Khớp nối bánh răng là gì ? Khớp nối bánh răng là một trong những phương pháp được sử dụng phổ biến nhất để kết nối thiết bị quá trình. Khi được lựa chọn, lắp đặt và bảo trì đúng cách, chúng có thể mang lại tuổi thọ cao và độ tin cậy tốt.
Khớp nối bánh răng cung cấp một số lợi thế so với các khớp nối khác, bao gồm khả năng sai lệch vừa phải, độ cứng xoắn đặc biệt và mật độ mô-men xoắn rất cao.
Tuy nhiên, khi nói đến độ tin cậy của khớp nối bánh răng, có nhiều lĩnh vực có thể bắt đầu hỏng hóc. Thường thì những lỗi này bắt đầu do thiếu kiến thức hoặc thiếu thực hiện các nguyên tắc cơ bản nhất định, những nguyên tắc cần thiết để các khớp nối này chạy một cách đáng tin cậy.
Thiết kế, Lựa chọn và Định cỡ
Lựa chọn khớp nối chính xác cho ứng dụng là rất quan trọng đối với độ tin cậy của khớp nối bánh răng. Sử dụng các bước sau để giúp quá trình lựa chọn dễ dàng hơn:
- Chọn kiểu dáng và thiết kế khớp nối (Fast’s, Series H hoặc Waldron; các nửa linh hoạt và cứng; khớp nối đóng hoặc trục nổi; thông số kỹ thuật của bánh răng và các yêu cầu về độ lệch).
- Chọn hệ số dịch vụ (SF) từ biểu đồ khớp nối bánh răng của nhà sản xuất thiết bị gốc (OEM). Tải trọng xung kích hoặc tải trọng thay đổi có thể gây ra hỏng hóc sớm nếu không sử dụng đủ SF. Các yếu tố dịch vụ điển hình nằm trong khoảng 1,5 đến 2,0. Một số nhà sản xuất thậm chí có thể chỉ định hệ số sai lệch đối với định cỡ khớp nối bánh răng khi dự kiến có độ lệch khớp nối cao hơn.
- Tính toán yêu cầu về mô-men xoắn (T) của ứng dụng dựa trên mã lực phanh thiết kế (BHP), SF và tốc độ.
- Chọn khớp nối có công suất mômen lớn hơn mômen yêu cầu. Vì hệ số dịch vụ đã được tính vào, không có lý do gì để bổ sung thêm dung lượng.
- Xác nhận rằng khớp nối được chọn có công suất lỗ khoan lớn hơn lỗ khoan ứng dụng thực tế (kích thước trục). Thường thì kích thước lỗ khoan tối đa sẽ thúc đẩy quá trình định cỡ khớp nối và thậm chí tăng công suất mô-men xoắn của khớp nối lên gấp hai đến ba lần so với những gì đã được tính toán trước đó.
- Xác minh độ sâu trục có sẵn cho trục khớp nối và so sánh với độ sâu trục thực tế. Nếu trung tâm quá dài, nó phải được chế tạo quá mức hoặc được gia công lại. Vì sự gắn kết giữa trung tâm với trục là giống nhau trong cả hai phương pháp, nên ưu tiên gia công trung tâm do tác động xoắn của trung tâm quá nhiệt. Nếu trung tâm bị hoạt động quá mức hoặc bị cắt, có thể cần kiểm tra thêm để xác định xem có đủ khả năng truyền mô-men xoắn hay không. Quy tắc ngón tay cái là tỷ lệ 1-1 cho chiều dài trung tâm đến lỗ khoan.
- Kiểm tra biểu đồ cân bằng động để xem liệu khớp nối có cần được cân bằng hay không. Các khớp nối bánh răng tốc độ cao có thể yêu cầu cân bằng.
- Đảm bảo khớp nối sẽ phù hợp với thiết bị và bảo vệ. Đây thường là điều có thể trở thành vấn đề khi có sự sửa đổi thiết kế trên thiết bị hiện có. Các biện pháp bảo vệ cho phép khả năng bảo trì sẽ khuyến khích việc bảo trì thích hợp về lâu dài.
Cài đặt
Một số khớp nối không có nhiều cơ hội sống tốt do cách lắp đặt của chúng. Cũng giống như các bộ phận khác gây tử vong cho trẻ sơ sinh, thường những bộ phận này không chết nhưng bị sát hại. Các yếu tố nhất định của việc lắp đặt khớp nối bánh răng phải được xem xét để đạt được độ tin cậy tối ưu, bao gồm:
- Hub và Tay áo Phù hợp – Xác định loại khớp nối (khe hở, định vị hoặc nhiễu). Các ứng dụng tốc độ cao hơn phải có một sự phù hợp can thiệp thích hợp để bù đắp các tác động của lực ly tâm lên áp suất tiếp xúc trục / trục. Sự can thiệp quá mức của hub có thể dẫn đến nứt hub và hỏng hub.
- Chìa khóa và chỗ lắp rãnh then – Các rãnh then nên có bán kính thích hợp để giảm nguy cơ nứt do mỏi. Chiều dài khóa cần được đo để giảm thiểu sự mất cân bằng khớp nối.
- Hub kính – Đảm bảo khoan trung tâm là đồng tâm để giảm thiểu hub runout.
- Lắp đặt trung tâm – Chọn phương pháp gia nhiệt thích hợp để các đặc tính vật liệu của trung tâm không bị ảnh hưởng và chọn cường độ gia nhiệt thích hợp cho các trung tâm phù hợp với nhiễu để trung tâm trượt dễ dàng trên trục. Không bao giờ sử dụng búa để lắp đặt hoặc tháo các ổ trục vì điều này có thể gây hư hỏng ổ trục.
- Khe hở khớp nối chính xác – Nếu trục nổi có khe hở khớp nối nhỏ, các trục có thể tác động vào nhau dưới sự sai lệch do trục dao động trong quá trình hoạt động.
- Niêm phong thích hợp – Luôn sử dụng các miếng đệm và vòng chữ O thích hợp để chất bôi trơn nằm trong khớp nối.
- Căn chỉnh – Lắp đặt khớp nối sao cho độ lệch nằm trong giới hạn của nhà sản xuất đối với độ lệch trục, góc và lệch trục.
- Lắp ráp dây buộc – Chọn đúng loại dây buộc (mịn hoặc thô, chiều dài, lộ ra, bọc ngoài, v.v.) và cách sắp xếp thích hợp. Mặc dù các bu lông tiêu chuẩn có thể hoạt động, chúng có thể đặt các ren trong mặt phẳng cắt. Khớp nối bu lông cần tải trước chính xác, được thực hiện bằng phương pháp mômen xoắn bu lông thích hợp.
- Bôi trơn – Mua đúng sản phẩm với số lượng phù hợp vào đúng thời điểm để có độ tin cậy khớp nối bánh răng tối ưu.
Các kiểu khớp nối khác nhau có khả năng bôi trơn và lỗ khoan khác nhau. (Tham khảo Kopflex)
Bôi trơn
Có lẽ yếu tố vận hành quan trọng nhất để khớp nối bánh răng trở nên đáng tin cậy là bôi trơn. Lựa chọn chất bôi trơn thích hợp là bước đầu tiên. Nhiều nhà sản xuất khớp nối cung cấp chất bôi trơn của riêng họ cho các khớp nối của họ.
Các khớp nối bánh răng có thể được bôi trơn bằng mỡ hoặc dầu tùy thuộc vào thiết kế. Các khớp nối được bôi trơn bằng dầu sẽ không bị khô như các khớp nối bằng mỡ, trong khi các khớp nối kiểu Fast có công suất lỗ khoan nhỏ hơn.
Công bằng mà nói, hầu hết các khớp nối bánh răng đều được bôi trơn bằng mỡ. Mỡ khớp nối có các đặc tính đặc biệt, vì vậy không bao giờ được sử dụng các loại mỡ bôi trơn đa năng trong các ứng dụng khớp nối bánh răng.
Các khớp nối bánh răng có thể chịu lực ly tâm rất cao, và tách dầu là một yếu tố quan trọng của mỡ khớp nối. Vì mỡ bôi trơn bao gồm dầu và chủ yếu là chất làm đặc, nên cần phải cân nhắc đặc biệt về việc lựa chọn và ứng dụng mỡ bôi trơn khớp nối.
Chất làm đặc xà phòng thường nặng hơn dầu, do đó lực ly tâm có xu hướng lắng đọng chất làm đặc ở các răng bánh răng. Nói chung, loại mỡ có hàm lượng dầu cao của dầu có độ nhớt cao và được xếp hạng cấp 1 từ Viện Dầu bôi trơn Quốc gia (NLGI) được ưu tiên sử dụng.
Có thể xem xét loại mỡ có độ đặc cao hơn cho các ứng dụng tốc độ cao nhưng nên tránh dùng cho các ứng dụng tốc độ thấp.
Thông số kỹ thuật của mỡ có thể bao gồm các giới hạn tốc độ hoặc các thử nghiệm nhất định như hệ số tách K36. Bất kỳ loại dầu mỡ nào cũng sẽ có sự phân tách dầu dựa trên thời gian, nhiệt độ và lực ly tâm.
Hệ số K36 xác định độ tách dầu tối đa của mỡ khi chạy ở 36.000 Gs. Hệ số K36 là 8/24 có nghĩa là lượng dầu tách ra là 8% trong 24 giờ. Trong khi đó, dầu mỡ có hệ số K36 là 3/24 có nghĩa là nó không tách biệt nhiều như dầu mỡ có hệ số K36 là 8/24.
Tách dầu cao hơn mong muốn ở tốc độ thấp hơn (lực G thấp hơn), trong khi tách dầu thấp hơn được ưa thích ở tốc độ cao hơn và nhiệt độ cao hơn. Thiết bị rung động cao cũng có thể tăng cường tách dầu và gây ra hỏng hóc. Các nghiên cứu thậm chí còn chỉ ra rằng tỷ lệ mài mòn khớp nối bánh răng giảm khi tốc độ khớp nối tăng lên.
Chức năng chính của chất bôi trơn trong khớp nối bánh răng là giảm ma sát giữa các răng bánh răng khi chúng trượt vào nhau. Chuyển động tương đối giữa các răng của bánh răng giao phối xảy ra theo hướng trục do trục bị lệch nhẹ. Chuyển động này là dao động, biên độ thấp, tần số tương đối cao và là hàm của độ lệch góc.
Chuyển động dọc trục này giữa các răng bánh răng có thể tạo ra nhiều mài mòn nếu không đủ dầu bôi trơn. Đây là lý do tại sao chất bôi trơn khớp nối bánh răng đóng một vai trò quan trọng như vậy đối với độ tin cậy và tuổi thọ của khớp nối bánh răng.
Sự bôi trơn kém giữa các răng bánh răng tạo ra ma sát cao hơn giữa các răng này, dẫn đến mòn khớp nối bánh răng, sinh nhiệt và tải trọng dọc trục cao đến các ổ trục của thiết bị phối ghép. Khi đó tải trọng dọc trục cao hơn trên vòng bi sẽ làm giảm tuổi thọ của thiết bị.
Máy bơm được hiển thị bên trái có một khớp nối khô đang hoạt động trong điều kiện khóa mô-men xoắn và tạo ra lực dọc trục cao trên thiết bị. Khớp nối đã được thay thế mà không cần thực hiện bất kỳ điều chỉnh nào đối với máy bơm hoặc động cơ.
Thay đổi duy nhất là một khớp nối được bôi trơn tốt, giúp giảm ma sát răng và giảm lực dọc trục từ khớp nối đến máy bơm và động cơ. Kết quả là nhiệt độ hoạt động của ổ trục máy bơm đã giảm đáng kể.
Bảo trì
Bảo dưỡng là yếu tố cuối cùng để đảm bảo độ tin cậy của khớp nối bánh răng cho tuổi thọ thiết bị lâu dài. Trong khi ba yếu tố đầu tiên liên quan nhiều hơn đến việc thiếu kiến thức, việc bảo trì thường đi kèm với việc thiếu khả năng thực hiện.
Thật không may, điều này đòi hỏi kỷ luật của các nhóm vận hành và bảo trì cũng như sự can đảm của người quản lý để dành các nguồn lực để đảm bảo rằng điều đó có thể xảy ra.
Các khuyến nghị điển hình từ các nhà sản xuất khớp nối bánh răng yêu cầu khôi phục lại ít nhất 12 tháng. Quy trình phục hồi sẽ bao gồm phá vỡ, làm sạch, kiểm tra và đóng gói khớp nối bằng dầu mỡ mới.
Thông thường, không nên sử dụng súng bắn mỡ khi khớp nối đã bị hỏng và sẵn sàng tiếp nhận mỡ mới. Khi một khớp nối bánh răng được bôi trơn qua một khớp nối thay vì đóng gói bằng tay, nó có thể dẫn đến quá tải và tình trạng khóa thủy lực có thể xảy ra, gây ra lực dọc trục cao trên thiết bị. Tình trạng khóa thủy lực thậm chí có thể gây khó khăn cho việc căn chỉnh, vì các trục có thể khó quay.
Một số ứng dụng yêu cầu khôi phục lại sau sáu tháng để đảm bảo độ tin cậy tốt. Những ứng dụng này có thể bao gồm tốc độ cao (lực G cao), nhiệt độ cao, lệch hoặc rung.
Dung tích bể chứa chất bôi trơn nhỏ hơn cũng có thể là một yếu tố làm giảm khoảng thời gian. Tuy nhiên, quyết định sử dụng lâu hơn 12 tháng mà không được bổ sung dầu mỡ trên khớp nối bánh răng là một động thái có rủi ro cao không được khuyến khích.
Việc bảo dưỡng thường xuyên các khớp nối bánh răng cần phải được chăm sóc đặc biệt liên quan đến nhiều yếu tố lắp đặt đã được thảo luận trước đây. Khi kiểm tra các miếng đệm và vòng đệm chữ O, hãy đảm bảo chất bôi trơn nằm trong khớp nối cho đến khi công việc bảo dưỡng tiếp theo được lên lịch. Các phụ kiện dầu mỡ nên được loại bỏ trước khi hoàn thành bảo trì.
Những phụ kiện này đã được biết là làm rò rỉ chất bôi trơn và có thể va vào bảo vệ, gây mất chất bôi trơn. Dưới lực ly tâm cao, mỡ phải được làm kín hoàn toàn trong khớp nối. Việc bảo vệ cũng phải cho phép đủ quyền truy cập để không cần phải loại bỏ hoàn toàn để bảo trì khớp nối bình thường.
Hãy nhớ rằng, độ tin cậy không dành cho những người yếu tim. Hầu hết tất cả các yếu tố này phải được thực hiện chính xác để đạt được độ tin cậy của khớp nối bánh răng tốt. Đây là lý do tại sao công việc của các chuyên gia bảo trì và độ tin cậy hiếm khi hoàn thành.
