کوپلینگ شفت چیست و چه کاربردی دارد‌‌ ؟

در سیستم های انتقال گشتاور کوپلینگ ها از اهمیت بالایی برخودار هستند. از کوپلینگ ها برای انتقال سرعت، قدرت و گشتاور یک شافت به شافت دیگر استفاده می‌شوند. این قطعات در تنوع بسیار زیادی ساخته شده و دلیل این نیز مشکلاتی است که در زمینه ارتباط بین دو شافت به وجود می‌آید. کوپلینگ گیربکس با توجه به دقت تراز و گشتاور مورد نیاز، در انواع صلب (Rigid) و انعطاف پذیر (Flexible) ساخته می‌شوند.

کوپلینگ شفت

به کوپلینگ هایی که برای گیربکس ها و الکتروموتور های استفاده می‌شوند و دو شفت دوار مانند محور های محرک را به یکدیگر برای انتقال نیرو متصل می‌کنند، کوپلینگ شفت می‌گویند. از این قطعات در موتورها، پمپ ها، ژنراتورها، کمپرسورها و … استفاده می‌شود. در ادامه این مقاله انواع کوپلینگ گیربکس را بررسی کرده و کاربرد ها و مشکلاتی که ممکن است برای آنها رخ دهند را عنوان خواهیم کرد.

کاربرد کوپلینگ گیربکس

یک کوپلینگ شفت می‌تواند چندین عملکرد را در یک ماشین داشته باشد. طراحی این قطعات به گونه ای است که موجب می‌شود تا ویژگی های زیر در عملکرد کوپلینگ ها دیده شوند.

• برای اتصال محور واحدهایی که جداگانه تولید می‌شوند مانند الکتروموتور ها، پمپ ها، گیربکس ها و … (همچنین قطع کننده اتصال هنگام تعمیر)
• ناهماهنگی محور ها
• ایجاد انعطاف پذیری مکانیکی
• محافظت در برابر اضافه بار
• جذب شوک و ارتعاش
• قطع جریان گرما
• انتقال نیرو

انتقال نیرو

هدف اصلی استفاده از کوپلینگ در بیشتر موارد، انتقال نیرو و گشتاور از یک شفت محرک به یک محور محرک است. به عنوان مثال، یک کوپلینگ را در نظر بگیرید که یک موتور را به یک پمپ صنعتی یا یک کمپرسور متصل می‌کند.

جذب شوک و ارتعاش

یک کوپلینگ شفت می‌تواند هرگونه شوک و ارتعاش از محور محرک را صاف کند. این ویژگی سبب می‌شود تا سایش قطعات کاهش یافته و در مقابل طول عمر آنها نیز افزایش یابد. بنابراین کوپلینگ، ضربه و ارتعاش ناشی از انتقال را جذب می‌کند تا اجزای اطراف در برابر آسیب محافظت شوند.

ناهماهنگی محور ها

ناهماهنگی بین شفت ها می‌تواند ناشی از اشتباهات اولیه نصب باشد یا ممکن است در طول زمان به دلایل دیگر ایجاد شود. اکثر کوپلینگ گیربکس ها می‌توانند درجاتی از ناهماهنگی (محوری، زاویه ای و موازی) بین شفت ها را در خود جای دهند.

قطع جریان گرما

یک کوپلینگ شفت همچنین می‌تواند جریان گرما را بین شفت های متصل به یکدیگر قطع کند. اگر محرک اصلی در حین کار تمایل به گرم شدن داشته باشد، ماشین آلات سمت محرک از قرار گرفتن در معرض این گرما محافظت می‌شوند.

حفاظت از اضافه بار

کوپلینگ های ویژه ای که به عنوان کوپلینگ مکانیکی ایمنی اضافه بار شناخته می‌شوند، همانطور که از اسمشان پیداست با هدف حفاظت از اضافه بار طراحی شده‌اند. این قطعات که به کوپلینگ های محدود کننده گشتاور نیز معروف هستند با تشخیص وضعیت اضافه بار، اتصال بین دو شفت را قطع می‌کنند. این قطعات برای محافظت از ماشین های حساس، یا می‌لغزند یا قطع می‌شوند.

انحراف در Coupling

در اتصال بین دو شافت ایجاد انحرافات بسیار رایج است. این انحرافات عبارتند از:

• انحراف محوری‌ :‌هنگامی که محور های دورانی دو شافت مطابق هم دیگر نباشند و در حالت موازی قرار گیرند
• انحراف زاویه ای‌: هگامی که محور های دورانی موازی نباشند و نسبت به هم زاویه داشته باشند.
• انحراف مختلط :‌ زمامی که شافت ها زاویه دار باشند و هم محور نباشند

انواع کوپلینگ شفت

کوپلینگ های الکتروموتور و گیربکس دارای اشکال و اندازه های مختلف هستند. برخی از آنها برای کاربردهای عمومی عالی عمل می‌کنند، در حالی که برخی دیگر به صورت سفارشی برای سناریوهای واقعاً خاص طراحی شده اند. برای انتخاب آگاهانه و درست، آشنایی با انواع کوپلینگ و آگاهی از قابلیت ها و تفاوت های آنها بسیار مهم است. در این بخش اطلاعاتی در مورد انواع کوپلینگ ها، دسته بندی آنها و نحوه کار هرکدام را به شما عزیزان ارائه می‌دهیم:

• Rigid coupling
• Flexible coupling
• Sleeve or muff coupling
• Split muff coupling
• Flange coupling
• Gear coupling
• Universal joint (Hooke’s joint)
• Oldham coupling
• Diaphragm coupling
• Jaw coupling

کولیپنگ صلب (سفت) Rigid Coupling

همانطور که از نام آن پیداست، یک کوپلینگ صلب اجازه حرکت نسبی کمی بین شفت ها را می‌دهد. زمانی که مهندسان به تراز دقیق نیاز داشته باشند، کوپلینگ های صلب را ترجیح میدهند. دقت داشته باشید که هر کوپلینگ شفت که بتواند هر گونه حرکت نامطلوب شفت را محدود کند، به عنوان کوپلینگ Rigid یا صلب شناخته میشود. در واقع این نام، تنها یک اصطلاح است که شامل برخی از کوپلینگ های با کاربری خاص میشود. برخی از آنها عبارتند از کوپلینگ های فشاری، فلنجی و پوسته ای (غلافی).

زمانی که مدل های صلب استفاده میشود، در واقع آنها به عنوان یک محور عمل میکنند. از این قطعات برای کاربرد های عمودی مانند پمپ های عمودی استفاده میشوند. همچننی یکی دیگر از کاربرد های آنها، انتقال گشتاور در کاربرد های با گشتاور بالا مانند توربین های بزرگ است.

کوپلینگ گیربکس انعطاف پذیر Flexible coupling

هر کوپلینگ گیربکس یا الکتروموتوری که بتواند میزانی از حرکت نسبی بین شفت ها را مجاز کرده و ارتعاش را ایزوله کند، به عنوان کوپلینگ انعطاف پذیر شناخته می‌شود. در واقع اگر شفت ها همیشه به طور کامل، تراز بودند و ماشین ها نیز در حین کار، حرکت یا لرزشی نداشتند، نیازی به کوپلینگ انعطاف پذیر نبود.

اما متاسفانه، همیشه اینگونه نیست و طراحان باید با تمام مسائل فوق در طراحی ماشین ها دست و پنجه نرم كنند. یک کوپلینگ انعطاف پذیر می‌تواند ماشین ها را تا حدی ثابت کند. این قطعات میتوانند میزان سایش و خرابی ماشین ها را کاهش دهند کوپلینگ انعطاف پذیر نیز یک اصطلاح به برای گروه خاصی از کوپلینگ ها حساب میشود که اکثریت کوپلینگ های مورد استفاده امروزی را شامل میشوند مانند کوپلینگ دنده ای، اتصال یونیورسال و کوپلینگ اولدام و …

کوپلینگ پوسته ای یا ماف Sleeve or muff coupling

مدل ماف یا پوسته ای، ساده ترین نوع کوپلینگ صلب است که از چدن ساخته شده است. کوپلینگ Sleeve شامل یک شفت، کلید، پوسته یا ماف و یک استوانه توخالی است که قطر داخلی آن با شفت یکسان می‌باشد. با کمک یک کلید سر قلاب، روی انتهای دو شفت ثابت می‌شود.

انتقال نیرو از یک شفت به شفت دیگر توسط یک کلید و یک پوسته یا غلاف انجام می‌شود. لازم است که تمام عناصر باید به اندازه کافی قوی باشند تا گشتاور را منتقل کنند.

اسپلیت ماف یا کوپلینگ گیره ای Clamped ,Split muff coupling

این مدل به عنوان کوپلینگ اسپلیت ماف شناخته می شود. در این نوع کوپلینگ ها، ماف یا پوسته به دو نیم، ساخته شده و به هم پیچ می‌شود. نیمه ها از چدن ساخته شده‌اند. آنها توسط پیچ و مهره به یکدیگر متصل می‌شوند. این کوپلینگ به طور گسترده در سرعت های سنگین استفاده می‌شود. همچنین برای مونتاژ یا جداسازی کوپلینگ، نیازی به تغییر موقعیت محور نیست.

کوپلینگ فلنجی Flange Coupling

این کوپلینگ ها از دو فلنج چدنی تشکیل شده‌اند که در انتهای هر شفت ثابت می‌شوند. به این صورت که دو فلنج با پیچ و مهره به هم متصل می‌گردند. در این قطعات یکی از فلنج ها دارای قسمت برآمدگی و فلنج دیگر دارای یک فرورفتگی مشابه است. این کمک می‌کند تا شفت را در یک خط قرار داده و تراز را حفظ کنید. این دو فلنج توسط پیچ و مهره به هم متصل می شوند.

برای خرید انواع گیربکس صنعتی به این بخش از وبسایت آرشا صنعت مراجعه کنید.

کاربرد کوپلینگ فلنجی معمولاً در سیستم های لوله کشی تحت فشار و برای بارهای سنگین استفاده می‌شود، از این رو، در شفت های بزرگ بسیار مفید است. این coupling ها زمانی به کار می روند که اتصال دقیق شافت ها مورد نیاز باشد چرا که عدم میزان بودن دو شافت روی بازده و عملکرد آن ها تاثیر می گذارد.

کوپلینگ پین بوش Bush Pin Coupling

از این قطعات برای انحراف کمی موازی، ناهماهنگی زاویه ای یا ناهماهنگی محوری دو شفت استفاده می شود. دارای دو نیمه است که از نظر ساختاری با یکدیگر متفاوت هستند. از ویژگی های مدل پین بوش، فاصله 5 میلی متری بین وجه های دو نیمه است. می‌توان آنها را نوع اصلاح شده کوپلینگ های فلنجی که محافظت می‌شوند به شمار آورد.

در این کوپلینگ ها از بوش های چرمی و لاستیکی روی پین ها استفاده می‌کنند و چین ها به کمک مهره هایی خاص به فلنج ها وصل می‌گردند. درحالی که روی فلنج دیگر شل نگه داشته می‌شوند. از این کوپلینگ ها برای اتصال شافت هایی که انحراف های مختلف دارند (به میزان کم) استفاده می‌کنند. بوش های لاستیکی شوک ها و ارتعاشات را جذب می‌کنند، به همین دلیل از این مدل ها برای کوپل کردن ماشین آلات مکانیکی نیز استفاده می‌شود.

کوپلینگ یونیورسال Universal Coupling

کوپلینگ یونیورسال به نام کوپلینگ هوک (Hooke) نیز شناخته می شود. این قطعه زمانی استفاده می شود که محور دو شفت با زاویه کوچکی قطع شود. شیب دو شفت می تواند ثابت باشد، اما در عمل، زمانی که حرکت از یک شفت به شفت دیگر منتقل می شود، این تغییر می کند.

این کوپلینگ ها به طور گسترده ای در انتقال نیرو استفاده می شوند. کوپلینگ Universal در انتقال از گیربکس به دیفرانسیل خودرو دیده می شود. در این شرایط از دو کوپلینگ یونیورسال در هر انتها استفاده می شود. یکی در انتهای میل پروانه به گیربکس و یکی در دیفرانسیل به انتهای دیگر.

کوپلینگ گیربکس اولدهام Odlham Coupling

کوپلینگ اولدام در مواردی استفاده می شود که دو شفت دارای ناهماهنگی جانبی هستند. شکل زیر نمودار شماتیک جفت اولدام را نشان می دهد. این شکل، از دو فلنج A و B با شکاف ها و یک قسمت شناور میانی E با دو زبانه T1 و T2 تشکیل شده است.

قسمت میانی با استفاده از پین هایی که روی فلنج ها و قطعات شناور نصب می شوند ثابت می شود. زبانه T1 در فلنج A قرار می گیرد که امکان حرکت به جلو و عقب را فراهم می کند و T2 در فلنج B قرار می گیرد و امکان حرکت عمودی قطعات را فراهم می کند.

کوپلینگ دنده Gear Coupling

کوپلینگ دنده ای یک نسخه اصلاح شده از کوپلینگ فلنج است. Gear Coupling ها به دلیل اندازه بزرگ دندانه ها می توانند گشتاور بالایی را منتقل کنند. در این نوع کوپلینگ شفت، فلنج و توپی به جای اینکه به عنوان یک قطعه واحد به عنوان کوپلینگ فلنجی باشند، به طور جداگانه با هم مونتاژ می شوند.
ساختار این کوپلینگ ها به گونه ای است که، هر مفصل دارای یک جفت دنده داخلی و خارجی نسبت دنده 1:1 است. و کوپلینگ دنده ای محدود به انحرافات زاویه ای در حدود 0.01-0.02 اینچ به صورت موازی و 2 درجه در زاویه است.

کوپلینگ شفت آرواره ای Jaw Coupling

این کوپلینگ برای انتقال توان عمومی استفاده می‌شود و در برنامه های کاربردی کنترل حرکت نیز کاربرد دارد. کوپلینگ آرواره ای گیربکس برای انتقال گشتاور طراحی شده و در عین حال لرزش های سیستم را نیز کاهش داده و ناهماهنگی را تنظیم می‌کند. در نتیجه از سایر قطعات در برابر آسیب محافظت می‌شود. کوپلینگ آرواره ای از دو توپی فلزی و یک درج الاستوپلاست به نام عنصر تشکیل شده است که به نام “عنکبوت” نیز شناخته می شود.

مزایای کوپلینگ آرواره ای یا کوپلینگ عنکبوتی (Spider Coupling) به شرح زیر است:

• این سیستم می تواند ناهماهنگی زاویه ای و بارهای واکنشی ناشی از ناهماهنگی را تحمل کند.
• دارای گشتاور خوبی به قطر خارجی است.
• مقاومت شیمیایی خوب و قابلیت مرطوب کنندگی مناسب.

کوپلینگ دیافراگمی Diaphragm Coupling

کوپلینگ های دیافراگمی یکی از کوپلینگ‌های بدون روغن کاری هستند که در توربوماشین‌های با کارایی بالا استفاده می‌شوند و گشتاور را منتقل می‌کنند و در خدمت ناهماهنگی بین شفت های تجهیزات هستند.
این نوع کوپلینگ، گشتاور را از قطر خارجی به قطر داخلی و سپس از قطر داخلی به قطر خارجی منتقل می کند.

کوپلینگ دیافراگمی از یک یا یک سری صفحات برای اعضای انعطاف پذیر استفاده می کند. این قطعه امکان ناهماهنگی زاویه ای، محوری یا موازی را فراهم می‌سازد. همچنین در مواردی که گشتاور بالا و سرعت بالا مورد نیاز است استفاده می شود.

• کاربرد کوپلینگ شفت چیست؟
  کوپلینگ شفت برای انتقال نیرو و گشتاور بین دو شفت دوار مانند موتورها و پمپ ها، کمپرسورها و ژنراتورها استفاده می‌شود.
• آیا کوپلینگ های انعطاف پذیر خوب هستند؟
  کوپلینگ های انعطاف پذیر می‌توانند برخی ناهماهنگی ها را در خود جای دهند، اما نباید به عنوان بهانه ای برای تراز ضعیف استفاده شوند. ناهماهنگی کوپلینگ های انعطاف پذیر می‌تواند منجر به نیروی بیش از حد بر موتور یا بار محرک شود. در نتیجه امکان اینکه منجر به خرابی سایر اجزا یا ایجاد مقدار زیادی لرزش شود، وجود دارد.