askopelingen h14.pdf
TRANSCRIPT
-
!"#$%&()*+,-./0123456789:;?@ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ[\]_abcdefghijklmnopqrstuvwxyz{|}" !"#$%&()*+,-./0123456789:;?@ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ[\]_abcdefghijklmnopqrstuvwxyz{|}" !"#$%&()*+,-./0123456789:;?@ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ[\]_abcdefghijklmnopqrstuvwxyz{|}" !"#$%&()*+,-./0123456789:;?@ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ[\]_abcdefghijklmnopqrstuvwxyz{|}" !"#$%&()*+,-./0123456789:;?@ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ[\]_abcdefghijklmnopqrstuvwxyz{|}" !"#$%&()*+,-./0123456789:;?@ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ[\]_abcdefghijklmnopqrstuvwxyz{|}"
Askoppelingen 14
-
0 . 1 Inle iding
De belangrijkste functie van een askoppeling is: een draaimoment of wringend
moment overbrengen van de ene as op een andere. Daarbij roteert de koppeling.
De (minder belangrijke) nevenfuncties zijn:
elastische vervormingen compenseren;
schokken in de belasting opvangen;
de twee as-einden op elk gewenst moment in- en uitschakelen;
het toerental begrenzen;
het draaimoment begrenzen;
zorgen dat het aandrijfelement kan aanlopen;
het draaimoment in n draairichting overdragen.
Om de goede askoppeling te kiezen, moet je van tevoren nagaan welke neven-
functie(s) de koppeling krijgt. Daarbij geldt: hoe groter het aantal nevenfuncties,
des te duurder de koppeling.
Op grond van de nevenfunctie(s) kun je de koppelingen als volgt onderverdelen:
vaste koppelingen;
flexibele koppelingen;
elastisch-flexibele koppelingen;
schakelbare koppelingen.
0 . 2 Vaste koppel ingen
Vaste koppelingen leggen een starre verbinding tussen twee as-einden. Daarvoor
moeten de as-einden exact dezelfde middellijn hebben.
De uitlijning en buigstijfheid van de assen moeten aan hoge eisen voldoen, net als
de toleranties van de middellijnen van de as-einden. Een vaste askoppeling is
goed te gebruiken voor lange, dunne assen, op voorwaarde dat je de assen
voldoende ondersteunt. In tabel 0.1 vind je drie voorbeelden met een korte
beschrijving.
nevenfunctie
C O N S T R U E R E N 1346
-
1 4 A S K O P P E L I N G E N 347
T A B E L 0 . 1 V A S T E K O P P E L I N G E N
D
d
dD
Dd
Klembuskoppeling
Klembuskoppelingen hebben
twee schalen die je met bouten
om de twee as-einden klemt. Het
draaimoment breng je over door
wrijving tussen de schalen en de
as-einden. Voor de veiligheid
monteer je een vlakke inlegspie.
Vaste flenskoppeling
De as-einden hebben allebei een
aangesmede of aangelaste flens.
De flenzen zijn door bouten ver-
bonden. Het draaimoment breng
je over door afschuiving in de
bouten en/of wrijving tussen de
flenzen.
Vaste koppeling met losse flenzen
De flenzen zijn met vlakke inleg-
spien op de as-einden bevestigd.
Ze hebben een centreerrand, of er
zit een centreerring tussen. Je zet
ze met pasbouten aan elkaar.
-
0 . 3 Flexibele koppel ingen
Een flexibele koppeling kan zonder grote reactiekrachten kleine afwijkingen
opvangen in de uitlijning van gekoppelde aseinden. Daarmee voorkom je een te
grote buigspanning van de assen en een te grote radiale belasting van de lagers.
Welk type je kiest, hangt af van de grootte van de uitlijnafwijking.
In figuur 0.1 zie je wat de meestvoorkomende uitlijnfouten zijn. Als de te
verbinden aseinden scheef staan, ontstaat de situatie van figuur 0.1a. De
afgebeelde ashoekafwijking treedt op als de assen doorbuigen of de montage
onnauwkeurig is.
In figuur 0.1b zijn de assen verschoven ten opzichte van elkaar. Het gevolg is
een radiale afwijking. Dat gebeurt als de fundaties (waarop de te verbinden
werktuigen zijn gemonteerd) een verschillende maat hebben.
a ashoekfout b radiale fout
Figuur 0.1 Uitlijnfouten
Nadeel van een flexibele koppeling kan zijn dat er geen hoekverdraaiing tussen
de aseinden mogelijk is. De (rubber, kunststof of stalen) delen van de koppeling
zijn namelijk vormvast. Hoekverdraaiing ontstaat tijdens het aanlopen van de
motor, als die grote massas in beweging moet brengen. In figuur 0.2 is deze
hoekverdraaiing met hoek aangegeven.
Figuur 0.2 Hoekverdraaiing
0.3.1 Buskoppeling
In figuur 0.3 zie je een eenvoudige buskoppeling met inlegspien. Deze koppe-
ling laat alleen een axiale afwijking van de assen toe. Die ontstaat onder andere
door temperatuurveranderingen (bij lange assen).
uitlijnafwijking
hoekverdraaiing
C O N S T R U E R E N 1348
-
Figuur 0.3 Buskoppeling met spien
0.3.2 Tandkoppeling
Bij een tandkoppeling (zie figuur 0.4a) hebben de naafdelen gewelfde tanden
aan de top en in de breedte (zie figuur 0.4b). De mantel heeft inwendige vertan-
ding. Deze koppeling compenseert alle genoemde uitlijnfouten waarbij geen
hoekverdraaiing van de aseinden mogelijk is. Zie figuur 0.4c en d.
c scheefstelling assen d parallelle afwijking assen
Figuur 0.4 Tandkoppeling
1 4 A S K O P P E L I N G E N 349
r
a aanzicht b tandvorm
-
Om de wrijving tussen de tanden te verminderen, smeer je de koppeling meestal
met olie of vet. Tandkoppelingen komen onder andere op plaatsen waar hoek-
afwijkingen ontstaan doordat de assen doorbuigen (zoals bij walswerktuigen).
0 . 4 Elast isch-f lexibele koppel ingen
Elastische koppelingen kun je in allerlei uitvoeringen krijgen, zie tabel 0.2.
Door hun constructie zijn de meeste elastische koppelingen ook flexibel. Daar-
door zijn ook langsverschuiving, dwarsverschuiving en/of scheefstand van de
assen beperkt mogelijk. Een elastische koppeling laat bovendien een kleine hoek-
verdraaiing tussen de aseinden toe.
De algemene kenmerken zijn:
compenseren van plotseling optredende schokken in het over te brengen
draaimoment;
trillingen dempen die ontstaan als het over te brengen draaimoment
verandert;
trillingen dempen in een lastwerktuig.
0 . 5 Schakelbare koppel ingen
Om een koppeling in en uit te schakelen, heb je een schakelmechanisme nodig.
Wat constructie betreft, kun je een grove indeling maken:
mechanisch passende koppelingen: die zijn schakelbaar door mechanisch in
elkaar passende delen;
wrijvingskoppelingen: die brengen het draaimoment over door wrijving;
zelfschakelende koppelingen.
Wat de manier van schakelen betreft, kun je deze indeling maken:
mechanisch schakelbare koppelingen;
hydraulisch schakelbare koppelingen;
pneumatisch schakelbare koppelingen;
elektromagnetisch schakelbare koppelingen;
zelfschakelende koppelingen.
0 . 6 Mechanisch passende koppel ingen
Koppelingen die schakelbaar zijn door mechanisch passende delen, hebben het
nadeel dat de te schakelen assen gesynchroniseerd moeten zijn. Dat wil zeggen:
kenmerk
constructie
C O N S T R U E R E N 1350
-
beide assen moeten hetzelfde toerental hebben en een bepaalde positie innemen
ten opzichte van elkaar. In tabel 0.3 vind je drie schakelbare koppelingen met
een korte beschrijving.
1 4 A S K O P P E L I N G E N 351
Pennenkoppelingen
Pennenkoppelingen zijn beperkt elastisch en flexi-
bel dankzij de elastische vervorming van de elemen-
ten. Een veelgebruikt type is de pennenkoppeling
met rubber geribde hulzen.
De koppeling is doorslagveilig. Dat wil zeggen: van
de ene koppelingshelft naar de andere is geen
stroomdoorgang mogelijk. Dit type koppeling
wordt veel gebruikt, maar heeft als nadeel dat het
niet geschikt is in een zeer warme of agressieve
omgeving.
Elastische koppelingen met stalen verende
elementen
De Cardiflex-koppeling is een elastische koppeling
met zes (om-en-om-gemonteerde) bouten in de
flenzen. De bouten hebben scharnierende nokken
met elk twee tappen. Tussen de tappen zijn cilindri-
sche drukveren. De koppeling is geschikt voor hoge
temperaturen en een agressieve omgeving.
Hoogelastische koppelingen
Elastische koppelingen verschillen onder andere
van elkaar door de hoekverdraaiing die ze toestaan.
Als deze groot is, heb je te maken met een hoogelas-
tische of superelastische koppeling. Een voorbeeld
hiervan is de Periflex-koppeling. Daarbij klem je
een voorgevormde, overdwars gedeelde band met
flenzen op de koppelingshelften. Doordat de band
gedeeld is, kun je hem zonder veel moeite verwisse-
len als de elasticiteit afneemt.
T A B E L 0 . 2 E L A S T I S C H - F L E X I B E L E K O P P E L I N G E N
-
0 . 7 Wri jv ingskoppel ingen
0.7.1 Conax-koppeling
De Conax-koppeling bestaat uit een cilindrische trommel, twee conische druk-
schijven en een wrijvingsring van zes segmenten. De twee drukschijven drukken
de wrijvingsring tegen de binnenkant van de trommel. Zie figuur 0.5.
En drukschijf kun je nastellen met een stelring. Drie hefbomen drukken de
andere drukschijf gelijkmatig aan. Over de omtrek van de wrijvingsring loopt
een groef. Daarin houdt een cilindrische trekveer de segmenten bij elkaar. Deze
veer zorgt er ook voor dat de segmenten vrij komen te liggen van de trommel als
je de koppeling uitschakelt. Het principe van de koppeling is als volgt: De
C O N S T R U E R E N 1352
Schakelbare koppeling met pennen
De schakelmof is verschuifbaar in axiale
richting. De koppeling is alleen bij stilstand
in te schakelen.
Schakelbare klauwkoppeling met
centreerring
Elke koppelingshelft heeft drie klauwen, die
om en om passen. En van de koppelings-
helften moet axiaal verschuifbaar zijn.
Tandschakelkoppeling (drijfwerk
vrachtauto)
De schakelring heeft inwendige vertanding.
Een kleine verplaatsing naar links of rechts
laat f het linker- f het rechtertandwiel
meedraaien met het middelste tandwiel.
T A B E L 0 . 3 V O R M VA S T E S C H A K E L B A R E K O P P E L I N G E N
-
hefbomen vergroten de inschakelkracht. De drukschijven oefenen met hun
hellend vlak een grote normaalkracht uit op de trommel.
Figuur 0.5 Conax-koppeling
De koppeling is z geconstrueerd, dat er alleen tussen de trommel en de buiten-
omtrek van de drukschijven sprake kan zijn van slip.
0.7.2 Vloeistofkoppeling
De vloeistofkoppeling is alleen elastisch (en niet flexibel) en de elasticiteit kan
100% zijn. In figuur 0.6 zie je het principe van deze koppeling.
Figuur 0.6 Principe vloeistofkoppeling
De motor (1) drijft via een koppeling de centrifugaalpomp (2) aan. De onder
druk gebrachte vloeistof gaat naar de vloeistofturbine (3). Daar wordt de druk-
energie omgezet in mechanische energie van de uitgaande as (4). Vervolgens gaat
de vloeistof via de oliekoeler (5) weer naar de centrifugaalpomp.
In de vloeistofkoppeling zitten centrifugaalpomp, vloeistofturbine en koeler in
n huis. Omdat een vloeistofkoppeling niet flexibel is, bouw je haar altijd samen
met een koppeling die wl flexibel of flexibel-elastisch is.
1 4 A S K O P P E L I N G E N 353
1
2
34
5
1 motor
2 centrifugaalpomp
3 vloeistofturbine
4 uitgaande as
5 oliekoeler
-
In figuur 0.7 zie je de Jolly-hydromechanische koppeling. De vloeistofkoppeling
vormt het hydrodynamische deel. Het pompwiel en turbinehuis hebben aan de
binnenkant schoepen. Het mechanische deel is zelfschakelend. Dat wil zeggen:
door de centrifugaalkracht druk je de rollen in de uitsparingen van de vlieg-
gewichten tegen de loopring. Als de gedreven as blokkeert door een oorzaak van
buitenaf, zet dat alle mechanische energie om in warmte in de vloeistofkoppeling.
De temperatuur van de vloeistof stijgt daarna, zodat de smeltplug smelt. De
vloeistof kan dan wegvloeien, wat de verbinding verbreekt. De smeltplug dient
dus als beveiliging tegen overbelasting van de koppeling.
Figuur 0.7 Jolly-hydromechanische koppeling
0 . 8 Zelfschakelende koppel ingen
0.8.1 Maximaalkoppelingen
Een elektromotor voor het aandrijven van een machine heeft meestal een wat
groter vermogen dan noodzakelijk. Zo wordt overbelasting van de motor voor-
komen. Het nadeel daarvan is dat het aanloopkoppel van de motor ongeveer
tweemaal zo groot is als het nominaal over te brengen koppel. Daardoor kan de
aan te drijven machine schade oplopen. Ook bij vastlopen van de machine is er
een schaderisico.
zelfschakelend
smeltplug
C O N S T R U E R E N 1354
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
uitgaandezijde ingaande zijde
mechanisch deelhydrodynamisch deel
1 loopring
2 vlieggewichten
3 pompwiel
4 naaf
5 nok
6 rol
7 nokkenhuis
8 smeltplug
9 turbinehuis
10 flensas
-
Om dat te voorkomen, kun je in de aandrijving een maximaal- of een slip-
koppeling opnemen. De meeste maximaalkoppelingen zijn lamellen-
koppelingen.
En drukveer of een aantal kleine drukveren leveren de aandrukkracht. Het
draaimoment begrens je door de voorspanning van de veer in te stellen. Dat
gebeurt met stelbouten, die de drukring verplaatsen. In figuur 0.8 zie je twee
voorbeelden.
a met n drukveer b met een aantal drukveren
Figuur 0.8 Slipkoppeling
0.8.2 Vrijloopkoppelingen
Vrijloopkoppelingen zijn koppelingen die het over te brengen draaimoment
slechts in n draairichting overdragen. Vrijloopkoppelingen gebruik je als:
je een lastwerktuig in n richting met zowel snel- als traaggang moet
aandrijven;
je producten op een lastwerktuig stapsgewijs moet verplaatsen.
Een vrijloopkoppeling bestaat uit:
een binnenring;
een buitenring;
rol-, klem- of kantelelementen tussen de beide ringen;
een bevestigingsplaat.
In figuur 0.9 zie je een vrijloopkoppeling met kantelelementen.
1 4 A S K O P P E L I N G E N 355
-
a aanzicht b doorsnede
Figuur 0.9 Vrijloopkoppeling met kantelelementen
Een spiraalveer ordent de kantelelementen over de omtrek. In figuur 0.10 zie je
het principe.
a vrijloop b klemming
Figuur 0.10 Principe vrijloopkoppeling met kantelelementen
De relatieve draairichting van de binnen- ten opzichte van de buitenring is in
figuur 0.10a linksom. De kantelelementen kantelen zo, dat je gn koppel
overbrengt.
In figuur 0.10b is de relatieve draairichting rechtsom. De kantelelementen
komen klem te zitten tussen de binnen- en buitenring. Daardoor kun je het (voor
het lastwerktuig) vereiste draaimoment door wrijving overbrengen.
In figuur 0.11 zie je het principe van een vrijloopkoppeling met rollen. Een veer
belast de rollen met een kleine aandrukkracht.
kantelelement
C O N S T R U E R E N 1356
buitenring
elastische vervorming
binnenring
-
1 4 A S K O P P E L I N G E N 357
a klemming b vrijloop
Figuur 0.11 Principe vrijloopkoppeling met rolelementen
Als de binnenring draait zoals in figuur 0.11a, dan wordt de rol in de wigvor-
mige ruimte gedreven. Doordat je de rollen tussen binnen- en buitenring klemt,
ontstaat het over te dragen draaimoment. De binnenring draait in dezelfde rich-
ting als de buitenring. Als de buitenring door omschakeling in een andere
richting gaat draaien, gaan de kogels uit de wigvorm naar een grotere ruimte.
Dan kan de binnenring vrij van de buitenring in een andere richting roteren.
0 . 9 Schakelmechanismen
0.9.1 Mechanische bekrachtiging
Om mechanisch te schakelen krijgen koppelingen een schakelmof. Die kun je
axiaal plaatsen, en hij draait met de koppelingen mee. Onderdeel van het
schakelmechanisme is een gedeelde glijring. Hij past in een groef van de schakel-
mof, of je monteert hem om een rand op de schakelmof. Zie figuur 0.12.
Figuur 0.12 Schakelmof met glijring
schakelmof
buitenring
binnenring
ring
mof
ring gaffel
blokje mof
gaffel
-
De glijring heeft tappen, zodat je hem met een gaffel kunt verplaatsen.
Je monteert de schakelconstructie op het gedreven gedeelte van de koppeling.
Dan kan de mof bij uitgeschakelde koppeling niet meedraaien.
Voor de bediening van de glijring kun je een hefboomconstructie kiezen.
De hefboomwerking vergroot de inschakelkracht. Zie figuur 0.13.
Figuur 0.13 Schakelhefbomen
0.9.2 Hydraulische, pneumatische en elektromagnetische
bekrachtiging
Zowel hydraulisch, pneumatisch als elektromagnetisch bekrachtigde koppelin-
gen zijn geschikt voor afstandsbediening. Dit type koppelingen kun je inbouwen
op moeilijk toegankelijke plaatsen, en daarom kun je ze goed gebruiken in
geautomatiseerde processen.
In figuur 0.14 zie je een hydraulisch bekrachtigde lamellenkoppeling. De
hydraulische vloeistof gaat via de holle as naar de koppeling, en komt achter een
ringvormige zuiger, afgedicht met O-ringen. De zuiger heeft rondom zes druk-
stiften, die de lamellen via de drukplaat samendrukken. De veren trekken de
zuiger terug als de oliedruk wegvalt.
C O N S T R U E R E N 1358
-
In figuur 0.15 zie je een pneumatisch bekrachtigde lamellenkoppeling, die
volgens hetzelfde principe werkt. Aan de omtrek van de buitenste koppelingsnaaf
zit een flens met boutgaten voor bevestiging van de ingaande as.
Hoe groot de normaalkracht op de koppelingsplaten is, hangt af van de vloeistof-
of luchtdruk n het oppervlak van de ringvormige zuiger.
Figuur 0.14 Hydraulisch bekrachtigde lamellenkoppeling
Figuur 0.15 Pneumatisch bekrachtigde lamellenkoppeling
1 4 A S K O P P E L I N G E N 359
olie
lucht
-
Elektromagnetische koppelingen schakel je in of uit door het opwekken van een
magnetisch veld. Er zijn twee mogelijkheden: je sluit de koppeling in bij bekrach-
tiging van de magneten, of je schakelt haar dan uit.
In figuur 0.16 zie je het principe van een elektromagnetische koppeling. Het
magneetgedeelte met spoel monteer je samen met de bevestigingsplaat, en het
staat stil bij roterende koppeling. De rotorschijf is n geheel met de naaf, en je
monteert hem op de ingaande as. De ankerschijf monteer je tegen een wiel of
snaarschijf.
Figuur 0.16 Sleepringloze elektromagnetische koppeling
De koppeling in figuur 0.16 heeft maar n wrijvingsvlak. In figuur 0.17 zie je
een inbouwvoorbeeld waarbij de koppeling is samengebouwd met een tandwiel.
Figuur 0.17 Inbouwvoorbeeld
rotorschijf
ankerschijf
C O N S T R U E R E N 1360
bevestigingsplaatmagneetgedeelte met spoelmagnetische krachtlijnenmembraanveer
ankerschijfrotorschijf met naaf