S eriaTrR A N SPO R T z. 48 N r kol. 1604
Sylwester M A R K U SIK , T adeusz O PA SIA K
WPŁYW BŁĘDÓW MONTAŻOWYCH WSPÓŁPRACUJĄCYCH WAŁÓW ŁĄCZONYCH SPRZĘGŁAMI PODATNYMI OPONOWYMI NA ICH W SPÓŁCZYNNIK TŁUMIENIA
Streszczenie. A rtykuł przed staw ia w yniki badań w pływ u błęd ó w m ontażow ych, sprzęgieł podatnych oponow ym typu A SO , n a zm ianę ich w spółczynnika tłum ienia. B adania przeprowadzono na stanow isku laboratoryjnym um ożliw iającym sym ulow anie błędów montażowych, w spółpracujących w ałów .
AN INFLU ENCE OF A SSEM B LY FOULT ON C O EFIC IEN T DAM PING OF TIRE FLEX IBLE CO U PLIN G ITS DRIVE SYSTEM
Sum m ary. In this p a p e r is p resented result o f research w ork flexible coupling type A SO and an influence o f assem bly fault on coefficient dam ping o f tire flexible couplings its drive system. T hose ch aracteristics describe o f flexible coupling in driving. It presented result o f research influence an g u lar m isalignm ent to dynam ic characteristics o f researched flexible coupling.
1. WSTĘP
U trzym anie w spraw ności układu napędow ego w czasie eksploatacji w ym aga bardzo dokładnego ustaw ienia w sp ółpracujących w ałów układu napędow ego, ja k i ich o kresow ą kontrolę. W w yniku długotrw ałej eksploatacji m aszyny roboczej m o g ą nastąpić zm iany w ustawieniu tych zespołów (np. w yniku deform acji fundam entu pod m aszy n ą roboczą). Na sprzęgle podatnym kum uluje się w tedy efekt błędów m ontażu. Pod w pływ em błędu montażowego elem ent pod atn y ulega deform acji, w w yniku czego następuje zm iana współczynnika je g o tłum ienia.
2. RODZAJE I P R Z Y C Z Y N Y B ŁĘ D Ó W M O N T A ŻO W Y C H W U K Ł A D A C H N APĘD O W YCH
2.1. Rodzaje błędów m otażow ych w napędach maszyn roboczych
Przy połączeniu w spółpracujących ze sobą w ałów z a p o m o cą sprzęgła podatnego m ogą wystąpić błędy w ich m ontażu. C zynności zw iązane z osiow aniem w ałów s ą przeprow adzane na samych m aszynach. Silniki są dosuw ane do reduktorów m aszyny roboczej, a następnie
38 S. M arkusik, T. O pasiak
łączone za p o m o cą tych sprzęgieł. B łędy m ontażow e m o g ą polegać n a niew spółosiow ości wałów: prom ieniow ej (1), osiow ej (2), kątow ej (3) (rys. 1).
1.
Przem ieszczenie kątow e
( a - w artość odchylenia kątow ego)
2 .
Przem ieszczenie prom ieniow e (a - w artość przem ieszczenia)
3.
J - b- ■--- , H I ! i 1 - --
P rzem ieszczenie osiow e (b - w artość odsunięcia)
Rys. 1. N iew spółosiow ość w ałów napędow ych łączonych sprzęgłam i podatnym i oponow ym i F ig .l. M isalignm ent o f drive shafts connected b y tire flexible coupling
2.2. Przyczyny błędów m ontażow ych w w arunkach przem ysłow ych
M odułow a bu d o w a poszczególnych zespołów m aszynow ych pociąga za sobą konieczność dokładnego ustaw ienia tych zespołów w m iejscu p racy m aszyny roboczej, polegającego na dokładnym ustaw ieniu w spółpracujących zespołów w zględem siebie za pom ocą laserow ych przyrządów do osiow ania w ałów [3].
W ystępow anie błęd ó w m ontażow ych w układach napędow ych m aszyn roboczych m oże w ynikać z: błędów w ustaw ieniu w ałów na stanow isku p racy m aszyny roboczej, błędów konstrukcyjnych m aszyny roboczej, złej obróbki m echanicznej p oszczególnych elem entów zespołów napędow ych, odkształceń cieplnych w czasie pracy, osiadania fundam entów pod m aszyną ro b o czą po dłuższym okresie je j eksploatacji.
P recyzyjne p o m iary w ustaw ieniu m aszyny roboczej, w ykonane w w arunkach przem ysłow ych, n ig d y nie d o ró w n ają ustaw ieniu m aszyny w w arunkach laboratoryjnych, gdzie w pływ czynników zew nętrznych je s t praktycznie w yelim inow any. W w arunkach przem ysłow ych n a praw idłow o u staw io n ą m aszynę w czasie eksploatacji m a w pływ w iele czynników zew nętrznych zależnych od: konstrukcji zespołów m aszyny roboczej, jakości fundam entu, rozkładu tem p eratu r w elem entach m aszyny roboczej. W adliw a konstrukcja fundam entu m oże pow odow ać jeg o obsuw anie się lub w ygięcie pod w pływ em obciążenia m aszyną roboczą. N a przykład, w przypadku transportu przez pom py gorącego m edium będzie się to charakteryzow ać zm ian ą geom etrii osiow ania, począw szy od stanu zim nego do stanu gorącego układu napędow ego.
3. PA RA M ETRY C H A R A K T E R Y Z U JĄ C E SPR ZĘ G ŁA P O D A TN E
T łum ienie je s t zjaw iskiem , które obrazuje stratę energii, je d n a k ze w zględu na złożoną budow ę w ew nętrzną łącznika gum ow ego sprzęgła podatnego oponow ego typu A SO m ożna je w yznaczyć jed y n ie n a p odstaw ie badań laboratoryjnych. P unktem w y jścia je s t w yznaczenie pętli histerezy (rys.2 ) bad an eg o sprzęgła i n a jej podstaw ie w yznaczenie w spółczynnika tłum ienia z zależności ( 1) [2 ],
Przy dobieraniu sp rzęg ła podatnego do układu napędow ego n iezbędna je s t znajom ość jego cech określających w arunki p racy napędu oraz znajom ość charakterystyki sprężystej i tłumiącej zastosow anego sprzęgła podatnego (rys.2). W łasności te m o żn a odczytać tylko z jeg o charakterystyk dynam icznych, w yznaczanych na specjalnych stanow iskach badaw czych (rys.3) [3,4,5].
Rys. 2. Przykłady histerezy w sprzęgłach podatnych oponow ego typu A SO [4]
Fig. 2. Exam ple o f histeresis in tire flexible coupling type A SO
3.1. W spółczynnik tłu m ien ia sprzęgła „ip”
( 1)
gdzie: A r - praca tłu m ien ia podczas jed n eg o cyklu obciążenia, A s - p ra c a odkształcenia sprężystego p o d czas jed n eg o cyklu obciążenia.
3.2. Sztyw ność skrętna sp rzęgła „C"
c = -M . (2)
<P
gdzie: M s - przenoszony m o m en t obrotow y, ę - k ąt w zględnego skręcenia członów sprzęgła.
Pow yższe p aram etry charakterystyki określają cechy konstrukcyjne sprzęgła podatnego i m ogą być m iarą do o cen y je g o ja k o śc i oraz przydatności sprzęgieł podatnych do napędu.
40 S. M arkusik, T. O pasiak
Rys. 3. Stanow isko laboratoryjne do w yznaczania charakterystyk dynam icznych sprzęgieł podatnych
Fig. 3. Test stand for determ ination o f dynam ie characteristics o f flexible coupling
3 1-silnik M l , 2-silnik M 2, 3-ram a
kątow nikow a, 4-m om entom ierz, 5 5-tarcza pom iarow a
kąta w zględnego skręcenia członów b adanego sprzęgła, 6-badane sprzęgło
podatne oponow e, 7-ruchom a F podstaw a,
P-kąt w ym uszonego
7 skręcenia członów
badanego sprzęgła, A ,B ,C ,D -śruby
regulacyjne kąta skręcenia osi silnika, E ,F ,G ,H -śruby
regulacyjne przesunięcia p rom ieniow ego silnika.
Rys. 4. Sposób w y w oływ ania b łęd u m ontażow ego n a stanow isku laboratoryjnym Fig. 4. M ethod o f sim ulation o f assem bly m isalignm ent on test stand
4 . BADANIA SPR ZĘ G IEŁ PO D A TN Y C H O PO N O W Y CH Z SY M U L O W A N Y M I BŁĘDAM I M O N T A Ż O W Y M I
Przeprow adzone badania po zw alają uzyskać w spółczynniki tłum ienia sprzęgieł w funkcji zmiennych ich błędów m ontażow ych typu: kątow ego, prom ieniow ego i osiow ego.
Przedstaw ione w ykresy p rezen tu ją przebieg w spółczynnika tłum ienia ja k o efekt sym ulow anego łączonych w ałów błędu m ontażow ego dla charakterystyki statycznej i dynamicznej sprzęgła.
4.1. W y n ik i b a d a n ia w sp ó łc z y n n ik a tłu m ie n ia w sposób staty czn y
—• — 0 50 A S O -133
—■— E LP E X -B -13 5 (g u m a ) A E LP E X -B -13 5 (p o liu re ta n ) - X — 0 01 A S O -132
0 1 2 3 4
Btąd k ą to w y [o]
Rys. 5. W pływ błędu kątow ego ustaw ienia w ałów na w artość w spółczynnika tłum ienia dla charakterystyki statycznej sprzęgła
Fig. 5. An influence o f anglar m isalignm ent on value o f dam ping coefficient for static characteristic o f coupling
—A— 0 50 A S O -133
—« — E L P E X -B -1 3 5 (g u m a )
A E L P E X -B -1 3 5 (p o liu re ta n ) - X —001 AS 0 -1 3 2
-2 -1,5 -1 -0 ,5 0 0,5 1 1,5 2
B łą d o s io w y [m m ]
Rys. 6 . W pływ błędu osiow ego ustaw ienia w ałów na w artość w spółczynnika tłum ienia dla charakterystyki statycznej sprzęgła
Fig. 6 . An influence o f axial m ovem ent on value o f dam ping coefficient for static characteristic o f coupling
42 S. M arkusik, T. O pasiak
Błąd prom ieniowy [mm]
- 0 5 0 A S O -1 3 3
- E L P E X -B -1 3 5 (g u m a )
- E L P E X -B - 1 3 5 (p o liu re ta n ) -0 0 1 A S O -1 3 2
Rys. 7. W pływ błędu prom ieniow ego ustaw ienia w ałów na w artość w spółczynnika tłum ienia dla charakterystyki statycznej sprzęgła
Fig. 7. An influence o f parallel offset m isalignm ent on value o f dam ping coefficient for static characteristic o f coupling
4.2. W yniki badania w spółczynników tłum ienia w sposób dynam iczny
- 050ASO-133
• ELPEX-B-135(guma)
■ ELPEX-B- 135(poliuretan)
■ 001ASO-132
Kąt niew spółosiow ości [o]
Rys. 8 . W pływ błędu kątow ego ustaw ienia w ałów na w artość w spółczynnika tłum ienia dla charakterystyki dynam icznej sprzęgła
Fig. 8 . An influence o f anglar m isalignm ent on value o f dam ping coefficient for dynam ic characteristic o f couplings
Błąd osiowy [mm]
— 050ASO-133
— ELPEX-B-135(guma)
—a— ELPEX-B-135(poliuretan) - x - 001 ASO-132
Rys. 9. W pływ błędu osiow ego ustaw ienia w ałów na w artość w spółczynnika tłum ienia dla charakterystyki dynam icznej sprzęgła
Fig. 9. An influence o f axial m ovem ent on value o f dam ping coefficient for dynam ic characteristic o f coupling
— 050ASO-133 ELPEX-B-135(guma)
—a— ELPEX-B-135(poliuretan)
—x— 001ASO-132
Rys. 10. W pływ błędu prom ieniow ego ustaw ienia w ałów na w artość w spółczynnika tłum ienia dla charakterystyki dynam icznej sprzęgła
Fig. 10. An influence o f parallel offset m isalignm ent on value o f dam ping coefficient for dynam ic characteristic o f coupling
44 S. M arkusik, T. O pasiak
W NIOSKI
B adania p rzeprow adzono na reprezentatyw nej grupie sprzęgieł podatnych oponow ych, czterech różnych producentów , d la których w spółczynnik tłum ienia w y znaczony w sposób statyczny w ynosił V|/=l ,4h- 1,7, natom iast dla charakterystyki dynam icznej w yniósł \j/= 0,9h- 1,2 dla praw idłow o ustaw ionych sprzęgieł bez błędów m ontażow ych. B adania te w ykazały, że błędy w m ontażu łączonych w ałów sprzęgłam i podatnym i oponow ym i m ają w pływ na ich w spółczynnik tłum ienia. W ykazały też, że najw iększy w pływ na zm ianę w spółczynnika tłum ienia pow oduje b łąd m ontażow y typu kątow ego i prom ieniow ego zarów no dla badań charakterystyki statycznej, ja k i dynam icznej. N atom iast błędy m ontażow e w ałów typu osiowego nie p ow odują tak dużych zm ian w spółczynnika tłum ienia. Przeprow adzone badania w ykazały rów nież, że p o głębiający się błąd m ontażow y typu kątow ego i prom ieniow ego pow oduje dla charakterystyki statycznej w zrost w spółczynnika tłum ienia, a dla charakterystyki dynamicznej obniżenie się tego w spółczynnika.
Literatura
1. M arkusik S.: C harakterystyki sprzęgieł podatnych. Z eszyty N aukow e P olitechniki Śląskiej;
seria: T ransport, z.34, G liw ice 1998.
2. M arkusik S.: Sprzęgła mechaniczne. W ydaw nictw a N aukow o-T echniczne, W arszaw a 1979.
3. O pasiak T.: W pływ błędów montażu sprzęgieł skrętnie podatnych na ich stabilność dynamiczną. M aszyny D źw igow o-T ransportow e, B ytom , n r 4/2002.
4. O pasiak T.: M etody w yznaczania charakterystyk statycznych i dynam icznych sprzęgieł podatnych, M aszyny D źw igow o-T ransportow e nr 2/2000.
5. Chm uraw a M .: M etod y i stanowisko do wyznaczania statycznych charakterystyk sprzęgieł podatnych. Z eszyty N aukow e Politechniki Śląskiej, seria: T ransport, z.34, G liw ice 1998.
Recenzent: Prof. dr hab. inż. Jerzy A ntoniak
Abstract
Fundam ental task o f m achine drives designers is assuring reliability operation o f designed m achine. E ach drive unit should transfer static load at m inim al dynam ic load in determ ined lim its. To m eet th ese requirem ent it is necessary to know the dynam ic processes influencing designing o f drive system s. U nknow n o f dynam ic phenom ence can m eaningly change operational properties o f m achine w hich enable proper operation in required conditions.
R egarding m odular construction o f m achines im portant role in revolving jo in ts play m echanical couplings esp ecially flexible coupling. A pplication o f that kind o f couplings im plies reducing unprofitable dynam ic phenom ena. That reduction follow s as resu lt o f proper dam ping properties o f the flexible elem ent. It elim inates in certain level unevenness o f transm itted torque.
Wykonano w ram ach p ra c y badawczej B W - 454/RM -3/2003
