Исследование уязвимостей упругой кулачковой муфты типа Rotex

ООО «КРЕЧИНА» с 2007 года является  дистрибьютором компании KTR Kupplungstechnik GmbH на территории Украины (www.ktr.com). За это время продано несколько тысяч кулачковых муфт. Получен большой опыт по монтажу и применению кулачковой муфты. Наши практические наработки представлены в этой статье.

Кулачковая муфта типа Rotex — наиболее надежное и популярное решение для передачи крутящего момента между двумя валами. Десятки миллионов устройств, работающих в настоящее время по всему миру, используют муфты Rotex. Данный тип муфты является одним из самых надежных устройств по передаче мощностей. Однако, как и почти все остальное, они также могут выходить из строя. В случае поломки первое, что необходимо сделать, — понять, почему же устройство привело к выходу из строя муфты. Это необходимо для обеспечения сохранности вашего оборудования, а также для предохранения от повторения ситуации. 

В этой статье рассмотрены наиболее распространенные виды поломок кулачковых муфт, и мы надеемся, что это поможет вам начать работу по выявлению и устранению любого вида неполадок в работе кулачковых муфт типа Rotex. Все поломки, обсуждаемые в статье, попадают в одну из пяти категорий:

  • нормальный износ;
  • сбой от перегрузки крутящего момента;
  • сбой из-за несоосности валов;
  • поломки из-за среды работы муфты;
  • сбой вследствие вибрационных нагрузок.

Примечание. Эта статья не касается ошибок, допущенных при производстве муфт, как, например, дефекты литья или плохое качество эластичного элемента. Важно помнить, что взаимозаменяемые изделия могут не иметь эквивалентного качества, поэтому следует использовать  муфты от надежного и проверенного временем производителя.

Нормальный износ

Изображение на рисунке1 является примером нормального износа упругой вставки (спайдера) при передаче вращения только в одном направлении. Износ показан линейный, несоосность в данном случае отсутствует.

Рисунок 1

Когда ступицы муфты работают только в одном направлении, то под давлением оказывается каждый второй лепесток зубчатого венца (при работе установки в обоих направлениях, реверсивная нагрузка, износ отображаются на каждом лепестке упругой вставки). Показанная на рисунке 1 упругая вставка износилась до точки, и ее следует заменить. Как правило, нужно заменять эластичный венец в тот момент, когда хотя бы один из эластомерных лепестков сдавлен или изношен до 75% от их первоначальной толщины.

И тут возникает вопрос: как же быстро эластомер деформируется до 75%-ной точки износа? К сожалению, это невозможно вычислить, так как износ полностью зависит от специфичности каждого отдельно взятого оборудования. Среда работы, пиковые моменты, выбранный коэффициент эксплуатации, несоосности, вибрация, частота запуск/стоп — все вышеперечисленное будет играть роль в определении того, как долго прослужит эластомер до 75%-ного износа.

Бонус: если вы работаете с установкой, передающей вращение только в одном направлении, то имеется небольшая хитрость в использовании уже деформированного спайдера, по типу как на фотографии (3 венца сплющены на 25% или больше) — если у вас нет упругой звездочки на замену, то вы можете прокрутить спайдер на один лепесток вперед или назад (переместить 3 целых лепестка на позиции 3-х сплющенных) и продолжить работу установки до момента получения замены.

Сбой от перегрузки

 При выборе муфты и ее типоразмера необходимо учитывать соответствующий коэффициент эксплуатации для вашего оборудования, и включить его при расчете крутящего момента и типоразмера муфты. Расчет крутящего момента для кулачковых муфт Rotex можно увидеть по ссылке: http://www.krechina.com/ktr/news/Calculation_coupling.pdf

Перегрузка или избыточный крутящий момент возникает, когда муфта подвергается пиковой нагрузке сверх рассчитанного номинального крутящего момента. Это может произойти из-за того, что была подобрана муфта меньшего типоразмера (обычно так и бывает), или потому, что что-то в системе вышло из строя или сработало не так, в результате превышен максимально допустимый крутящий момент на муфте. В случае неправильно подобранной муфты следует не просто заменить вышедшую из строя часть муфты или всю муфту в сборе, но подобрать муфту заново, согласно имеющимся техническим данным и проведенным расчетам.

Итак, на что же похожа поломка при перегрузке? По сути, слабым местом муфты при перегрузке является эластичная вставка, так что в момент нагрузки, превышающей допустимые на муфте, лепестки спайдера отрываются. На рисунке 2 это четко видно.

Рисунок 2

Кулачковые муфты типа Rotex имеют отказоустойчивость вследствие своей формы (то есть они могут продолжать работать после сбоя), так что даже после разрушения спайдера металлические ступицы будут удерживать лепестки в пазах и передавать крутящий момент дальше.  Это не очень хорошо для долгосрочного использования в оборудовании, но может быть полезным свойством при краткосрочных экстренных случаях. Износ металлических ступиц в таком случае возрастает, так что следует как можно быстрее идентифицировать причину поломки и произвести замену упругой вставки и/или муфты.

В то время, как у зубчатых венцов с прямой формой лепестка при перегрузке имеется только один признак — оторванные через один лепестки, у зубчатых венцов с бочкообразным зубом к дополнению к этому признаку имеется еще один — деформация внутренней окружности спайдера в квадратную форму (рисунок 3).

Рисунок 3

Хотя отказоустойчивость муфты при разрушении спайдера имеет свои несомненные плюсы, однако при достаточно большой перегрузке это может привести к опасной ситуации (напоминаем, что для использования упругих кулачковых муфт в вашем оборудовании необходимо придерживаться правил безопасности). Чрезмерная нагрузка может привести к разбиванию «кулачков» металлических ступиц, либо же металлическая ступица полностью лопнет, так как имеет слабые места в виде шпоночного паза, где толщина металла меньше плюс имеется сквозное отверстие под фиксирующий винт.

Отказ из-за несоосности валов 

 Кулачковые муфты Rotex предназначены для передачи крутящего момента в условиях несоосности валов. Компенсируемая величина осевой, угловой и радиальной несоосности указана в каталоге (скачать данные по компенсируемой несоосности можно по ссылке: http://www.krechina.com/ktr/news/Misalignment.pdf.

К сожалению, потребитель не всегда придерживается указанных норм. Признаком того, что присутствует несоосность валов, является преждевременный износ спайдера либо под углом, либо не по всей поверхности лепестка. Также можно заметить работу муфты в условиях несоосности валов при наличии частиц муфты на кожухе, либо на самой муфте. 

Лепестки спайдера при сжатии выглядят как клинья. Заменой упругой вставки в муфте данную проблему не решить. Изначально необходимо произвести центровку валов, и только после этого можно произвести замену спайдера.

Примечание. Компенсация несоосности валов в приводных системах достаточно сложное задание, поэтому желательно произвести центровку валов в системе, даже если муфта может скомпенсировать имеющуюся несоосность.

Поломки из-за среды работы муфты

 Существует две основных проблемы природного действия, которые могут привести к поломке муфты: температурная нагрузка (выше или ниже указанной номинальной температуры эластомера) и химическая (состав окружающей среды работы муфты может деструктивно действовать как на эластомер, так и на металлические ступицы). 

Физическое воздействие на эластомер, оказанное вне номинального диапазона температур, приведет к преждевременному выходу спайдера из строя. Можно определить температурное воздействие на начальных этапах по трещинам, покрывающим эластомер. (Подсказка: если температура окружающей среды на рабочем месте не позволяет использовать упругую кулачковую муфту, можете обратить внимание на полностью стальную муфту типа Radex-N). 

Химические аварии происходят вследствие контакта эластомера (или ступиц муфты) с химическими веществами и элементами среды работы установки. Возможен разрыв эластомера или разрушения ступиц муфты вследствие воздействия химических элементов. Производители муфт обычно включают в каталог и/или инструкцию по монтажу и эксплуатации список традиционных веществ, используемых на производстве или в оборудовании, с которыми возможен контакт эластомера. 

Если вы знаете, что муфта будет в постоянном контакте с жидкостью, очень важно посмотреть каталог производителей, чтобы проверить совместимость. Если каталог не включает такую информацию, обратитесь к производителю.

Обеспечение температуры и химической совместимости — два из десяти факторов при выборе муфты, которые никогда не должны быть проигнорированы.

 Сбой вследствие вибрационных нагрузок

Поломка от вибраций — самая простая для определения, но может быть достаточно сложной для преодоления. При вибрационных нагрузках лепестки упругой звездочки начинают нагреваться, после чего плавятся изнутри и выдавливаются наружу.

Причина поломки — накопление тепла в спайдере (следствие попытки эластомера поглотить высокие вибрации в установке). Вибрации, как правило, вызываются поршневым двигателем (дизель, газ, природный газ, жидкий пропан), некоторыми компрессорами и насосами. Внутрисистемные вибрации могут приводить к поломкам в системе, в том числе и в кулачковых муфтах. Для таких случаев имеется целый класс муфт (торсионные муфты), разработанных специально для гашения собственной частоты вибраций установки.

 Торсионные муфты, как правило, намного дороже кулачковых муфт.

 К сожалению, в случаях, когда кулачковая муфта не может эффективно настроить систему выше или ниже ее собственной частоты, есть риск перегрева эластомера (неспособность рассеивать все тепло создается, когда он пытается демпфировать колебания системы), что приводит к плавлению спайдера.

В конечном счете, использование кулачковых упругих муфт типа Rotex в качестве демпфера колебаний является неидеальным решением проблемы, но все-таки может работать в условиях несоосности. Плавление зубчатого венца показывает, что вам нужно применить зубчатый венец другой твердости или заменить муфту  на торсионную, или обратиться к производителю для подбора муфт под ваш конкретный случай. Можно просто заменить старый спайдер на новый, но проблему поглощения колебаний это, к сожалению, не исправит.

ООО «КРЕЧИНА»

+38 057 755 90 83, 700 25 19

www.krechina.com

e-mail: sale@krechina.com