انواع کوپلینگ های مغناطیسی و کاربردهای آن

کوپلینگ (coupling) چیست؟ (انواع کوپلینگ و کاربرد آن – نصب و نگهداری کوپلینگ)

کوپلینگ مغناطیسی (coupling) وسیله ای است که برای اتصال دو شفت به منظور انتقال قدرت به طور معمول کوپلینگ ها در حین عملکرد به شفت ها اجازه ی جدا شدن نمی دهند گرچه کوپلینگ های محدود کننده ی گشتاور می توانند زمانی که میزان گشتاور از حدی بالاتر برود دچار لغزش و یا جدایی شوند. چگونگی کارکرد کوپلینگ مغناطیسی در ادامه توضیح داده شده است.

کاربردهای کوپلینگ

هدف اولیه کوپلینگ مگنت این است که دو قطعه ی دوار را به هم متصل کنند و در عین حال که اجازه انحرافاتی را به آنها می دهند. با انتخاب، نصب و نگهداری دقیق کوپلینگ ها می توان صرفه جویی زیادی در هزینه نگهداری و زمان خروج از کارکرد به عمل آورد. کوپلینگ های شفت در ماشین آلات برای اهداف مختلفی استفاده می شوند که معمول ترین آنها عبارتند از:

• فراهم کردن اتصال شفت های دستگاه هایی مانند موتور و ژنراتور که به طور جداگانه ساخته شده اند و همچنین قطع ارتباط در زمان تعمیرات یا جابجایی ها
• فراهم کردن امکان نامیزانی شفت ها و ایجاد انعطاف پذیری مکانیکی
• کاهش انتقال های ناگهانی از یک شفت به دیگری
• محفاظت در برابر اضافه بار
• تغییر خواص ارتعاشی تجهیزات دوار
• اتصال بخش درایور
• انتقال توان از یک انتها به انتهای دیگر(مثال توان انتقال موتور به پمپ در کوپلینگ)

 انحراف در کوپلینگ

وقتی دو شفت به هم متصل می شوند، به دلایلی متعددی میتواند انحرافاتی داشته باشد. انحرافات به سه دسته تقسیم می شوند:

1- انحراف محوری

هنگامی که محور دوران شفت های اتصالی موازی باشند (منطبق نباشند)، انحراف محوری وجود دارد.

2- انحراف زاویه ای

هنگامی که محور دوران شفت های اتصالی نسبت به هم زاویه داشته باشند (موازی نباشند)، انحراف زاویه ای وجود دارد.

3- انحراف مختلط

هرگاه محور دو شفت هم زاویه دار باشند و هم هم محور نباشند این نوع انحراف را داریم.

انواع کوپلینگ (coupling)

کوپلینگ های گیره ای یا فشاری به صورت دو تکه هستند که به دو طرف شفت ها متصل می گردند تا یک غلاف تشکیل دهند. این کوپلینگ ها نسبت به مدل های غلافی انعطاف پذیری بیشتری نشان می دهند و می توانند برای شفت هایی که در محل ثابت می شوند به کار روند. آنها معمولا به اندازه ای بزرگ هستند که پیچ می تواند از تمام کوپلینگ عبور کند و وارد نیمه ی دوم شود تا از نگه داری ایمن اطمینان حاصل شود.

کوپلینگ های فلنجی صلب برای بارهای سنگین یا تجهیزات صنعتی طراحی شده اند. این کوپلینگ ها از غلاف های کوتاهی تشکیل شده اند که توسط یک فلنج عمود بر آن تشکیل شده اند. بر روی هر شفت یک کوپلینگ قرار می گیرد و بنابراین دو فلنج رو به روی هم قرار می گیرند. سپس تعدادی پیچ یا پیچ و مهره را می توان در فلنج ها نصب کرد تا کنار هم قرار گیرند. به دلیل اندازه و دوام آنها می توان از واحد های فلنجی برای تراز کردن شفت ها قبل از اتصال آنها به یکدیگر استفاده کرد. کوپلینگ های صلب زمانی به کار می روند که نیاز به تراز دقیق شفت باشد. نامیزانی شفت ها روی عملکرد و همچنین عمر کوپلینگ اثر می گذا. مثال:

1- کوپلینگ های غلافی (SLEEVE COUPLING)

کوپلینگ غلافی از یک لوله تشکیل شده است که قطر داخلی آن مطابق با تلرانس مورد نیاز شفت می باشد. بسته به نیاز و کاربرد کوپلینگ برای انتقال گشتاور از یک خار و یک شیار خار در داخل آن استفاده می شود. برای قفل کردن کوپلینگ در محل خود، دو سوراخ نواری در آن ایجاد می گردد.

کوپلینگ های غلافی هم چنین با عنوان کوپلینگ های جعبه ای شناخته می شوند. در این مورد انتهای شفت ها با هم کوپل و مقابل هم مماس شده و به وسیله ی یک غلاف پوشیده می شود. یک خار سر قلابی فرورونده دو شفت را نگه داشته و در هم غلاف می شوند. کوپلینگ های غلافی ساده ترین نوع کوپلینگ هستند که معمولا از چدن ساخته شده اند. این کوپلینگ ها از یک قطعه لوله ی توخالی تشکیل شده اند که اندازه قطر داخلی آنها با قطر شفت ها برابر است. لوله روی دو انتهای شفت با کمک خار فرورونده مخروطی شکل تنظیم می شود. خار و غلاف برای انتقال توان از یک شفت به دیگری مناسب هستند .

2- کوپلینگ های گیره ای یا اسپلیت-ماف (CLAMP OR SPLIT-MUFF COUPLING)

در این نوع کوپلینگ ها، غلاف از دو قسمت معمولا از جنس چدن ساخته شده و توسط پیچ یا پیچ و مهره فولادی به هم متصل می شوند. از مزایای این کوپلینگ این است که سوار کردن و جدا کردن کوپلینگ بدون جابجایی شفت ها آسان است. این کوپلینگ برای انتقال توان بالا در سرعت متوسط به کار می رود.

3- کوپلینگ مخروطی قفل کننده شفت (TAPERED SHAFT LOCK)

قفل مخروطی به شکل یک قطعه ی قفل کننده ی شفت بدون خار می باشد که نیاز به هیچ قطعه ای برای جدا شدن از شفت ندارد. ایده ی اصلی بسیار شبیه به کوپلینگ گیره ای است اما در زمان چرخش به مرکز شفت نزدیکتر است. این دستگاه کوپلینگ که جایگزین خار موازی متداول می باشد امکان حرکت به سبب سایش شیار خار را از بین می برد. این قطعه بسیار محکم تر از خار می باشد چون نگهداری آن تنها نیازمند یک قطعه بوده و چرخش بالانس خود به خودی نشان می دهد که بادوام تر از اتصال خار بوده اما گرانتر است .

4- کوپلینگ هیرث (HIRTH COUPLING)

اتصال هیرت از دندانه های مخروطی روی دو انتهای در هم جا افتاده ی شفت، برای انتقال گشتاور استفاده می کند.

5- کوپلینگ های انعطاف پذیر (FLEXIBLE COUPLING)

کوپلینگ های انعطاف پذیر برای انتقال گشتاور از یک شفت به شفت دیگر هنگامی که دو شفت کمی نامیزان باشند استفاده می شود. کوپلینگ های انعطاف پذیر می توانند نامیزانی تا 3 درجه و اندکی نامیزانی موازی را در خود جای دهند. علاوه بر این می توانند برای میرایی ارتعاش یا کاهش نویز استفاده شوند. این کوپلینگ برای محافظت از قطعات شفت درایور در برابر اثرات مضر تولید شده به سبب نامیزانی شفت ها، نیروی ناگهانی، انبساط یا لرزشهای شفت و… محافظت کند.

1-5- کوپلینگ فلنجی بوش-پین (BUSH PIN TYPE FLANGE COUPLING)

این کوپلینگ (coupling) برای مقدار کمی نامیزانی دو شفت مناسب است. این کوپلینگ اصلاح شده ی کوپلینگ فلنجی و از نوع محافظت شده آن می باشد. این نوع از کوپلینگ دارای پین است و با پیچ و مهره کوپل می شود. از بوش های لاستیکی ویا چرمی بر روی پین ها استفاده می شود. کوپلینگ دارای دو نیمه ی با ساختار مختلف است. پین ها به وسیله ی یک مهره به یک فلنج محکم می شوند و بر روی فلنج دیگر شل نگه داشته می شوند.

این کوپلینگ برای اتصال شفت هایی با یک نامیزانی کوچک موازی، نامیزانی زاویه ای یا انحراف محوری مورد استفاده قرار می گیرند. در این کوپلینگ بوش لاستیکی در حین عملکرد شوک ها و ارتعاشات را جذب می کند. این کوپلینگ، معمولا برای کوپل کردن موتورهای الکتریکی و ماشین آلات مکانیکی استفاده می شوند.

2-5- کوپلینگ میله ای (BEAM COUPLING)

کوپلینگ میله ای که به عنوان کوپلینگ هلیکال نیز شناخته می شود، نوعی کوپلینگ انعطاف پذیر برای انتقال گشتاور بین دو شفت است در حالی که که امکان نامیزانی زاویه ای، فاصله ی موازی و حتی حرکت محوری یک شفت نسبت به دیگری را فراهم می آورد .در این کوپلینگ از یک قطعه ی یک تکه استفاده می شود و انعطاف پذیری خود را با ماشینکاری طولی یک مسیر مارپیچی و در نتیجه ایجاد یک میله ی هلیکال انعطاف پذیر به وجود می آورد. از انجایی که کوپلینگ های میله ای یک تکه ساخته می شوند، لقی ای که در برخی از کوپلینگ های چند تکه وجود دارد در آن نیست. یکی دیگر از مزایای استفاده از کوپلینگ ماشینکاری شده ، امکان ایجاد تغییرات به محصول نهایی با حفظ یکپارچگی قطعه است.

تغییرات در زاویه ی هلیکال باعث ایجاد تغییرات در قابلیت های نامیزانی و همچنین دیگر ویژگی های عملکردی مانند ظرفیت گشتاور و سختی پیچشی می شود. حتی ممکن است چند نقطه ی شروع در یک هلیکس وجود داشته باشند.

موادی که برای ساخت کوپلینگ های میله ای استفاده شده باعث کارایی و مناسب بودن آن برای کاربردهای خاص مانند مواد غذایی، پزشکی و هوا فضا می شود. مواد مورد استفاده معمولا آلیاژ الومینیوم و فولاد ضد زنگ است البته می توان از تیتانیوم و فولاد ماراجینگ نیز برای ساخت آنها استفاده کرد. کاربردهای متداول شامل شفت و کنترل حرکت برای ربات می باشد.

3-5- کوپلینگ سرعت ثابت (CONSTANT VELOCITY)

انواع مختلفی از کوپلینگ های سرعت ثابت وجود دارد: اتصالات Rzeppa، مفصل کاردان دوبل و کوپلینگ تامسون از این نوع می باشند.

4-5- کوپلینگ دیافراگمی (DIAPHRAGM)

کوپلینگ های دیافراگمی نوعی کوپلینگ انعطاف پذیر هستند که از میان یک قطعه ی قرقره ای یا اسپیسر، گشتاور را از قطر خارجی یک صفحه ی انعطاف پذیر به قطر داخلی آن سپس از قطر داخلی به خارجی انتقال می دهند. تغییر شکل یک صفحه یا مجموعه ای از صفحات از  I.D به  O.D باعث جبران نامیزانی می شود.

5-5- کوپلینگ های دیسکی (DISC COUPLING)

کوپلینگ های دیسکی گشتاور را از یک پیچ درایور به یک پیچ دیگری که به صورت مماس بر روی یک دایره مشترک قرار دارند انتقال می دهند. گشتاور از طریق یک سری دیسک های نازک از جنس فولاد ضد زنگ که به صورت یک پک مونتاژ شده اند بین پیچ ها منتقل می شود. عدم هم راستایی به وسیله ی تغییر شکل ماده بین پیچ ها انجام می شود.

5-6- کوپلینگ های دنده ای (GEAR COUPLING)

کوپلینگ (coupling) دنده ای یک دستگاه مکانیکی است که برای انتقال گشتاور بین دو شفت غیر همراستا به کار می رود. این کوپلینگ از یک اتصال انعطاف پذیر متصل به هر شفت تشکیل شده است. این دو مفصل توسط یک شفت سوم به نام اسپیندل به هم متصل می شوند. هر مفصل از یک جفت چرخ دنده داخلی/ خارجی با نسبت دنده ی 1:1 تشکیل می شود. کناره ی دنده ها و قطر بیرونی چرخ دنده خارجی دارای تاج هستند تا جابجایی زاویه ای بین دو چرخ دنده را مجاز کند. از نظر مکانیکی، چرخ دنده ها معادل با اسپلاین دوار با فرم اصلاح شده می باشند. به دلیل اندازه ی نسبتا بزرگ دندانه ها، به آنها چرخ دنده گفته می شود.