magas

rugalmasságú kapcsolófajták.


17

Torziósan merev tengelykapcsolók

A rugalmas tengelykapcsolók nélkülözhetetlen tartozéka a rugó, vagy a

rugalmas elem. Ehhez a felhasználási területhez egészen különleges rugóféléket

fejlesztettek ki. A különleges alak ellenére méretezésük – ha sokszor bonyolult

képletekkel ugyan – közismert szilárdságtani összefüggéseken alapszik. A

méretezéshez, valamint a megfelelő rugalmas elem kiválasztásához a leggyakrabban

az alakváltozás és terhelés, az igénybevétel és a terhelés valamint a rugó

erőviszonyaival kapcsolatos összefüggéseket szokás alkalmazni.

A torziósan merev kapcsolótípusok rugalmas eleme szinte minden esetben

valamilyen fém, acélötvözet. A nagy rugalmassággal bíró, megfelelő alakúra készített

és hőkezelt, főleg szilíciummal és mangánnal ötvözött acélok képesek a bevezetett

energia csaknem teljes visszaszolgáltatására. Ennek következtében energiatárolásra,

rezgés- és lökéscsillapításra, mozgásszabályozásra, erőmérésre, rezonancia

elhangolásra és egyéb hibák elhárítására jól alkalmazhatóak.

A legismertebb, ilyen elven működő rugalmas tengelykapcsoló a Bibby-féle

rugóelemes kapcsolószerkezet (4.1. ábra). A kapcsolófelek agyrészében sugárirányú

rések vannak, amelyekbe a hullámos lemezrugó folyamatosan kapcsolódik. A rugóház

azért veszi körül, hogy a rugó kimozdulását megakadályozza és a kenőzsírt tárolja. A

tömítés akadályozza meg a kenőzsír kifolyását. A 4.2. ábrán látható a hajlított

lemezrugó működés közben a) terheletlen állapotban, b) normális terhelés esetén

valamint c) lökésszerű terhelésnél [1].

4.1. ábra. Bibby-féle tengelykapcsoló 4.2. ábra. Bibby-kapcsoló működése


18

Napjainkban a torziósan merev kapcsolók egyik legnagyobb fejlesztője a

német Siemens-Flender cég, amely többek között az úgynevezett ZAPEX valamint

ARPEX típusú kapcsolókat állítja elő, és fejleszti.

4.3. ábra. ZAPEX fogazott rugalmas tengelykapcsoló

A „ZAPEX” kapcsolók (4.3; 4.4. ábra) a gépelemek tengelyeit az enyhébb

tengelyeltolódások kiküszöbölésével kapcsolják össze gyenge helyreállító

erőhatásoknak köszönhetően. Nagy nyomatékátvivő képességük kompakt mérettel és

kis tömeggel párosul. Ennél a kapcsolófajtánál a nyomaték a tengelykapcsoló fogain

keresztül továbbítódik. A fogak domború kiképzése lehetővé teszi a szögeltérés

kompenzálását. A radiális elmozdulás is kiküszöbölhető ezzel a típussal. Előnye

továbbá, hogy nagyon kevés karbantartási költséggel üzemeltethető.

A ZAPEX alkalmazásának előnyei: hosszú élettartam, alacsony karbantartási

igény, kicsi méret, nagy tengely furat lehetőség, magas üzemi tényező, lökésszerű

terhelést jól viseli, magas minőségű fogazás, függőlegesen is beépíthető, valamint jól

alkalmazható „ATEX” robbanásveszélyes környezetben [3].

4.4. ábra. ZAPEX fogazott rugalmas tengelykapcsoló


19

Az ARPEX fémlamellás tengelykapcsolókat (4.5. ábra) az ipar több mint 30

éve használja sikerrel. Robusztus, de mégis precízen tervezett gépelem, jól kiegyenlíti

a tengely szerelési hibáit. A fémlamellák használatának köszönhetően

holtjátékmentes kapcsolást tesz lehetővé, miközben a tengelyek szögállású hibáit

kiegyenlíti. Minden ARPEX tengelykapcsolót jó minőségű acélból munkálnak meg. Ez

robosztusságot ad neki, és kompakt méreteiből kifolyólag az ipar szinte minden

területén alkalmazható.

4.5. ábra. ARPEX fémlamellás tengelykapcsoló

Mivel az ARPEX rendszerű tengelykapcsolóban nincs kopó alkatrész, megfelelő

beszerelés és tervezés után a várható élettartama gyakorlatilag korlátlan. A

nyomatékot torziósan merev, de rugalmas tárcsák továbbítják. A tárcsákat hüvelyek,

valamint gyűrűk tartják együtt a kompakt méret eléréséért (4.6. ábra). Ezáltal

egyszerű és problémamentes üzemeltetésű tengelykapcsoló jön létre.

Az ARPEX tengelykapcsolóval 95 Nm-től akár 1 450 000 Nm nyomaték is átvihető [3].

4.6. ábra. ARPEX fémlamellák


20

Torziósan rugalmas tengelykapcsolók

A torziósan rugalmas kapcsolást (4.7. ábra) a fém rugóelemek gyakorlatilag

képtelenek megoldani, így azokat a mérnökök eleinte bőr és egyéb rugalmas

elemekkel oldották meg, később a mai napig legjobban működő gumi rugóelemeket

kezdték alkalmazni. A szerkesztők módot találtak arra, hogy a gumit a

tengelykapcsolókba is beépítsék, és ezen törekvésüket számtalan típusú gumirugós

tengelykapcsolófajta mutatja. A gumi előnyös fizikai tulajdonságai a nagymérvű

rugalmas alakváltozási képesség, amely anyagának jellemzője. Acélanyagok

közismert húzó-szakító diagramjával összehasonlítva egyértelművé vált, hogy a gumi

megnyúlása eredeti hosszának többszörösét is eléri.

A tervezésnél nagy fontosságú az igénybevétel. A tengelykapcsolók gumirugói

nyomó, nyíró, csavaró, esetleg hajlító igénybevételűek. Méretezésénél lényeges,

hogy a terhelés csak egy előre megszabott alakváltozásig növekedhet, addig, amíg a

rugó jelleggörbéje megközelítőleg lineáris marad.

Fontos jellemző a keménység, amelyet a megfelelő mérések elvégzése után

vagy Shore-keménységi fokban (MSZ 494), vagy DVM lágysági számmal szokták

leginkább megadni [1].

4.7. ábra. Torziósan rugalmas tengelykapcsoló


21

N-EUPEX és N-EUPEX DS tengelykapcsolók

Az N-EUPEX tengelykapcsolók (4.8. , 4.9. ábra) kiváló minőségű szürke-

öntvényből (GG25) készülnek. A rugalmas elemek szintetikus gumiból (purbán)

készülnek, számos közeggel szemben ellenállóak. A fém körmök és a rugalmas

elemek egymásra hatásának optimalizálásával a megengedett tengelyeltéréseken

belül érintkezésük gyakorlatilag kopásmentes.

4.8. ábra. N-EUPEX tengelykapcsoló 4.9. ábra. N-EUPEX DS Tengelykapcsoló

Az N-EUPEX tengelykapcsolók csoportosítás szempontjából tuskós

tengelykapcsolók. A gumituskók csak az egyik kapcsolófélhez vannak rögzítve, a

másik fél fogai pedig a gumituskók között elhelyezkedve biztosítják a

nyomatékátvitelt. A gumituskók igénybevétele üzem közben hajlítás. A nyomatékot a

rugalmas gumituskók továbbítják, így a szerkezet tipikus gumi-rugalmassági

tulajdonságokkal rendelkezik.

Az N-EUPEX túlterhelés-álló szerkezet. A DS szériát is így tervezték.

Túlterhelés vagy extrém mértékű kopás esetén a rugalmas gumituskók maradandó

károkat szenvednek, amíg a tengelykapcsoló fém szerkezeti elemei nem érhetnek

egymáshoz, így nem tudnak megsérülni.

Mivel a tuskós tengelykapcsolók torziósan rugalmas szerkezetek, így a

nyomatékingadozás mellett a rezonanciát és a két tengely minimális szögbéli

eltérését is képesek orvosolni [3].


22

RUPEX Rugalmas dugós tengelykapcsoló

A RUPEX rugalmas dugós kapcsolók olyan tengelykapcsolók, ahol a kapcsolódó

feleket összeszorító csavarok köré rugalmas gyűrűt vagy dugót helyeztek. A rugalmas

elem bőr vagy gumi. A csavar ilyen módon való ágyazása csak az egyik tárcsában

valósítható meg, a másik tárcsában való rögzítése merev. A dugók sokféle alakúak

lehetnek, ennek megfelelően változik a hordozó csap alakja is. Ilyen a RUPEX

tengelykapcsoló is (4.10. ábra).

4.10. ábra. RUPEX tengelykapcsoló

A RUPEX tengelykapcsolók még túlterhelés mellett is képesek megtartani és

átvinni a nyomatékot, így előszeretettel alkalmazzák olyan területeken, ahol

elsődleges a biztonság és a megbízhatóság. Alacsony torziós holtjátékát az egyszerű

hordó-formájú rugalmas elemnek köszönheti.

A RUPEX nem igényel komolyabb karbantartást, csupán a gumidugók, mint

kopó alkatrészek igényelnek tervezhető cserét. Alkalmas az irányváltó üzemeltetésre,

valamint bármilyen szögben beépíthető [3].


23

BIPEX rugalmas körmös tengelykapcsoló

A BIPEX tengelykapcsolók (4.11. ábra) BWN sorozata két azonosan kialakított

szürkeöntvény (GG 25) agyrészből áll. A poliuretánból készült csillag alakú betét és a

fémkörmök geometriájának optimalizálásával a tengelykapcsoló a megengedett

szögeltérésen belüli üzeménél gyakorlatilag nem lép fel kopás. A BIPEX

tengelykapcsoló két agyrészének a relatív elfordulása kismértékű, a rugalmas

csillagbetétek többféle keménységű kivitelben készülnek.

4.11. ábra. BIPEX körmös tengelykapcsoló

A BIPEX rugalmas, megszaladás elleni védelemmel ellátott univerzális

tengelykapcsoló. Kompakt kivitelének köszönhetően sokféle területen alkalmazható,

relatíve nagy teljesítmény átvitelére is alkalmas.

A gumikörmök alacsony holtjátékkal működnek, és képesek a progresszív

torziós feszültség eloszlatására, azaz abban az esetben, ha a köröm kopni kezd, a

kopással arányos mértékben emelkedik a kapacitáskihasználás.

A BIPEX tengelykapcsolók meghibásodás-biztosak. Amennyiben a körmök elkopnak,

a kapcsolóház bütykei vészhelyzeti működéssel tovább tudnak üzemelni [3].


24

Nagy rugalmasságú tengelykapcsolók

A nagy rugalmasságú tengelykapcsolók általában nagy holtjátékú, többnyire

gumi vagy bőr rugalmas elemmel rendelkező kapcsolószerkezetek.

Az ELPEX-B nagy rugalmasságú gumiabroncsos tengelykapcsoló (4.12. ábra)

egyenlőtlen nyomatékú hajtás átvitelére lett kialakítva. Egyenetlen

fordulatszámlengéseket képes elnyelni és egyenletes forgómozgássá kiegyenlíteni.

Névleges nyomatéktartománya TKN = 330 Nm-től 63.000 Nm-ig.

4.12. ábra. ELPEX-B gumiabroncsos tengelykapcsoló

A gumi részek szilikon-kaucsukból készültek, és 120°C környezeti

hőmérsékletig képesek üzemelni. Az ELPEX-B vízszintes, függőleges, vagy bármilyen

egyéb tengelyálláshoz beépíthető és üzemeltethető. Ezt a típust leginkább változó

forgásirányú terhelésnél szokás alkalmazni, ugyanis az ezzel járó lökéseket szinte

tökéletesen képes elnyelni [3].


25

Az ELPEX-S nagy rugalmasságú gumitárcsás tengelykapcsoló (4.13. ábra)

alkalmazása alacsony torziós merevségének és csillapítási kapacitásának

köszönhetően főként olyan gépeknél ideális, amelyek erősen ingadozó, nem

egységes nyomatékváltozással rendelkeznek.

Az ilyen tengelykapcsolók karima-tengely és tengely-tengely kapcsolatokra

lettek tervezve, vízszintes és függőleges pozícióban, valamint bármilyen kívánt

szögben beépíthetőek. Tökéletesen alkalmasak fordított, vagy váltakozó irányú

terhelés átvitelére és annak csillapítására. A gumitárcsa elemei holtjáték nélkül

épülnek be a kapcsolóba, így közel lineáris torziós merevség adódik. A torziós

merevség a terhelés növekedésével is állandó marad.

Az ELPEX-S tengelykapcsoló 330 és 63000 Nm nyomatéktartományban képes

működni, 12 méretben elérhető, valamint jellemzően -40 és +120 Celsius-fok

környezeti hőmérséklet mellett alkalmazható [3].

4.13. ábra. ELPEX-S gumitárcsás tengelykapcsoló


26

Az ELPEX nagy rugalmasságú gumitárcsás tengelykapcsoló (4.14. ábra)

torziósan rugalmas, valamint teljesen holtjáték-mentesen tud üzemelni. Alacsony

torziós merevségének és csillapítási képességének köszönhetően ez a típus főként

nagyon egyenetlen nyomatékváltozású terheléshez ideális. Emellett komoly beállítási

szöghibák kiküszöbölésére is alkalmas.

Az ELPEX fantázianevű kapcsolószerkezet vízszintes és függőleges beépítésre, valamint bármilyen szögben való beszerelésre egyaránt alkalmas. A tengelykapcsoló alkatrészeinek a tengelyvégekhez való illesztése kérésnek megfelelően alakítható, így az alkalmazási területeket tekintve sokrétű esetekben alkalmazható. A rugalmas gumitárcsák elhasználódás vagy meghibásodás esetén egyszerűen cserélhetőek a összekapcsolt tengelyek mozdítása nélkül. A gumitárcsák holtjáték-mentesen kerülnek beépítésre, így progresszív torziós merevséget kölcsönöznek a tengelykapcsolónak; azaz a torziós merevség a terhelés növekedésével emelkedik.

Az ELPEX gumitárcsás tengelykapcsolót főként irányváltó működtetésre, valamint változó irányú terhelésre fejlesztették ki. A Flender cég 9 féle méretben készít ilyen megoldású tengelykapcsolót, amelyek 1600 és 90000 Nm névleges nyomatékterhelést képes átadni. Üzemeltetése -40 °C és +80 °C környezeti hőmérséklet mellett lehetséges [3].

4.14. ábra. ELPEX nagy rugalmasságú tengelykapcsoló


27

Hidrodinamikus elven működő tengelykapcsolók

A hidrodinamikus tengelykapcsolók (4.15. ábra) definíció szerint nem

tartoznak a rugalmas tengelykapcsolók családjába, mivel ennél a megoldásnál nem

található meg a szerkezetben a klasszikus rugalmas elem; jelen esetben folyadék

tompít. Mivel azonban ezek a kapcsolók is nyomatékingadozási problémákat képesek

orvosolni, így ismertetem őket pár sorban.

A hidrodinamikus tengelykapcsoló a Föttinger elven működik. Fő részei: két

járókerék - szivattyú és turbinakerék -, valamint egy őket körülzáró ház. A két kerék

egymás mellett helyezkedik el. Az erőátvitel a lehető legoptimálisabban

kopásmentes, az erőátviteli részben nincs mechanikus érintkezés. A

tengelykapcsolóban állandó mennyiségű üzemi folyadék, legtöbbször ásványolaj,

található.

A kapcsoló ki-, illetve behajtó oldala egymással mechanikusan nem áll

kapcsolatban, így kopás nem léphet föl. A nyomatékot a benne levő folyadékban

fellépő nyíróerő viszi át a speciálisan kiképzett bordázaton keresztül. A hajtómotor

által leadott forgatónyomaték a vele összekapcsolt szivattyúkerékben, az áramló

folyadék mozgási energiájává alakul. A turbinakerékben ez az áramlási energia ismét

mechanikai energiává alakul vissza. A tengelykapcsoló működését illetően három

állapotot figyelhetünk meg [3].

4.15. ábra. FLUDEX hidrodinamikus tengelykapcsoló


28

Nyugalmi állapot: Az üzemi folyadék nyugalomban, a tengelykapcsoló alsó

terében helyezkedik el.

Induló állapot: A szivattyúkerék egyre növekvő fordulatszámmal felgyorsítja az

üzemi folyadékot úgy, hogy a munkatérben gyűrű alakú áramlás jön létre. Az áramló

folyadék a turbinakerék lapátozott terében lefékeződik, mozgási energiája a

turbinakerék forgási energiájává alakul át. Az indítási folyamat alatt a

forgatónyomatékot a tengelykapcsoló jelleggörbéje határozza meg.

Üzemi állapot: A tengelykapcsolóban a szivattyúkerék és a turbinakerék közti

kismértékű fordulatszám-különbségnek (ún. névleges szlipnek) megfelelő folyamatos

áramlási állapot alakul ki. Ekkor már csak a munkagép által megkövetelt nyomaték

terheli a tengelykapcsolót.

Az alkalmazás előnyei a lágy, lökésmentes indítás, igen nagy tehetetlenségű

tömegeket vagyunk képesek vele elindítani, nem szükséges az indítási, magas

nyomatékokra méretezni a rendszert, valamint kiváló a vibráció- és lökéscsillapítása

[4].

4.16. ábra. Föttinger-elven működő kapcsoló nyugalmi, induló valamint üzemi

állapotban [4]


29

5. Rugalmas tengelykapcsoló típusok összehasonlítása

A tengelykapcsoló megválasztását legfőképpen a hajtott szerkezet

milyensége és a hajtáslánc tervezése, tervezett üzemelése határozza meg, de a

döntési folyamatban gyakran szerepet játszanak gazdaságossági kérdések is.

Mivel több tengelykapcsoló is képes lehet egyes tulajdonságából kifolyólag az

adott feladatra, ezért fontos, hogy a tervezett hajtóműhöz a legmegfelelőbb

kapcsolómegoldást alkalmazzuk.

Ebben a fejezetben a fent ismertetett tengelykapcsolótípusok kerülnek

összehasonlításra és osztályozásra terhelhetőségük, az általuk orvosolható

beállítási és szöghibák, üzemeltetési nyomatéktartományuk és egyéb

tulajdonságaik alapján. Az összehasonlításhoz a Flender-Siemens vállalat [3] által

előállított rugalmas tengelykapcsolókat fogom alkalmazni, mivel ezen cég

termékpalettája megfelelően lefedi az iparban használt megoldásokat. Az

egyszerűség kedvéért a tengelykapcsoló típusok megnevezéséhez a fent említett

cég által használt fantázianeveket fogom használni.


30

1. Üzemelési nyomatéktartomány szerinti összehasonlítás

Az elsődleges tényező, amelyet figyelembe kell venni a termék

megválasztásánál, az a nyomatéktartomány, amelyben a szerkezet megfelelően

tud működni.

Az összehasonlítás a névleges tengelykapcsolón mért nyomatéktartomány

(TKN) szerint értendő Nm-ben.

Tengelykapcsoló típusa Névleges nyomatéktartomány

(TKN) [Nm]

N-EUPEX 19 – 62000

N-EUPEX DS 19 – 21200

RUPEX 200 – 1300000

BIPEX 13,5 – 3700

ELPEX-B 24 – 14500

ELPEX-S 330 – 63000

ELPEX 19600 – 90000

A táblázat adataiból következtetésképpen elmondható, hogy a rugalmas

elemeket tartalmazó tengelykapcsoló típusok méretük függvényében viszonylag

nagy nyomatéktartományban alkalmazhatók. Az N-EUPEX gumituskós

tengelykapcsolók nagyon alacsony és viszonylag magas terheléshez is

alkalmazhatók. Itt látható a DS verzió kisebb maximális terhelhetősége, amely

magasabb rugalmasságának, valamint nagyobb túlterhelés-biztosságának és

könnyebb szervizelhetőségének következménye.

A legnagyobb nyomatékterhelés átvitelére magasan a RUPEX gumidugós

tengelykapcsoló képes, masszív kialakításának köszönhetően, míg a

legalacsonyabb terhelésre a BIPEX körmös tengelykapcsoló a legideálisabb, ez a

kompakt méretű kialakításnak köszönhető.


31

2. Üzemelési sebességtartomány szerinti összehasonlítás

A tengelykapcsolók külső átmérőjén mért maximális sebessége majdnem olyan

fontos tulajdonság a megfelelő típus kiválasztásánál, mint a nyomaték-átviteli

képesség. Ez az a forgási sebesség, aminél a kapcsolószerkezet még üzemképes.

Megadása „kerületi sebesség” címszóval a következő egyenlet alapján történik:

vmax = DA * nmax/19100,

ahol vmax a megengedett maximális sebesség [m/s], DA a tengelykapcsoló

külső átmérője [mm], nmax pedig a maximális fordulatszám [1/min].

Tengelykapcsoló típusa Maximális kerületi sebesség (vmax)

[m/s]

N-EUPEX 36

N-EUPEX DS 36

RUPEX 60

BIPEX 36

ELPEX-B 35

ELPEX-S 66

ELPEX 60

A táblázat adataiból leszűrhetjük, hogy a rugalmas elemeket tartalmazó tengelykapcsolók legnagyobb forgási sebessége igen magas lehet. Közelítőleg két csoportra oszlanak a típusok: Az N-EUPEX gumituskós, a BIPEX körmös és az ELPEX-B gumitárcsás megoldások a bennük található rugalmas elemek mennyiségéből kifolyóan alacsonyabb, 35-36 m/s maximális külső sebességnél üzemeltethetőek, míg a RUPEX gumidugós és az ELPEX, valamint ELPEX-S gumitárcsás kapcsolók 60-66 m/s külső átmérőn mért sebességen való működésre is képesek. Ezt főleg robosztusabb felépítésüknek köszönhetik.


32

3. Nyomatékterhelés jellege szerinti összehasonlítás A rugalmas elemeket tartalmazó tengelykapcsolókat gyakran olyankor szükséges alkalmazni, amikor a tengelyen átmenő terhelés nem teljesen egyenletes, egységes. Ez alatt általában nyomatékingadozás értendő, de lehet impulzusszerű terhelésváltozás is. Az összehasonlításban szereplő tengelykapcsolókat négyféle lehetséges terhelhetőség szerint osztályozhatók: egyenletes, ingadozó, egyenetlen és nagyon egyenetlen terhelés átvitelének, azok hatékony tompításának képessége szerint.

Tengelykapcsoló

típusa

Egyenletes

terhelés

Ingadozó

terhelés

Egyenetlen

terhelés

Nagyon

egyenetlen

terhelés

N-EUPEX - -

N-EUPEX DS - -

RUPEX -

BIPEX kérésre - -

ELPEX-B

ELPEX-S

ELPEX

A táblázat szemléletesen mutatja az egyes kapcsolófajták különböző terhelésállapotra való felhasználhatóságát. Leszűrhető, hogy tökéletesen egyenletes terheléshez az összes kialakítás megfelelő, amíg ingadozó terhelésnél a BIPEX körmös tengelykapcsoló kialakításából kifolyólag csak átalakítás után válik alkalmassá. Ennek az a magyarázata, hogy lágyabb anyagú rugalmas elemek esetén nagyobb mértékű kopásra lehet számítani, amelyet az ingadozó terhelés jobban indukál. Egyenetlen és nagyon egyenetlen terhelések tompítására, vagy elnyelésére csak a masszív rugalmas elemekkel rendelkező, gumitárcsás ELPEX megoldások alkalmasak, kisebb egyenetlenségeket még a gumidugós RUPEX tengelykapcsoló is képes kezelni.


33

4. Beszerelhetőség és szögbeállítás szerinti összehasonlítás

Az összehasonlító vizsgálat következő kritériuma a tengelykapcsolók beépíthetőségét és szögbeállításának rugalmasságát szemlélteti. Ezek azok a tényezők, amelyek nagyban indukálták a rugalmas tengelykapcsolók szükségszerű megjelenését; az egyik leggyakoribb megoldandó probléma az összekapcsolandó tengelyek egymáshoz viszonyított szögbéli eltérése. A Flender cég által használatos összehasonlításban három fő lehetőség szerint sorolja be a rugalmas elemeket tartalmazó tengelykapcsoló fajták beszerelhetőségét: Merev beépítés és nincs szöghiba, merev beépítés és van szöghiba, valamint teljesen rugalmas beépíthetőség.

Tengelykapcsoló

típusa

Merev

beépítés, nincs

szöghiba

Merev beépítés,

van szöghiba

Rugalmas

beépítés

N-EUPEX - -

N-EUPEX DS - -

RUPEX - -

BIPEX - -

ELPEX-B

ELPEX-S - -

ELPEX kérésre

A táblázat szemléltetéséből látható, hogy szögbeállítási hiba nélkül, valamint merev beépítésben az összes vizsgált elem megfelelően használható. Nagyolt szögbeállítás esetén, ahol a tengelykapcsolónak már a két tengely között fellépő nagyobb szöghibát kell hatékonyan kezelni már csak a gumitárcsás megoldások jöhetnek szóba, közülük is csak az ELPEX-B valamint az ELPEX elnevezésű megoldások. Ennek az a magyarázata, hogy ezen tengelykapcsolófajtáknál a két tengely összekapcsolásában nem játszanak szerepet körmök és egyéb, nem rugalmas elemek, kizárólag rugalmas anyag képezi a végső kapcsolatot. További pozitív tulajdonságuk, hogy a kapcsolókban a kerületen helyezkednek el a gumitárcsák, így hatékonyabban tudják kezelni mind a radiális és az axiális beállítási eltéréseket valamint a két tengely közti szögeltérést. Teljesen rugalmas beépítésnél is csak ez a két típus felel meg az elvárásoknak.


34

5. Torziós merevség szerinti összehasonlítás A rugalmas tengelykapcsolók következő fontos tulajdonsága a torziós merevségük. Ez az a merevség, amelyet a rugalmas elemek nagysága és azok fajtája befolyásol abban az esetben, ha a két tengely közt, főleg gyorsításkor és fékezéskor fellépő torziós erőket kell tompítani, elnyelni. Itt is szerepet játszhat a működtetés közben fellépő esetleges szögeltérések kiküszöbölése is Ennél a kritériumnál három lehetőség szerint lehet összehasonlítani a tengelykapcsolókat: torziósan merev, torziósan rugalmas vagy nagy rugalmasságú tengelykapcsoló megoldásokról beszélhetünk.

Tengelykapcsoló

típusa

Torziósan

merev

Torziósan

rugalmas

Magas

rugalmasságú

N-EUPEX - -

N-EUPEX DS - -

RUPEX - -

BIPEX - -

ELPEX-B - -

ELPEX-S - -

ELPEX - -

A szemléltetésből levonható, hogy a vizsgált, rugalmas elemeket tartalmazó tengelykapcsolók mindegyike alkalmatlan a teljes torziós merevséget igénylő, precíz nyomatékátvitelű tengelykapcsolásokhoz, ez a bennük található rugalmas alkatrészeknek köszönhetően egyértelmű. Abban az esetben, amikor a két tengelyvég közti kapcsolatot a fent ismertetett beépítési hibák vagy várható nagyobb erőhatások érhetik, torziósan rugalmas kapcsolatra van szükség. Ilyenkor az N-EUPEX és DS gumituskós, a RUPEX gumidugós valamint a BIPEX körmös tengelykapcsolók megfelelőek. Amikor az átlagosnál nagyobb hibákat, és erőhatásokat kell leküzdeni, a magas torziós rugalmasságú gumitárcsás ELPEX megoldások a legalkalmasabbak a feladatra, amelynek indoka itt is a kapcsoló kerületen elhelyezkedő nagy, rugalmas elemek jelenléte.


35

6. Forgatónyomaték átvitele szerinti összehasonlítás A tengelykapcsoló által átvitt forgatónyomaték a nem rugalmas megoldásoknál gyakorlatilag azonos a két tengelyvégen az összekapcsolás teljes ideje alatt. A rugalmas tengelykapcsolóknál ez szinte minden nyomatékmegingásnál megváltozik. A rugalmas elemeket tartalmazó tengelykapcsolók kialakításukból fakadóan képesek a nagyobb nyomatékimpulzusokat tompítani, ebből adódóan viszont számítani kell esetleges holtjátékkal. Fontos tényező emellett még az is, hogy a nagyobb, akár túlterhelést jelentő terhelésbeli lökéseket is képesek legyenek elviselni komolyabb károsodás nélkül, de némely esetekben a részleges tönkremenetel után is biztonsági kapcsolatot kell tudniuk biztosítani a tengelyvégek között. A tengelykapcsolókat ebben az összehasonlításban három tulajdonság szerint lehet rendszerezni: vannak torziós holtjáték nélküli, alacsony torziós holtjátékú valamint túlterhelés-biztos megoldások.

Tengelykapcsoló

típusa

Torziós

holtjáték-

mentes

Alacsony torziós

holtjátékú

Túlterhelés-

biztos

N-EUPEX - -

N-EUPEX DS - - -

RUPEX

BIPEX -

ELPEX-B - -

ELPEX-S -

ELPEX -


36

A fenti táblázatból több következtetés is levonható. A RUPEX gumidugós, az ELPEX-B és az ELPEX gumitárcsás tengelykapcsolók torziós holtjáték nélkül képesek üzemelni. A gumidugós kapcsolótípus – abban az esetben, ha a rugalmas elem kellő keménységű – a holtjátékmentességét az egyszerű, kisméretű, hordó formájú gumielemeinek köszönheti, így ez a megoldás kínálja a lehetséges legprecízebb nyomatékátvitelt a rugalmas tengelykapcsolók közül.

Holtjáték nélküli átvitelt tud biztosítani még az ELPEX-B és az ELPEX gumitárcsás tengelykapcsoló. Ezek viszont más indokból viselkednek így: mindkét kapcsolónál a rugalmas elem megszakításmentesen van beépítve, és a tengelykapcsoló kerületéhez, a külső legnagyobb átmérőhöz közel helyezkedik el. Ebből kifolyólag, bár torziósan rugalmasnak tekinthetők, holtjátékra nem képesek, csupán károsodás következtében. Alacsony torziós holtjátékkal képes üzemelni a RUPEX gumidugós, a BIPEX körmös valamint az ELPEX-S gumitárcsás tengelykapcsoló. A gumidugós szerkezet csak akkor képes erre, ha kellő méretű és lágyságú rugalmas elemek helyezkednek el a kapcsoló csavarjain; ugyanez a kritérium szükséges a körmös tengelykapcsolónál is, itt viszont további tényező a kompakt méretből fakadó kisebb átmérő is. Az ELPEX-S gumitárcsás megoldásnál szerepet játszik a gumitárcsa vastagsága, és annak a kapcsoló peremétől való nagyobb távolsága is. Túlterhelésnek is ellenálló rugalmas tengelykapcsolófajták az N-EUPEX tuskós, a RUPEX gumidugós, a BIPEX körmös, valamint az ELPEX-S és az ELPEX megoldású gumitárcsás változatok. Ezek olyan torziós, nyomatékbeli túlterhelésnek képesek ellenállni, amely rövid időperiódus alatt éri a szerkezetet, majd megszűnik. A tuskós tengelykapcsoló úgy lett kialakítva, hogy ha a rugalmas elem túlterhelés következtében tönkremegy, biztonsági üzemmódban a kapcsoló ezután is képes legyen a feladata végrehajtására, ez a tulajdonság például tűzoltó szivattyúknál szükséges. A BIPEX körmös megoldása is hasonlóan viselkedik túlterhelés esetén. Az ELPEX-S és ELPEX gumitárcsás tengelykapcsolók rugalmas elemei túlterhelés esetén végérvényesen károsodnak, ezzel egyidejűleg elveszítik a terhelésátvivő képességüket. Olyan esetekben hasznos ilyen tengelykapcsoló alkalmazása, ahol a hajtott tengelyvégen elhelyezkedő szerkezeti elem, vagy a hajtómű semmilyen esetben sem szenvedhet túlterhelést.


37

7. Összeszerelés és karbantartási igény szerinti összehasonlítás

A tengelykapcsolók felhasználóbarát összeszerelhetősége és karbantartási

igénye akkor fontos kérdés, ha nagy megbízhatóságot várunk a szerkezettől, de gyakori szét-, és összeszereléssel is számolunk. Ebben az esetben több tulajdonságot kell figyelembe vennünk: összeszerelési szempontból egyszerű „plug-in”, vagy más eszközt is igénybe vevő, bonyolultabb szerelhetőségről beszélhetünk. Karbantartási szemszögből fontos tulajdonság a kopóalkatrészek egyszerű cserélhetősége, a karbantartás-mentes üzemeltethetőség valamint az alacsony karbantartási szinten való üzemeltetés (1 éves intervallum) lehetősége.

Tengelykapcsoló

típusa

„plug-in”

szerelhetőség

Külső eszköz szükséges

az összeszereléshez

N-EUPEX

N-EUPEX DS -

RUPEX -

BIPEX

ELPEX-B -

ELPEX-S

ELPEX - -

Tengelykapcsoló

típusa

Kopóalkatrészek

egyszerű

cserélhetősége

Karbantartás-

mentes

üzemeltethetőség

1 éves

karbantartás

N-EUPEX -

N-EUPEX DS

RUPEX

BIPEX - -

ELPEX-B -

ELPEX-S -

ELPEX -


38

A fenti összeszerelhetőségi táblázatból észrevehetjük, hogy az ELPEX gumitárcsás tengelykapcsoló egyik módon sem szerelhető. Erre az a magyarázat, hogy ez a megoldás csak összeszerelt állapotban elérhető, meghibásodása esetén cserélni kell a tengelykapcsolót.

A karbantarthatóság szempontjából elmondható, hogy a rugalmas elemeket

tartalmazó tengelykapcsolók kopóalkatrészei – a BIPEX körmös kapcsolón kívül – könnyen cserélhetők. Teljesen karbantartásmentesen csak az N-EUPEX DS gumituskós tengelykapcsoló képes üzemelni, az is csak addig, amíg az esetleges nyomatékingadozás nem ér el olyan szintet, ami már károsítja a gumielemeket.

A vizsgált tengelykapcsoló típusok mindegyike üzemeltethető alacsony, akár

csak egy éves ciklusú karbantartási körülmények között [3].


39

8. Üzemeltetési környezet szerinti összehasonlítás

Az üzemeltetési környezet szemszögéből sokáig csupán a környezeti hőmérséklet volt a mérvadó, de a múlt évtizedben fontos tényezővé vált az úgynevezett robbanásbiztonsági direktívának való megfelelés. Az új 94/9/EC direktívát 1994-ben adták ki. Ez közismertebb nevén az “ATEX”, amely az “ATmosphère EXplosible” francia kifejezésből származik és 2003. július 1-től csak ez az ATEX direktíva maradt jogerős.

Kémiailag agresszív, maró környezetben is üzemeltethető az összes rugalmas

tengelykapcsoló típus, ehhez csupán a rugalmas elemek anyagát kell megváltoztatni.

Tengelykapcsoló típusa

Működési

hőmérséklettartomány

[°C]

ATEX 94/9/EC

megfelelés

N-EUPEX -50 … +100

N-EUPEX DS -30 … +80

RUPEX -50 … +100

BIPEX -30 … +80 -

ELPEX-B -50 … +70 -

ELPEX-S -40 … +120

ELPEX -40 … +80 -

A táblázatból látható, hogy az üzemeltetési környezeti hőmérséklet elég

hasonló a rugalmas elemeket tartalmazó tengelykapcsolóknál: a legalacsonyabb érték -30 és -50 °C között mozog, a maximális pedig +70 és +120 °C között. Erre a gumi szerkezeti elem hőmérsékletérzékenysége adja a választ: alacsony hőmérséklet mellett a dermedésből kifolyólag nem tudja ellátni rugalmas feladatát, túl magas hőmérsékletnél pedig túlságosan meglágyul, vagy akár meg is olvadhat.

Az ATEX robbanásbiztonsági direktívának a BIPEX körmös, az ELPEX-B

valamint az ELPEX gumitárcsás tengelykapcsoló nem felel meg, mivel ezek a gumielem meghibásodása esetén képesek lehetnek szikra keltésére. A többi rugalmas tengelykapcsoló típus megfelel a követelményeknek [3].


40

9. Tengelykapcsoló anyaga szerinti összehasonlítás

A rugalmas elemeket tartalmazó tengelykapcsolók nem rugalmas elemei általában háromféle alapanyagból kerülnek legyártásra: lehet öntöttvas, acél vagy rozsdamentes acél [3].

Tengelykapcsoló

típusa

Öntöttvas Acél Rozsdamentes

acél

N-EUPEX - -

N-EUPEX DS - -

RUPEX

BIPEX - -

ELPEX-B

ELPEX-S -

ELPEX -


41

10. Kiegészítő alkatrészek beilleszthetősége

A rugalmas elemeket tartalmazó tengelykapcsolókat esetenként szükséges lehet különféle kiegészítő alkatrésszel, szerkezeti elemmel párosítani. Ezek lehetnek adapterek, amelyek segítségével eltérő méretű tengelyre lehet kapcsolni a szerkezetet, dob- valamint tárcsafékek, axiális holtjáték-szabályozók, sebességváltók, karimás csatlakozók és az elterjedt „SAE J620d” méretre vonatkozó szabvány szerinti tárcsaméretű karimás csatlakozók. Ezek alkalmazhatóságát a következő táblázatok szemléltetik [3].

Tengelykapcsoló

típusa

Adapter

beépíthetőség

Tárcsafék Dobfék Sebesség-

váltó

N-EUPEX -

N-EUPEX DS - - -

RUPEX

BIPEX - - - -

ELPEX-B -

ELPEX-S

ELPEX

Tengelykapcsoló

típusa

Axiális holtjáték-

szabályzó

Karimás

csatlakozó

SAE J620d

szabvány

N-EUPEX -

N-EUPEX DS - - -

RUPEX

BIPEX - - -

ELPEX-B -

ELPEX-S

ELPEX


42

6. Javaslattétel az egyes típusok üzemeltetésére

A rugalmas elemeket tartalmazó tengelykapcsoló típusok, azok névleges

tulajdonságai szerinti összehasonlító vizsgálata után, dolgozatom záró fejezeteként a vizsgált megoldások üzemeltetésére teszek ajánlást. Ehhez figyelembe veszem a fent tárgyalt kritériumokat, a kapcsoló mechanizmusok képességeit, kialakításukból fakadó előnyeiket és hátrányaikat egyaránt. Az eddigiekben leírtak alapján könnyen belátható, hogy az egyes rugalmas tengelykapcsolók között hatalmas eltérések figyelhetők meg mind az alapanyagaik, felépítésük, mint az általuk kiküszöbölhető tengelykapcsolási hibák, szögeltérések, nyomatékingadozások szerint. Egyes típusok nagyon durva üzemeltetési körülmények között is megállják a helyüket – Pl. „ZAPEX” fogazott, és „ARPEX” fémlamellás tengelykapcsolók robbanásveszélyes körülmények közti üzemeltethetősége –, míg más, a külső felületükön található rugalmas gumielemeket tartalmazó tengelykapcsolók magasabb rugalmassággal üzemelnek, viszont kialakításuk okán csak kevésbé mostoha körülmények között tudnak működni. A javaslattételt a fent leírtak alapján részben saját gondolatok alapján, részben a Siemens-Flender cég angol nyelvű leírása [3] segítségével teszem meg, amelyben a tárgyalt megoldásokat sorrendben, egyenként vizsgálom meg.


43

1. Torziósan merev tengelykapcsolók üzemeltetése

A „ZAPEX” fogazott tengelykapcsoló család két tengely szögeltérésének és tengelyeltolódásának kompenzálására szolgál. Kompakt méret, kis súly és nagy nyomatékátadó képesség jellemzi, nagy fordulaton képes működni, esetleges robbanásveszélyes körülmények között is, és mindezek mellé nagyon igénytelen üzemeltethetőség társul. Visszarúgóerő gyakorlatilag nem lép fel az alkalmazása közben.

Ennek megfelelően alkalmas durva körülmények közötti működésre, olyan

iparágakban, mint a vaskohászat, vagy cementgyártás. Ezekhez a területekhez plusz előny a reverzálható, azaz kétirányú üzemeltetés lehetősége, és az egyaránt vízszintes, és függőleges beépíthetőség. Főként présekben, törőkben, keverőgépekben és szivattyúkban a leggyakoribb az alkalmazása.

Az „ARPEX” fémlamellás tengelykapcsoló család megoldását az ipar több

évtizede használja előszeretettel. Hosszú élettartama, és gyakorlatilag karbantartásmentes üzemeltetése miatt nagyon igénytelen, de mégis precíz mechanizmus, amelyet viszonylag kis (0.7°) szögeltérés-kiegyenlítő képesség, de annál jobb tengelyszerelési hiba kiküszöbölési tulajdonság társul. Ezek mellett vízszintesen, és függőlegesen is beépíthető, forgásmerev, víz-, és folyadékálló, valamint magas hőállóságú (-40°C - +280°C) megoldás, amely jól méretezhető vibráció fellépésére, és alacsony visszarúgó erőt ad.

Ez a tengelykapcsoló tulajdonságainak köszönhetően az ipar szinte bármely

területén jól alkalmazható, de leggyakrabban szivattyúknál, kompresszoroknál, papírkészítő gépekben és ventillátorokban, méretezéstől függően pedig akár szélerőművekben és turbók kuplungjaként is alkalmazzák a fémlamellás megoldásokat.


44

2. Torziósan rugalmas tengelykapcsolók üzemeltetése

Az „N-EUPEX” rugalmas gumielemeket tartalmazó tengelykapcsoló család

alkalmazásának legnagyobb előnyei a tengelyek radiális, axiális és szöghibáit nagy mértékben csökkentő képessége, a jó optimalizálás után a vibrációk nagyfokú csökkentése, amelynek köszönhetően a környezeti rendszer élettartamát képes megnövelni. A tengelyek kapcsolata a szögeltérések helyes beállításánál gyakorlatilag kopásmentessé, érintkezésmentessé tehető. Viszonylag magas nyomatékátadó képességgel rendelkezik, és szintetikus gumielemei korlátozása mellett is egész tág, akár -50°C, és +90°C környezeti hőmérséklet mellett is biztonságosan működtethető. Alkalmas „ATEX” szabványú robbanásveszélyes környezetbeli üzemeltetésre is.

A rugalmas tengelykapcsolók közül ez a megoldás az egyik legszélesebb

körben alkalmazható, az ipar szinte minden területén megjelenik. Megfelelő megoldás ez akár a gépjármű hajtóművek magas fordulatú motor oldali tengelykapcsolásra, de akár a hajtómű oldali, magasabb nyomatékterhelésű kapcsolatokhoz is. Előszeretettel használják még kompresszorok tengelyeinek kapcsolásához és daruk futóműveihez is.

Az „N-EUPEX DS” rugalmas gumielemeket tartalmazó tengelykapcsoló család

megoldásának elve nagyon hasonlít a fent említett „N-EUPEX”–éhez, viszont a legnagyobb különbség a kettő közt a biztonságban jelentkezik. A DS tengelykapcsoló igaz, hogy jóval kisebb, kb. harmadannyi nyomaték átadására képes, mint az „alap” verzió, viszont gumielemei kialakításának köszönhetően lehetővé teszi a két tengely közötti kapcsolat megszakítását kritikus terhelési hiba esetén, ezzel megakadályozva a rendszerben további törések, meghibásodások kialakulását. Túlterhelés esetén a gumielemek elszakadnak, és ezután a két tengely szabadon elforoghat a tengelykapcsolóban. Ezek mellett robbanásveszélyes, „ATEX” szabvány szerinti környezetben is működtethető.

Ennek megfelelően az „N-EUPEX” kapcsolómegoldáshoz hasonlóan széles

körben alkalmazható, kisebb nyomatékterhelhetősége miatt motorokban nem használható, viszont olyan megoldásoknál, ahol valós veszélyt jelenthet az impulzusszerű túlterhelés fellépése, és tervszerűen ekkor a hajtásnak meg kell szakadnia, ez lehet a legalkalmasabb. Leggyakrabban mégis kompresszorokban, szivattyúkban, az olajipar gépeiben és ventillátoroknál használják.


45

A „RUPEX” gumidugós rugalmas tengelykapcsoló megoldás legnagyobb

előnyeként a nagy nyomatékátadó képessége (200 – 1 300 000 Nm) említhető meg, amit kíméletlen körülmények között képes továbbítani, „ATEX” szabványú robbanásveszélyes környezetben is üzemeltethető. Előnye még a forgásirány függetlenségű működtethetősége, valamint kis karbantartási igénye. További pozitív tulajdonsága, hogy túlterhelés esetén nem szakad meg hirtelen a tengelyek közti kapcsolat, előbb a gumidugók károsodnak, viszont dugós felépítése miatt a leállítás idejéig még át tudja vinni a nyomatékot, ezzel biztonságosabban üzemeltethető az ilyen tengelykapcsolóval ellátott rendszer. Nagy tengelyek közti hibák kiküszöbölésére viszont felépítése miatt nem alkalmas, így sem komolyabb szöghibák, sem radiális és axiális hibákat sem tud hatékonyan kiküszöbölni. Emellett gumielemeiből kifolyólag túl magas vagy alacsony környezeti hőmérséklet mellett sem üzemeltethető (-50°C - +90°C).

Alkalmazási területei a fentiekből kifolyólag olyan környezetben képzelhetők el,

ahol nagy fordulatszám mellett nagy nyomaték átvitelére van szükség. Ilyenek lehetnek például a cementipari gépek, szivattyúk, daruk, ventillátorok, keverők, különféle konvejorok. Biztonságos üzemeltethetőségük okán pedig elképzelhető a használata mozgólépcső meghajtóknál, drótkötélvasutaknál, vagy akár daruhajtás emelő szerkezeténél.

A „BIPEX” gumikörmös rugalmas elemekkel ellátott tengelykapcsoló az ipar

számos területén felhasználható, ahol általános körülményeknek megfelelő tengelykapcsolatra van szükség. A legideálisabb olyan használat, ahol megszakításmentes nyomatékátvitelre van szükség, és nem kell nagy tengelyközi eltéréseket kiküszöbölni. Gumielemeinek köszönhetően ez a megoldás is csak korlátozott környezeti hőmérsékletek mellett használható.

Elsődleges alkalmazási területe ennek a tengelykapcsoló típusnak a

generátortengelyek, elektromos motoroknál elképzelhető, a folyamatos nyomatékterhelés leküzdése miatt. Emellett még használják számos más területen, például hidraulikák, szivattyúk hajtásánál, valamint hajtóműves motorok esetében.


46

3. Nagy rugalmasságú tengelykapcsolók üzemeltetése

Az „ELPEX-B” nagy rugalmasságú gumiabroncsos tengelykapcsoló nem

alkalmas túl nagy nyomatékok átvitelére, valamint az üzemeltetés környezeti hőmérséklete is korlátozott (-50°C - +50°C). Minimális kerületi visszarúgás jellemzi a működését, valamint reverzibilis, valamint a változó irányú terhelésből kifolyó túlterhelést is jól viseli. Vízszintesen és függőlegesen is beépíthető, és előnye még, hogy a gumiabroncs elemét meghibásodás, vagy kopás esetén a tengelyek kiszerelése nélkül lehetséges cserélni. Emellett biztonságbeli előnye, hogy túlterhelés esetén a nyomatékátvitel megszűnik, és a két tengely egymástól függetlenül képes mozogni, így óvja meg a rendszer további elemeit a sérüléstől.

Alkalmazási területei sokrétűek lehetnek, de főként olyan esetekben előnyös a

beépítésük, ahol működés közben változó irányú nyomatékingadozás leküzdése a cél. Emiatt gyakran alkalmazzák is görgős asztalok meghajtásánál, de ezen kívül kompresszorok, szivattyúk vagy ventillátorok meghajtása is elképzelhető ezzel a megoldással. Emellett olyan rendszerekben, ahol túlterhelést az egyik tengelyvég semmiképpen nem adhat át a másiknak, mindenképpen megfontolandó az alkalmazása.

Az „ELPEX-S” nagy rugalmasságú gumitárcsás tengelykapcsoló nagyobb

nyomatékot képes átadni, mint a gumiabroncsos megoldás, és magasabb környezeti hőmérséklet mellett is működtethető. Olyan helyzetekben ideális a használata, ahol az előre kalkulált vibráció magas, ezt a vibrációt képes kimagasló mértékben csillapítani. Alapesetben ez a kapcsoló nem két tengelyt, hanem tengelyt karimával kapcsol össze.

Alkalmazása tehát leggyakrabban belső égésű motoroknál, kiváltképp

dízelüzeműeknél előnyös, azok vibrációjának jó csillapítása okán. Emellett számos olyan helyzetben elképzelhető a beépítése, ahol a túlterhelés nem kívánatos a rendszer egyes elemei számára, mivel a gumitárcsa kopása, vagy szakadása következtében a nyomatékátvitel itt is megszűnik, a két elem egymástól függetlenül képes ilyenkor mozogni. A cementiparban cementmalmoknál, és kompresszoroknál is érdemes az alkalmazása.


47

Az „ELPEX” nagy rugalmasságú gumitárcsás tengelykapcsoló képes a társai

közül a legnagyobb nyomaték átvitelére, amely mellett ez a megoldás lehet a legalkalmasabb nagy dinamikájú nyomatékingadozás csillapítására. Az üzemi környezeti hőmérséklet a szintetikus gumielemek okán mint az előző verziókban, itt is korlátozott, Alkalmas tengelyt tengellyel, valamint tengelyt karimával is összekapcsolni. Olyan esetekben is előnyösen alkalmazható, ahol a szöghibák, tengely beállítási hibák máshogy nem megoldhatók, ilyen környezetben is képes megbízható működésre. Emellett erről a megoldásról is elmondható, hogy a rendszer esetleges biztonsági követelményeinek is megfelelhet, mivel a gumielem elfáradása következtében a hajtás itt is megszűnik, és a két tengelyvég egymástól független mozgásra képes.

A fentiekből következésképpen a leginkább ideális üzemeltetése ennek a

megoldásnak is a belső égésű motorok tengelykapcsolása, mivel nagy hatékonysággal képes a vibrációt, és a fellépő tengelyhibákat orvosolni, de emiatt dugattyús szivattyúkban, és kompresszorokban is jól alkalmazható. Emellett a tengelyhibák jó leküzdése miatt kotrógépek tengelykapcsolataihoz is kiváló.


48

Összefoglalás

Szakdolgozatomban a rugalmas elemeket tartalmazó tengelykapcsolók

összehasonlítását végeztem el. Tárgyalásomat egy rövid történelmi áttekintéssel kezdtem, amit a tengelykapcsolók általános rendszerezése követett. Ezek után bemutattam a rugalmas tengelykapcsolókat azok besorolása, és tulajdonságai szerint. Ehhez a Siemens-Flender cég által gyártott tengelykapcsolókat alkalmaztam, mivel meglátásom, és megelőző kutatásaim szerint eme gyártó termékpalettája csaknem tökéletesen lefedi a szóba jöhető rugalmas megoldásokat. Ezt követően összehasonlító vizsgálatot végeztem a kapcsolók között a különféle tulajdonságaik, beépíthetőségük és egyéb szempontok szerint. Befejezésképpen ajánlatot tettem a rugalmas elemeket tartalmazó tengelykapcsolók használatára, felhasználva az előzőekben megszerzett konzekvenciákat.

………………………………………..

Böszörményi Péter


49

Summary

In my dissertation I have made the comparative inspection of the known

flexible couplings. I started my thesis with a short historical overview, which was followed by the basic review and methodizing of the most common coupling solutions. Afterwards I presented the flexible couplings in pursuance of their classifications and properties. For the making of it I used the Siemens-Flender company’s products, because according to my previous researches and my private insight they cover all of the main solutions on the market today. Thereafter I made the actual comparison of the known flexible couplings according to their most important properties and some other considerations. As the final chapter of my dissertation I made exact and theoretical suggestions for the operation of each type in pursuance of my previous work.


50

Forrásjegyzék

[1] Tochtermann-Bodenstein – Gépelemek II. „Mozgó Gépszerkezetek” (1986)

[2] Dr. Terplán-Nagy-Herczeg – Mechanikus tengelykapcsolók

[3] Flender.com Brochures – Couplings (Angol nyelvű)

[4] Voith Turbo kft. hivatalos honlapja – Föttinger-elvű hidrodinamikus

tengelykapcsoló leírása

[5] http://www.nyf.hu/others/docs/4tengelyk.doc

http://www.nyf.hu/others/docs/4tengelyk.doc

rugalmas tengelykapcsolók összehasonlító vizsgálata

Documents