کوپلینگ (coupling)
کوپلینگ (coupling) وسیله ای است که برای اتصال دو شفت به منظور انتقال قدرت به طور معمول کوپلینگ ها در حین عملکرد به شفت‌ها اجازه‌ی جدا شدن نمی‌دهند گرچه کوپلینگ های محدودکننده‌ی گشتاور می‌توانند زمانی که میزان گشتاور از حدی بالاتر برود دچار لغزش و یا جدایی شوند.
کاربردهای کوپلینگ
هدف اولیه‌ی کوپلینگ ها این است که دو قطعه‌ی دوار را به هم متصل کنند و درعین‌حال که اجازه انحرافاتی را به آن‌ها می‌دهند. با انتخاب، نصب و نگهداری دقیق کوپلینگ ها می‌توان صرفه‌جویی زیادی در هزینه نگهداری و زمان خروج از کارکرد به عمل آورد.انواع کوپلینگ
کوپلینگ های شفت در ماشین‌آلات برای اهداف مختلفی استفاده می‌شوند که معمول‌ترین آن‌ها عبارت‌اند از:
فراهم کردن اتصال شفت‌های دستگاه‌هایی مانند موتور و ژنراتور که به‌طور جداگانه ساخته شده‌اند و همچنین قطع ارتباط در زمان تعمیرات یا جابجایی‌ها
فراهم کردن امکان نامیزانی شفت‌ها و ایجاد انعطاف‌پذیری مکانیکی
کاهش انتقال‌های ناگهانی از یک شفت به دیگری
محافظت در برابر اضافه‌بار
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 می‌شوند، به دلایلی متعددی می‌تواند انحرافاتی داشته باشد. انحرافات به سه دسته تقسیم می‌شوند:
1- انحراف محوری
هنگامی‌که محور دوران شفت‌های اتصالی موازی باشند (منطبق نباشند)، انحراف محوری وجود دارد.
2- انحراف زاویه‌ای
هنگامی‌که محور دوران شفت‌های اتصالی نسبت به هم زاویه داشته باشند (موازی نباشند)، انحراف زاویه‌ای وجود دارد.
3- انحراف مختلط
هرگاه محور دو شفت هم زاویه‌دار باشند و هم‌محور نباشند این نوع انحراف را داریم.
انواع کوپلینگ (coupling)
کوپلینگ های گیره‌ای یا فشاری به‌صورت دوتکه هستند که به دو طرف شفت‌ها متصل می‌گردند تا یک غلاف تشکیل دهند. این کوپلینگ ها نسبت به مدل‌های غلافی انعطاف‌پذیری بیشتری نشان می‌دهند و می‌توانند برای شفت‌هایی که در محل ثابت می‌شوند به کار روند. آن‌ها معمولاً به‌اندازه‌ای بزرگ هستند که پیچ می‌تواند از تمام کوپلینگ عبور کند و وارد نیمه‌ی دوم شود تا از نگهداری ایمن اطمینان حاصل شود.
کوپلینگ های فلنجی صلب برای بارهای سنگین یا تجهیزات صنعتی طراحی شده‌اند. این کوپلینگ ها از غلاف‌های کوتاهی تشکیل شده‌اند که توسط یک فلنج عمود بر آن تشکیل شده‌اند. بر روی هر شفت یک کوپلینگ قرار می‌گیرد و بنابراین دو فلنج رو به روی هم قرار می‌گیرند. سپس تعدادی پیچ یا پیچ و مهره را می‌توان در فلنج ها نصب کرد تا کنار هم قرار گیرند. به دلیل اندازه و دوام آن‌ها می‌توان از واحدهای فلنجی برای تراز کردن شفت‌ها قبل از اتصال آن‌ها به یکدیگر استفاده کرد. کوپلینگ های صلب زمانی به کار می‌روند که نیاز به تراز دقیق شفت باشد. نامیزانی شفت‌ها روی عملکرد و همچنین عمر کوپلینگ اثر می گذارد
1- کوپلینگ های غلافی (SLEEVE COUPLING)
کوپلینگ غلافی از یک لوله تشکیل شده است که قطر داخلی آن مطابق با تلرانس مورد نیاز شفت می‌باشد. بسته به نیاز و کاربرد کوپلینگ برای انتقال گشتاور از یک خار و یک شیار خار در داخل آن استفاده می‌شود. 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 می‌شوند. در این مورد انتهای شفت ها با هم کوپل و مقابل هم مماس شده و به وسیله ی یک غلاف پوشیده می‌شود. یک خار سر قلابی فرورونده دو شفت را نگه داشته و در هم غلاف می‌شوند. کوپلینگ های غلافی ساده ترین نوع کوپلینگ هستند که معمولاً از چدن ساخته شده‌اند. این کوپلینگ ها از یک قطعه لوله ی توخالی تشکیل شده‌اند که اندازه قطر داخلی آن‌ها با قطر شفت ها برابر است. لوله روی دو انتهای شفت با کمک خار فرورونده مخروطی شکل تنظیم می‌شود. 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 معمولاً از جنس چدن ساخته شده و توسط پیچ یا پیچ و مهره فولادی به هم متصل می‌شوند. 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 می‌باشد 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.
پست پروسسور های نرم افزار پرونست ProNestبیشتر بخوانید
این دستگاه کوپلینگ که جایگزین خار موازی متداول می‌باشد امکان حرکت به سبب سایش شیار خار را از بین می برد. این قطعه بسیار محکم تر از خار می‌باشد چون نگهداری آن تنها نیازمند یک قطعه بوده و چرخش بالانس خود به خودی نشان می‌دهد 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 می‌شود. کوپلینگ های انعطاف پذیر می‌توانند نامیزانی تا 3 درجه و اندکی نامیزانی موازی را در خود جای دهند. علاوه بر این می‌توانند 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 می‌باشد. این نوع از کوپلینگ دارای پین است و با پیچ و مهره کوپل می‌شود. از بوش های لاستیکی ویا چرمی بر روی پین ها استفاده می‌شود. کوپلینگ دارای دو نیمه ی با ساختار مختلف است. پین ها به وسیله ی یک مهره به یک فلنج محکم می‌شوند و بر روی فلنج دیگر شل نگه داشته می‌شوند. این کوپلینگ برای اتصال شفت‌هایی 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، معمولاً برای کوپل کردن موتورهای الکتریکی و ماشین‌آلات مکانیکی استفاده می‌شوند.
2-5- کوپلینگ میله ای (BEAM COUPLING)
کوپلینگ میله ای که به عنوان کوپلینگ هلیکال نیز شناخته می‌شود، 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 می‌شود و انعطاف‌پذیری 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 می‌شوند، 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 ویژگی‌های عملکردی مانند ظرفیت گشتاور و سختی پیچشی می‌شود. 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 می‌شود. مواد مورد استفاده معمولاً 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 می‌باشد.
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 می‌دهند. تغییر شکل یک صفحه یا مجموعه ای از صفحات از I.D به O.D باعث جبران نامیزانی می‌شود.
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 می‌دهند. گشتاور از طریق یک سری دیسک های نازک از جنس فولاد ضد زنگ که به صورت یک پک مونتاژ شده‌اند بین پیچ ها منتقل می‌شود. عدم هم راستایی به وسیله ی تغییر شکل ماده بین پیچ ها انجام می‌شود.
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 می‌شوند.
هر مفصل از یک جفت چرخ دنده داخلی/ خارجی با نسبت دنده ی 1:1 تشکیل می‌شود. 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 می‌شود.
کوپلینگ های دنده ای و مفصل های یونیورسال دارای کاربردهای مشابهی هستند. کوپلینگ ها دنده ای دارای گشتاور بالاتری نسبت به مفصل های یونیورسال هستند و مناسب برای یک فضای محدود طراحی شده‌اند در حالیکه مفصل های یونیورسال دارای انتقال ارتعاش پایین تری هستند. گشتاور در مفصل های یونیورسال به وسیله ی سطح مقطع قطعه ی صلیبی و یوغ محدود می‌شود. دنده های چرخ دنده در یک کوپلینگ دنده ای دارای لقی بالایی هستند که امکان وجود نامیزانی زاویه ای را فراهم می کند. لقی بیش از حد می‌تواند موجب ارتعاش بیش از حد شود.
دانلود آموزش نرم افزار شبیه ساز سه بعدی دستگاه سی ان سی SSCNC (CNC)بیشتر بخوانید
به طور کلی کوپلینگ های دنده ای دارای عدم هم راستایی زاویه ای محدودی هستند به این معنی که زاویه ی سپیندل مسبت به محور شفت متصل 4 تا 5 درجه است. مفصل های یونیورسال امکان عدم هم راستایی بالاتر را فراهم می کنند.
کوپلینگ های دنده ای تک مفصلی برای اتصال دو شفت به ظاهر هم محور استفاده می‌شوند در این کاربرد کوپلینگ (coupling) انعطاف پذیر دنده ای شکل یا کوپلینگ انعطاف پذیر نامیده می‌شود. این تک مفصل عدم هم راستایی های کمی را مجاز می کند مثل خطاهای نصب و تغییرات در تراز شفت ها که به سبب تغییرات شرایط عملیات به وجود می آید. این نوع از کوپلینگ های دنده ای دارای عدم هم راستایی معمولاً بین 1.2-1.4 درجه هستند.
7-5- کوپلینگ شبکه ای (GRID COUPLING)
کوپلینگ های شبکه ای از دو هاب شفت، یک شبکه ی فنری فلزی و یک کیت درپوش دو تکه تشکیل شده است. گشتاور بین دو هاب شفت از طریق المان شبکه فنر فلزی منتقل می‌شود. مانند کوپلینگ های چرخ دنده ای و دیسکی کوپلینگ های شبکه ای دارای تراکم گشتاور بالایی هستند. مزیت، کوپلینگ های شبکه ای در مقابل کوپلینگ های چرخ دنده ای و یا دیسکی، توانایی المان های فنری کوپلینگ برای جذب و پخش کردن پیک ضربه در طول زمان است. این کار باعث کاهش مقدار بارهای پیک می‌شود و اندکی قابلبت میرایی ایجاد می کند. یک وجه منفی طراحی کوپلینگ شبکه ای این است که توانایی کار با نامیزانی آن محدود است.
8-5- کوپلینگ اولدهام (OLDHAM COUPLING)
کوپلینگ (coupling) اولدهام نوعی کوپلینگ انعطاف پذیر است که دارای سه دیسک است که یکی با ورودی و یکی با خروجی کوپل می‌شود و یک دیسک میانی توسط زبانه و شیار در طرف عمود بر زبانه و شیار در طرف دیگر است. دیسک میانی حول مرکز خود هم سرعت با شفت ورودی و خروجی می چرخد. مرکز آن در هر چرخ دوبار یک مدار دایره ای را در اطراف نقطه ی میانی بین شفت های ورودی و خروجی طی می کند.
اغلب از فنر ها برای کاهش لقی مکانیزم استفاده می‌شود. مزیت این نوع اتصال در مقایسه با دو مفصل یونیورسال، اندازه ی کوچک آن است. این کوپلینگ به نام جان اولدهام نامگذاری شد که در ایرلند در سال 1821 برای حل مشکل طراحی کشتی پدالی این کوپلینگ را طراحی کرد.
9-5- مفصل های یونیورسال (UNIVERSAL JOINT)
که به چهار شاخ گاردان معروف هستند.
10-5- اتصال راگ (RAG COUPLING)
مفصل های راگ معمولاً در مکانیزم اهرم بندی فرمان خودرو و هدایت استفاده می‌شوند. زمانی که بر روی یک سیستم انتقال قدرت استفاده می‌شوند.
11-5- کوپلینگ مغناطیسی (MAGNETIC COUPLING)
کوپلینگ مغناطیسی از نیروهای مغناطیسی برای انتقال توان از یک شفت به دیگری بدون تماس استفاده می کند این امکان جدایی کامل محیط ها را فراهم می کند.
دیگر کوپلینگ ها:
طراحی و ساخت کوپلینگ ها
همانطور که گفتیم کوپلینگ ها انواع مختلف دارند. در طراحی و ساخت کوپلینگ پارامتر های متعددی ایفای نقش میکنند که مهمتری این پارامتر ها در ذیل آورده می‌شوند:
محدودیت های محیطی که کوپلینگ در آن مورد استفاده قرار می‌گیرد. به عنوان مثال کوپلینگی که قرار باشد در پروانه کشتی مورد استفاده گردد به دلیل شرایط محیطی خاص محدودیت هایی طراحی بوجود می آورد.
سرعت و گشتاوری که قرار است کوپلینگ (coupling) انتقال دهد. گفته شد یکی از کارایی های کوپلینگ انتقال گشتاور و سرعت زاویه ای مشخص است بنابر این میزان این پارامتر در طراحی و ساخت کوپلینگ تاثیر گزار خواهد بود.
تلرانس پارامتر هایی نظیر میزان و نوع انحراف می‌تواند در انتخاب نوع کوپلینگ تعیین کننده باشد.
فرآیند جوشکاری قوسی گاز محافظ با الکترود غير مصرفی (تیگ – آرگون) TIG-GTAWبیشتر بخوانید
و بسیاری از عوامل دیگر که با در نظر گرفتن این پارامترها و محدودیت های ایجادی، کوپلینگ مناسب طراحی میگردد. طراحی کوپلینگ عموما شامل میزان گشتاور و سرعت زاویه ای ، متریال کوپلینگ ( فلنچ ، هاب ، اسپشسر ، شیمز و …) ، میزان حداکثر انحراف و لقی مجاز ، تعیین ابعادی ( قطر دو شفت متصل شده ، قطر و طول کوپلینگ )رو … می‌باشد و در کتابچه فنی کوپلینگ عموما آورده شده است.
نصب و نگهداری کوپلینگ
الزامات تراز کردن مناسب شفت/ تنظیم مناسب کوپلینگ
اتصال یا جداسازی کوپلینگ باید آسان باشد.
باید امکان مقدار عدم هم راستایی را بین محور چرخش و شفت فراهم کند.
هدف کمینه کردن نامیزانی باقی مانده در زمان کارکرد است تا انتقال قدرت و زمان کارکرد ماشین بیشینه شود. (شامل زمان عمر کوپلینگ، بلبرینگ و آب‌بندها)
نباید قطعه ی پرتاب شونده داشته باشد.
توصیه می‌شود از قسمت های هم ترازی قطعه استفاده شود به این منظور که دستگاهی ساخته شود که برای یک هم ترازی غیر صفرآماده باشد، به این دلیل که بعدها هنگامی که دستگاه در دمای کاری قرار گرفت هم ترازی ایده آل باشد.
تعمیر و نگهداری و خرابی کوپلینگ ها
نگهداری کوپلینگ (coupling) معمولاً یک موضوع ساده است و نیاز به یک بازرسی با برنامه ی منظم برای هر کوپلینگ دارد که شامل موارد زیر است.
انجام بازرسی چشمی، چک کردن نشانه های سایش یا خستگی و تمیزکاری منظم کوپلینگ
بررسی و تعویض منظم روغن در صورتی که کوپلینگ روغن کاری شود. این نگهداری برای بیشتر کوپلینگ ها سالیانه است ولی برای کوپلینگ های موجود در محیط های بد و یا شرایط کاری مشکل، بیشتر انجام می‌شود.
مستند سازی تعمیر و نگهداری انجام شده برای هر کوپلینگ همراه با تاریخ
حتی با نگهداری مناسب، کوپلینگ می‌تواند خراب شود. دلایل اصلی خرابی به غیر از تعمیر و نگهداری نامناسب عبارت‌اند از:
نصب نامناسب
انتخاب کوپلینگ نامناسب
کارکرد فراتر از قابلیت های طراحی
تنها راه برای بهبود عمر کوپلینگ، فهم دلیل خرابی آن و اصلاح آن قبل از نصب یک کوپلینگ جدید می‌باشد. برخی از نشانه‌هایی که نشان می‌دهد که احتمال خرابی وجود دارد عبارت‌اند از:
سروصدای غیرطبیعی مانند صدای شبیه ترمز ماشین و صدای ضربه
ارتعاش یا تکان زیاد
خرابی در آب‌بندها که با نشت روغن و یا آلودگی خود را نشان می‌دهند.
چک کردن بالانس کوپلینگ
کوپلینگ ها معمولاً در کارخانه قبل ازحمل بالانس می‌شوند، اما گاهی در زمان کارکرد از بالانس خارج می‌شوند. بالانس کردن می‌تواند مشکل و گران باشد و به‌طورمعمول تنها وقتی انجام می‌شود که تلورانس‌های کاری به صورتی باشند که این میزان کار و هزینه قابل توجیه باشد. مقدار نابالانسی کوپلینگ که می‌تواند توسط هر سیستم پذیرفته شود توسط ویژگی‌های ماشین‌آلات خاص متصل به هم دیکته می‌شود و می‌تواند توسط آنالیز دقیق و یا تجربه تعیین شود.
