Trong một thế giới lý tưởng, các thành phần có thể được sản xuất dưới dạng một khối duy nhất hoặc được lắp ráp với độ căn chỉnh hoàn hảo. Tuy nhiên, trong thực tế, các bộ phận riêng lẻ phải được kết nối và lắp đặt tại chỗ, điều này dẫn đến sự sai lệch nhất định.
Khớp nối trục đóng vai trò quan trọng trong việc truyền mô-men xoắn giữa hai đoạn trục, nhưng ngay cả với những nỗ lực căn chỉnh chính xác nhất, việc đạt được sự hoàn hảo tuyệt đối là rất khó. Để kéo dài tuổi thọ của các bộ phận như trục và ổ trục, cần tích hợp khả năng linh hoạt nhằm hấp thụ những sai lệch còn tồn đọng sau quá trình điều chỉnh. Bên cạnh đó, việc bôi trơn khớp nối đúng cách cũng là yếu tố then chốt để đảm bảo hiệu suất và độ bền của hệ thống.
Sự sai lệch trục giữa các khớp nối trục với nhau
Sự sai lệch trục có thể xảy ra như một sự bù trừ hoặc như một sự dịch chuyển góc trên hai trong ba trục có thể (Hình 1). Trục thứ ba, theo hướng dọc, không thường được đo, mặc dù các lỗi theo hướng này có thể dẫn đến tải lực đẩy quá mức liên tục trong một hệ thống.
Hình 1. Các loại sai lệch trục
Trong các hệ thống quy mô lớn, chẳng hạn như máy nén công suất cao, phương pháp căn chỉnh bằng dây thường được sử dụng. Đối với các ứng dụng nhỏ hơn, kỹ thuật đo độ lệch bằng vành và mặt đồng hồ phổ biến hơn, mặc dù công nghệ đo bằng laser quang học đang dần chiếm ưu thế nhờ vào độ chính xác cao và sự tiện lợi trong quá trình sử dụng.
Trong các tổ chức bảo trì có kế hoạch, việc bù đắp cho sự giãn nở nhiệt của thiết bị trong quá trình vận hành là một yếu tố quan trọng. Hầu hết các vật liệu (ngoại trừ nước) đều giãn nở khi nhiệt độ tăng, với mức độ giãn nở phụ thuộc vào hệ số giãn nở nhiệt của vật liệu và mức nhiệt mà chúng hấp thụ. Nếu một thiết bị được căn chỉnh ở nhiệt độ môi trường, sự thay đổi nhiệt độ trong quá trình vận hành có thể khiến các bộ phận dịch chuyển, dẫn đến sai lệch trong hệ thống.
Để khắc phục vấn đề này, kỹ thuật viên thường làm nóng hoặc làm mát thiết bị đến nhiệt độ vận hành trước khi thực hiện kiểm tra căn chỉnh. Ngoài ra, người ta có thể tính toán trước mức giãn nở nhiệt để cố tình tạo ra một độ lệch ban đầu, giúp hệ thống đạt được sự căn chỉnh tối ưu khi thiết bị hoạt động ở nhiệt độ thực tế.
Mặc dù các phương pháp căn chỉnh có thể giúp giảm thiểu sai lệch, nhưng không thể loại bỏ hoàn toàn sự mất đồng bộ giữa các bộ phận. Điều này tạo ra ứng suất cơ học lên trục và các linh kiện liên quan, gây ra rung động, phân bố tải trọng không đều và gia tăng lực tác động lên các cấu trúc hỗ trợ như ổ trục. Những yếu tố này không chỉ làm tiêu hao năng lượng mà còn rút ngắn tuổi thọ và giảm độ tin cậy của thiết bị.
Một khớp nối trục được thiết kế đúng cách có thể hấp thụ và bù đắp sai lệch, giúp bảo vệ các bộ phận quan trọng, đắt tiền và dễ bị tổn thương trong hệ thống. Mặc dù trục quay có vẻ chắc chắn, nhưng các ổ trục hỗ trợ chúng lại là những thành phần tinh vi và nhạy cảm nhất trong hệ thống truyền động, đòi hỏi sự bảo vệ đặc biệt để duy trì hiệu suất và tuổi thọ tối đa.
Các loại khớp nối
Thiết kế khớp nối trục có thể được chia thành bốn loại chính, mỗi loại có một số thiết kế cụ thể. Khớp nối cứng và khớp nối từ không yêu cầu bôi trơn, nhưng được đưa vào đây để hoàn thiện. Khớp nối cứng về cơ bản là các cấu trúc cứng không bù cho sự không thẳng hàng, nhưng cho phép nối hai trục với nhau để truyền mô-men xoắn.
Các trục bu lông được gắn chặt vào trục là một ví dụ phổ biến về máy có khớp nối từ. Khớp nối từ cho phép các trục không tiếp xúc trực tiếp được truyền động với nhau bằng nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm điện mạnh. Một bơm truyền động từ không phớt là một ví dụ phổ biến.
Có một số ứng dụng thông thường có thể được trang bị khớp nối từ tính độc lập sử dụng cùng nguyên lý này và nam châm vĩnh cửu cực mạnh (và đắt tiền).
Các loại khớp nối khác là khớp nối linh hoạt (khớp nối mềm) và khớp nối thủy lực. Nhiều khớp nối linh hoạt sử dụng các thành phần kim loại, cao su hoặc nhựa linh hoạt ở vị trí cố định, chẳng hạn như đĩa hoặc ống lót, quay cùng trục và hấp thụ độ lệch. Các thiết kế thuộc loại này không yêu cầu bôi trơn.
Các loại khác như khớp bánh răng, khớp xích, khớp lưới và khớp vạn năng cần được bôi trơn để có hiệu suất và tuổi thọ phù hợp. Khớp nối chất lỏng bao gồm bộ biến mô và bộ nhân mô men xoắn cũng như khớp nối chất lỏng tương đối đơn giản, là khớp nối chứa đầy chất lỏng bôi trơn dựa vào chính chất lỏng để truyền mô men xoắn.
Khớp nối linh hoạt
Các khớp nối bánh răng (Hình 2) bù trừ độ lệch thông qua khe hở giữa các răng bánh răng.
Hình 2. Khớp nối bánh răng
Các răng bánh răng ngoài lắp trên trục ở cả hai trục khớp với các răng bánh răng trong trên vỏ chứa chất bôi trơn. Các thiết kế khác lắp răng ngoài chỉ trên một trục, khớp với các răng trong lắp trên trục kia.
Tăng tốc hoặc giảm tốc có thể dẫn đến va chạm giữa các răng bánh răng do độ rơ từ khe hở được đưa vào các mặt đối diện của răng bánh răng. Sự không thẳng hàng sẽ dẫn đến chuyển động tương đối trượt qua các răng ăn khớp khi chúng đi qua mỗi vòng quay.
Xem thêm bài viết: Đôi nét về khớp nối răng bạn cần biết - Đoàn Kiên Phát
Khớp nối xích (Hình 3) hoạt động tương tự như khớp nối bánh răng. Các bánh xích ở mỗi đầu trục được kết nối bằng xích con lăn.
Xem thêm bài viết: Khớp nối xích và một số điều cần biết về khớp nối xích
Hình 3. Khớp nối xích
Khoảng hở giữa các thành phần của nó cũng như khoảng hở khi ghép xích với bánh răng bù đắp cho sự không thẳng hàng. Tải tương tự như của khớp nối bánh răng.
Các khớp nối lưới bên ngoài (Hình 4) sử dụng lưới thép gợn sóng uốn cong để bù cho tải trọng gây ra do sai lệch.
Xem thêm bài viết: REVIEW KHỚP NỐI LƯỚI LÒ XO ĐOÀN KIÊN PHÁT
Hình 4. Khớp nối lưới lò xo
Các đĩa có rãnh gắn vào đầu mỗi trục chứa lưới, truyền mô men xoắn giữa chúng. Chuyển động trượt biên độ thấp phát triển giữa lưới và các rãnh khi lưới biến dạng dưới tải, mở rộng ở một số vị trí và thu hẹp ở những vị trí khác sau mỗi vòng quay.
Các khớp nối cardan được sử dụng cho độ lệch tối đa cho phép lên đến 20 đến 30 độ, tùy thuộc vào thiết kế cụ thể. Chúng được sử dụng rộng rãi cho các trục truyền động của xe để cho phép bánh xe di chuyển cùng với hệ thống treo. Các khớp vạn năng sử dụng một thành phần bốn trục được gọi là nhện để kết nối hai trục kết thúc bằng các khớp nối hoặc khớp nối vuông góc (Hình 5).
Hình 5. Khớp nối trục cardan
Mỗi một trong bốn trục nhện được hỗ trợ bởi một ổ trục hoặc ống lót chứa trong một trong các khớp nối, cho phép khớp nối. Trong một số trường hợp, khớp nối lớn hơn có thể làm giảm tốc độ mài mòn bằng cách cho phép phát triển hoàn thiện hơn lớp màng bôi trơn.
Xem thêm bài viết: Ứng Dụng Phổ Biến Của Khớp Nối Trục Cardan và Cardan loại kích thước lớn
Chất bôi trơn cho khớp nối trục
Bôi trơn khớp nối mềm: Lựa chọn và yếu tố ảnh hưởng
Cả dầu bôi trơn và mỡ đều có thể được sử dụng để bôi trơn khớp nối mềm. Tuy nhiên, trong hầu hết các ứng dụng công nghiệp, mỡ bôi trơn là lựa chọn phổ biến trừ khi có yêu cầu cụ thể từ nhà sản xuất. Lớp màng dầu chảy ra từ chất làm đặc trong mỡ đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ các thành phần của khớp nối, thấm vào vùng tải để giảm ma sát và hao mòn.
Thách thức trong bôi trơn khớp nối mềm
Các khớp nối mềm cần được bảo vệ khỏi những chuyển động tương đối có biên độ thấp giữa các thành phần của chúng, điều này có thể dẫn đến hao mòn sớm. Một số thách thức khác bao gồm:
- Ứng suất ly tâm tác động đến chất bôi trơn, đặc biệt là mỡ, có thể khiến dầu bị tách ra sớm khỏi chất làm đặc.
- Sự phân bố dầu không đồng đều trong vỏ khớp nối, làm giảm hiệu quả bôi trơn.
- Rò rỉ dầu từ vỏ khớp nối, gây hao phí và ảnh hưởng đến hiệu suất vận hành.
Tác động của lực ly tâm và cách khắc phục
Do đặc điểm chuyển động của khớp nối mềm, quá trình bôi trơn thủy động (hình thành lớp màng dầu đầy đủ) thường không thể phát triển hoàn toàn. Thay vào đó, khớp nối hoạt động chủ yếu trong điều kiện bôi trơn ranh giới, nơi mà tiếp xúc kim loại có thể xảy ra.
Để đối phó với điều này, các loại mỡ có độ nhớt dầu gốc cao, chứa chất phụ gia chống mài mòn (EP) và chất làm ướt kim loại được khuyến nghị. Những đặc tính này giúp bảo vệ bề mặt tiếp xúc, giảm thiểu ma sát và hạn chế rò rỉ dầu.
Bên cạnh đó, lực ly tâm trong các khớp nối linh hoạt có thể đạt mức cực đại, đặc biệt khi khoảng cách từ trục quay tăng lên. Ngay cả những khớp nối có kích thước trung bình cũng có thể tạo ra lực gấp hàng nghìn lần trọng lực (G-force). Để đối phó với điều này, các nhà sản xuất mỡ bôi trơn tập trung phát triển công thức có khả năng chống tách dầu sớm và duy trì độ ổn định của chất làm đặc trong điều kiện tải trọng cao.
Bôi trơn đúng cách không chỉ giúp khớp nối hoạt động hiệu quả mà còn kéo dài tuổi thọ thiết bị, giảm thiểu nguy cơ hư hỏng và tăng cường độ tin cậy của hệ thống.
Khớp nối thủy lực
Khớp nối thủy lực truyền động lượng từ trục đầu vào đến chất lỏng và sau đó đến trục đầu ra khi truyền mô men xoắn. Sự không thẳng hàng chỉ được điều chỉnh bằng khoảng hở giữa các bộ phận chuyển động. Khoảng hở nhỏ không tạo ra nhiều chỗ cho lỗi căn chỉnh. Tuy nhiên, có thể bù hiệu quả cho tải trọng va chạm và tải khởi động mô men xoắn cao, vì không có kết nối chắc chắn giữa trục đầu vào và trục đầu ra.
Trong khớp nối thủy lực, một cánh quạt gắn vào trục đầu vào sẽ tăng tốc chất lỏng bên trong khớp nối khi nó quay, giống như trong một máy bơm ly tâm. Chất lỏng này sau đó đập vào các cánh của bánh xe của trục đầu ra, truyền động lượng của nó khi bánh xe tăng tốc. Nó sẽ tăng tốc cho đến khi đạt đến tốc độ của trục đầu vào, nhưng sẽ không bao giờ thực sự đạt đến tốc độ đó.
Sự khác biệt về tốc độ giữa trục đầu vào và đầu ra được gọi là trượt. Tất nhiên, lực cản ma sát và nhớt phải được khắc phục trước khi trục đầu ra có thể quay. Tốc độ đầu vào tối thiểu cần thiết cho điều kiện này được gọi là tốc độ dừng. Thiết bị có tải trọng tĩnh lớn, chẳng hạn như tua bin hơi nước hoặc khí, sẽ kết hợp khớp nối chất lỏng để giảm thiểu ứng suất ban đầu trên trục truyền động.
Tải trọng va chạm ở phía đầu vào, chẳng hạn như mô men khởi động, không bao giờ được tạo ra. Tốc độ của trục đầu vào không bao giờ bị hạn chế. Khi tốc độ dừng vượt quá, trục đầu ra sẽ bắt đầu tăng tốc, nhưng sẽ tăng tốc ở tốc độ hạn chế do mô men quán tính (khả năng chống lại gia tốc góc).
Trượt được tạo ra khi bộ phận chạy tăng tốc đến tốc độ của đầu vào, làm tiêu tan năng lượng dư thừa thông qua quá trình sinh nhiệt nhớt trong chất lỏng. Tải trọng va chạm phía đầu ra cũng sẽ được tiêu tan tương tự, ngay cả khi trục đầu ra bị chết máy hoàn toàn.
Bộ biến mô men xoắn và bộ nhân mô men xoắn là những ứng dụng đặc biệt của khớp nối thủy lực cho phép thay đổi mô men xoắn đầu vào trước khi truyền. Các thiết kế này về cơ bản hoạt động theo cùng nguyên lý, nhưng phức tạp hơn nhiều về mặt cơ học. Bài viết này sẽ không đề cập chi tiết đến các thiết bị này.
Xem thêm chi tiết bài viết: Nguyên lý hoạt động của khớp nối thuỷ lực và cách lựa chọn
Chất bôi trơn cho khớp nối thủy lực
Sự tiêu tán năng lượng khiến cho các khớp nối thủy lực có khả năng chịu tải va đập tạo ra tiềm năng tăng nhiệt độ chất lỏng nhanh chóng và cực độ. Năng lượng tiêu tán trong quá trình dừng và trượt được chuyển thành nhiệt thông qua sự cắt nhớt của chất lỏng (ma sát bên trong chất lỏng).
Trong những ứng dụng khắc nghiệt, chẳng hạn như bộ biến mô trong ô tô đang leo dốc hoặc kéo vật nặng, nhiệt độ chất lỏng có thể tăng đáng kể so với nhiệt độ vận hành thông thường là 200°F chỉ trong vòng chưa đầy một phút.
Khả năng chống oxy hóa và phân hủy nhiệt là những phẩm chất quan trọng của dầu được sử dụng cho khớp nối thủy lực vì khả năng tăng nhiệt độ đột ngột. Tương tự như vậy, chỉ số độ nhớt (VI) cao cũng hữu ích để ngăn ngừa độ nhớt hoạt động giảm nghiêm trọng ở nhiệt độ tăng đột biến và độ nhớt hoạt động quá cao ở điều kiện nhiệt độ thấp.
Chất lỏng có độ nhớt thấp thường được sử dụng trong các ứng dụng này để giảm công suất bị mất do nhiệt do ma sát chất lỏng. Độ nhớt của khớp nối thủy lực có thể nằm trong khoảng từ 2,5 đến 72 cSt ở 40°C. Đối với khớp nối thủy lực được thiết kế để hoạt động ở nhiệt độ cao, chẳng hạn như trong các ứng dụng ATF ô tô, giới hạn độ nhớt có thể được đưa ra ở 100°C. Yêu cầu ATF ô tô thông thường sẽ là 3 đến 7 cSt ở 100°C.
Các chất lỏng này cũng phải chống tạo bọt do sự khuấy động mạnh do chuyển động của cánh quạt và tác động của nó lên các cánh dẫn hướng. Các đặc tính chống gỉ giúp bảo vệ các thành phần kim loại của khớp nối. Về mặt này, chất lỏng gốc hydrocarbon vượt trội hơn các chất lỏng khác, nhưng hiệu suất của chúng có thể được cải thiện hơn nữa thông qua các chất phụ gia ức chế gỉ. Khả năng tương thích của phớt cũng rất quan trọng đối với tính hữu ích lâu dài.
Khuyến nghị bảo trì khớp nối trục
Tuổi thọ chấp nhận được chỉ có thể mong đợi từ bất kỳ thiết bị nào trong số này nếu thực hiện bảo trì đúng cách. Mức chất bôi trơn và chất lượng phải được xác minh thông qua các lần kiểm tra định kỳ. Có thể cần thêm chất bôi trơn để bù cho rò rỉ và định kỳ phải xả và thay chất bôi trơn để loại bỏ các sản phẩm phụ có hại của quá trình phân hủy chất bôi trơn, để thay thế mỡ đã cạn dầu hoặc để làm mới quần thể phụ gia.
Khớp nối bánh răng có lẽ cần bảo dưỡng nhiều nhất. Khoảng thời gian bôi trơn lại thông thường là sáu tháng đến một năm, tùy thuộc vào mức độ nghiêm trọng của ứng dụng và kinh nghiệm.
Tất cả các nhiệm vụ bảo trì phải được thực hiện với sự chú ý đến kiểm soát ô nhiễm. Tiếp xúc trượt của nhiều khớp nối cho thấy rằng sự mài mòn ba vật thể do ô nhiễm dạng hạt có thể gây ra thiệt hại đặc biệt. Việc loại bỏ không đúng cách các dung môi được sử dụng để làm sạch khớp nối trong quá trình kiểm tra và xả rửa có thể dẫn đến chất bôi trơn bị loãng đáng kể khi vận hành hoặc phản ứng có hại với các vật liệu làm đặc mỡ.
Tất cả các khớp nối sẽ chịu đựng tốt hơn đáng kể khi các yêu cầu đặt ra cho chúng được giảm bớt. Hãy xem xét tuyến phòng thủ đầu tiên là giảm thiểu tải trọng va chạm, bao gồm khởi động cứng và đảo ngược tải đột ngột. Đôi khi, nhu cầu vận hành khiến điều này trở nên bất khả thi. Tuy nhiên, nguồn tải trọng chính trong các hệ thống khớp nối có thể được kiểm soát ở mức độ lớn. Căn chỉnh thích hợp được coi là chức năng bảo trì chính xác, ưu tiên cao.
Sử dụng phân tích rung động hoặc nhiệt ảnh trong quá trình vận hành để xác định các khớp nối không thẳng hàng, vì ngay cả những nền tảng vững chắc nhất cũng dịch chuyển theo thời gian. Chắc chắn, hãy kiểm tra xem có thẳng hàng đúng cách không bất cứ khi nào thực hiện bảo trì hoặc sửa chữa xâm lấn trên các thành phần được ghép nối.
CÔNG TY TNHH THƯƠNG MẠI DỊCH VỤ KỸ THUẬT ĐOÀN KIÊN PHÁT
Mã số thuế: 0316869156
Email: sales@doankienphat.com.vn
Địa chỉ 1: 340/54/7 đường Long Phước, Phường Long Phước, TP Thủ Đức, TP Hồ Chí Minh
Địa chỉ 2: 108/13 đường 79, Phường Tăng Nhơn Phú B, TP Thủ Đức, TP Hồ Chí Minh
Điện thoại: 0908.045.076
Website: www.doankienphat.com.vn - www.khopnoitrucdongco.com
