کوپلینگ چیست و انواع آن در صنعت
coupling یا کوپلینگ یک قطعه مکانیکی است که دو محور را به هم متصل می‌کند تا گشتاور از یک شفت به دیگری منتقل شود ،. وظایف اصلی کوپلینگ‌ها شامل انتقال قدرت، اصلاح عدم انطباق محورها، جذب ارتعاشات و جلوگیری از انتقال حرارت موتور است.
وظایف کوپلینگ
- انتقال قدرت: اتصال شفت محرک به شفت متحرک برای انتقال نیرو.
- اصلاح عدم انطباق محورها: جلوگیری از وارد آمدن نیروی اضافی به اجزای دستگاه.
- جذب ارتعاشات: کاهش ارتعاشات وارد به اجزای دستگاه.
- عدم انتقال حرارت موتور: جلوگیری از انتقال حرارت تولید شده توسط موتور به بخش‌های متحرک دستگاه.
انواع coupling
کوپلینگ‌ها به دو دسته اصلی صلب و انعطاف‌پذیر تقسیم می‌شوند.
- کوپلینگ صلب: انتقال گشتاور به بهترین شکل و بدون نیاز به روغن‌کاری.
- کوپلینگ انعطاف‌پذیر: اصلاح عدم انطباق محورها و جذب ارتعاشات.
دسته‌بندی بر اساس نوع کاربرد
- کوپلینگ‌های انعطافی: نیازی به روغن‌کاری ندارند و می‌توانند در شرایط عدم انطباق شفت‌ها به خوبی کار کنند.
- آرواره‌ای: کاهش ارتعاشات با استفاده از قطعه الاستومری.
- غلافی: کاهش ارتعاش و حرکت طولی شفت‌ها.
- تایری: کاهش ضربات و ارتعاشات.
- صفحه‌ای یا دیسکی: انتقال گشتاور با دقت بالا.
- دیافراگمی: انعطاف بالا در شرایط عدم انطباق.
دلیل اصلی استفاده از coupling ، اتصال «شفت محرک» (Drive Shaft) به «شفت متحرک» (Driven Shaft) است.
ساخت دستگاهی که تنها یک شفت داشته باشد دشوار است، به همین دلیل از coupling برای اتصال شفت‌ها و انتقال قدرت استفاده می‌شود.
بدون کوپلینگ، هزینه‌های زیادی باید صرف دقت طراحی و تولید شود. همچنین در صورت خرابی دستگاه، کل شفت باید تعویض شود که این امر تعمیر و نگهداری را پیچیده و هزینه‌بر می‌کند.
انواع کوپلینگ‌ها
برای آشنایی بهتر با coupling، باید آنها را دسته‌بندی کرد. coupling به دو نوع اصلی «صلب» (Rigid) و «انعطاف‌پذیر» (Flexible) تقسیم می‌شوند که در ادامه به توضیح آنها می‌پردازیم.
کوپلینگ صلب
این نوع coupling بهترین انتقال گشتاور را ارائه می‌دهند و معمولاً به صورت «فلنج» (Flange) یا طوقه‌های طویل ساخته می‌شوند. کوپلینگ‌های صلب تنها زمانی قابل استفاده هستند که هر دو شفت به طور دقیق با هم همراستا باشند. این کوپلینگ‌ها نیازی به روان‌کاری ندارند.
کوپلینگ انعطاف‌پذیر
این نوع coupling گشتاور را بدون لغزش منتقل می‌کنند و زمانی که دو شفت همراستا نباشند، مورد استفاده قرار می‌گیرند. coupling انعطاف‌پذیر بسته به نحوه اصلاح عدم انطباق شفت‌ها، به دو دسته تقسیم می‌شوند: coupling که از خمش در یک یا چند جزء خود بهره می‌برند و کوپلینگ‌هایی که از حالت کشویی در اجزای خود استفاده می‌کنند. برخی از انواع کوپلینگ‌ها از هر دو روش در طراحی خود بهره می‌برند. برای کاهش خوردگی، کوپلینگ‌هایی که از حالت کشویی استفاده می‌کنند باید روغن‌کاری شوند.
انواع کوپلینگ‌ها بر اساس نوع کاربرد
کوپلینگ‌ها به دو دسته اصلی «انعطاف ماده» (Material Flexing) و «انعطاف مکانیکی» (Mechanical Flexing) تقسیم می‌شوند.
کوپلینگ‌های انعطاف ماده
این coupling از کشش یا فشار ماده‌ای ارتجاعی مانند لاستیک یا صفحه‌های فلزی برای ایجاد انعطاف‌پذیری استفاده می‌کنند. معمولاً نیازی به روغن‌کاری ندارند و تحت «برش» (Shear) و فشار به خوبی عمل می‌کنند. آنها می‌توانند در شرایط عدم انطباق شفت‌ها به صورت زاویه‌ای، موازی و محوری کار کنند. نمونه‌های این نوع کوپلینگ‌ها عبارتند از:
- کوپلینگ آرواره‌ای (Jaw): این نوع coupling گشتاور را از طریق فشرده شدن یک قطعه الاستومری به نام «عنکبوتی» (Spider) منتقل می‌کند. این قطعه میانی بین دو آرواره قرار می‌گیرد و برای کاهش ارتعاشات، به ویژه در دستگاه‌هایی با گشتاور پایین، استفاده می‌شود.
- کوپلینگ غلافی (Sleeve): گشتاور پایین تا متوسط را به کمک غلاف و توپی نر و ماده منتقل می‌کند. ماده رابط میانی الاستومری از جنس «EPDM»، نئوپرن یا «Hytrel» است که برای اصلاح عدم انطباق شفت و کاهش ارتعاش و حرکت طولی شفت‌ها در گشتاورهای پایین تا متوسط استفاده می‌شود.
- کوپلینگ تایری (Tire): این نوع coupling دارای المانی از جنس پلی‌اورتان یا رابر است که بین دو توپی قرار می‌گیرد. به کمک این coupling می‌توان ضربات و ارتعاش را کاهش داد و در شفت‌های غیر همراستا از آنها استفاده کرد. نصب این کوپلینگ‌ها بسیار ساده است و نیازی به جابجایی توپی‌ها یا سایر اتصالات ندارد. همچنین، در گشتاورهای مختلف و سرعت‌های متوسط تا بالا می‌توان از آنها بهره گرفت.
- کوپلینگ صفحه‌ای (Disc): این coupling گشتاور را به کمک یک صفحه (دیسک) منتقل می‌کنند. این coupling شامل دو توپی، دو دیسک و یک عضو (جداکننده) میانی هستند که در سرعت‌های بالا استفاده می‌شوند و هیچ «پس‌زنی» (Backlash) یا «لقی» ندارند و حرکات طولی شفت‌ها را محدود می‌کنند.
- کوپلینگ دیافراگمی (Diaphragm): این coupling از یک یا چند صفحه یا دیافراگم برای انتقال گشتاور استفاده می‌کنند. انحراف قطر خارجی دیافراگم متناسب با قطر داخلی آن است. از این نوع coupling در گشتاور و سرعت بالا بهره می‌گیرند.
کوپلینگ‌های مکانیکی
این نوع کوپلینگ‌ها برای جبران همراستا نبودن شفت‌ها از حرکات کشویی، لغزشی یا دوار استفاده می‌کنند و بیشتر نیاز به روغن‌کاری دارند. سه نوع طراحی مختلف در این coupling وجود دارد:
- کوپلینگ دنده‌ای (Gear Coupling): شامل پنج جزء اصلی یعنی دو توپی، دو غلاف و در برخی موارد یک جداکننده است. برای اصلاح عدم انطباق شفت‌ها، دنده‌های خارجی توپی کمی باریک‌تر از دنده‌های داخلی غلاف هستند. این فضا به دنده‌های توپی اجازه می‌دهد تا موقعیتی زاویه‌ای داشته باشند. این coupling نیاز به روغن‌کاری دارند تا حرکت کشویی توپی بر روی دنده‌های غلاف تسهیل شود.
- کوپلینگ زنجیری (Chain Coupling): از دو خورشیدی و یک زنجیر کوتاه دو ردیفی تشکیل شده‌اند. این نوع coupling در سرعت‌های پایین استفاده می‌شود، اما برای سرعت‌های بالا می‌توان از پوشش پلاستیکی یا فلزی استفاده کرد تا روان‌کاری انجام شود. اصول عملکرد این نوع کوپلینگ‌ها مشابه با coupling دنده‌ای است.
- کوپلینگ رشته‌ای فولادی (Steel Grid Couplings): این نوع coupling انعطاف‌پذیری بیشتری نسبت به coupling زنجیری دارد و عملکرد آن مشابه با coupling دنده‌ای است. این کوپلینگ‌ها دارای دو توپی دنده‌ای و یک غلاف به شکل فنرهای تودرتوی فولادی هستند.