کوپلینگ شفت متقابل سنگ شکن مخروطی

انتقال گشتاورانتقال قدرت چرخشی از موتور محرک به شفت مخالف، که سپس چرخ دنده پینیون و بوش خارج از مرکز را به حرکت در می‌آورد و در نهایت حرکت خردایش را تأمین می‌کند.

جبران ناهمراستایی: تطبیق ناهم‌ترازی‌های جزئی محوری، شعاعی یا زاویه‌ای (معمولاً ≤0.5 میلی‌متر محوری، ≤0.1 میلی‌متر شعاعی، ≤1° زاویه‌ای) بین شفت مخالف و شفت محرک، که باعث کاهش تنش روی یاتاقان‌ها و شفت‌ها می‌شود.

میرایی ارتعاشجذب شوک و ارتعاش ایجاد شده در هنگام تغییرات ناگهانی بار (مثلاً هنگام خرد کردن مواد سخت)، محافظت از موتور، چرخ دنده ها و سایر اجزای دقیق در برابر آسیب.

محافظت در برابر اضافه باربرخی از طرح‌ها شامل پین‌های برشی یا دیسک‌های اصطکاکی هستند که تحت بار بیش از حد شدید از کار می‌افتند و از آسیب فاجعه‌بار به سیستم محرک جلوگیری می‌کنند.

هاب‌های کوپلینگ: دو توپی استوانه‌ای (ورودی و خروجی) با سوراخ‌های داخلی که به شفت مخالف و شفت محرک نصب می‌شوند. توپی‌ها اغلب از فولاد ریخته‌گری شده با استحکام بالا (مثلاً ZG35CrMo) یا فولاد آهنگری شده ساخته می‌شوند و دارای شیارها یا شیارهای خاردار برای انتقال گشتاور هستند.

عنصر انعطاف‌پذیرقطعه‌ای که دو هاب را به هم متصل می‌کند و در عین حال امکان ناهم‌ترازی را فراهم می‌کند، مانند:

دیسک‌های لاستیکی یا الاستومر: دیسک‌های ارتجاعی متصل به صفحات فلزی، انعطاف‌پذیری و میرایی ارتعاش را فراهم می‌کنند.

دندانه‌های چرخ‌دندهدندانه‌های چرخ‌دنده خارجی یا داخلی روی یک توپی که با چرخ‌دنده مربوطه روی توپی دیگر درگیر می‌شوند (کوپلینگ نوع چرخ‌دنده)، که امکان ناهم‌ترازی زاویه‌ای را فراهم می‌کند.

پین و بوشپین‌های فولادی متصل به یک توپی که در بوش‌های توپی دیگر قرار می‌گیرند، با بوش‌هایی از جنس برنز یا پلیمر برای اصطکاک کم.

صفحات فلنجصفحات فلزی که به هاب‌ها پیچ شده‌اند و عنصر انعطاف‌پذیر را محکم می‌کنند. فلنج‌ها با سوراخ‌های پیچ با فاصله مساوی برای مونتاژ سوراخکاری شده‌اند و توزیع بار یکنواخت را تضمین می‌کنند.

بست‌هاپیچ و مهره‌های با مقاومت بالا (مثلاً درجه ۸.۸ یا ۱۰.۹) و مهره‌هایی که توپی‌ها و عنصر انعطاف‌پذیر را به هم محکم می‌کنند، به همراه واشرهای قفل‌کننده یا چسب قفل‌کننده رزوه برای جلوگیری از شل شدن.

سوراخ‌های پین برشی (اختیاری)سوراخ‌های شعاعی برای پین‌های برشی که تحت گشتاور بیش از حد می‌شکنند، به عنوان یک مکانیسم ایمنی برای محافظت از سیستم محرک عمل می‌کنند.

فولاد ریخته‌گری با استحکام بالا (ZG35CrMo) به دلیل خواص مکانیکی عالی خود ترجیح داده می‌شود: استحکام کششی ≥700 مگاپاسکال، استحکام تسلیم ≥500 مگاپاسکال و چقرمگی ضربه ≥35 ژول بر سانتی‌متر مربع. این فولاد قابلیت ریخته‌گری و ماشینکاری خوبی دارد و برای انتقال گشتاور مناسب است.

یک الگوی دقیق با استفاده از چوب، فوم یا رزین چاپ سه‌بعدی ایجاد می‌شود که قطر بیرونی توپی، سوراخ داخلی، شیار کلید، فلنج و سوراخ‌های پیچ را شبیه‌سازی می‌کند. مقادیر انقباض (۱.۵ تا ۲ درصد) اضافه می‌شود و مقادیر انقباض برای بخش‌های دیواره ضخیم (مثلاً ریشه فلنج) بیشتر است.

این الگو شامل هسته‌هایی برای تشکیل سوراخ داخلی و شیار کلید است که دقت ابعادی را تضمین می‌کند.

یک قالب ماسه‌ای متصل به رزین آماده می‌شود و الگو و هسته‌ها طوری قرار می‌گیرند که شکل توپی را تشکیل دهند. حفره قالب با یک ماده شوینده نسوز (بر پایه آلومینا) پوشانده می‌شود تا سطح نهایی بهبود یابد و از ورود ماسه جلوگیری شود.

فولاد ریخته‌گری شده در کوره قوس الکتریکی در دمای ۱۵۲۰ تا ۱۵۶۰ درجه سانتیگراد ذوب می‌شود و ترکیب شیمیایی آن برای ایجاد تعادل بین استحکام و چقرمگی، بین ۰.۳۲ تا ۰.۴۰ درصد کربن، ۰.۸ تا ۱.۱ درصد کروم و ۰.۱۵ تا ۰.۲۵ درصد مولیبدن کنترل می‌شود.

ریختن در دمای ۱۴۸۰ تا ۱۵۲۰ درجه سانتیگراد با استفاده از یک ملاقه و با سرعت جریان ثابت انجام می‌شود تا از تلاطم جلوگیری شود و از پر شدن کامل قالب، به ویژه در قسمت‌های پیچیده مانند شیارها، اطمینان حاصل شود.

قطعه ریخته‌گری شده به مدت ۴۸ تا ۷۲ ساعت در قالب خنک می‌شود تا تنش حرارتی به حداقل برسد، سپس از طریق ویبره برداشته می‌شود. بقایای ماسه با استفاده از شات بلاست (شن فولادی G25) تمیز می‌شوند و زبری سطح Ra25 تا ۵۰ میکرومتر حاصل می‌شود.

نرمال‌سازی (۸۵۰-۹۰۰ درجه سانتی‌گراد، خنک‌شده با هوا) ساختار دانه را اصلاح می‌کند و پس از آن عملیات تمپر (۶۰۰-۶۵۰ درجه سانتی‌گراد) برای کاهش سختی به ۱۸۰-۲۳۰ اچ بی دبلیو انجام می‌شود که باعث بهبود قابلیت ماشینکاری می‌شود.

ماشینکاری خشنتوپی ریخته‌گری شده بر روی یک دستگاه تراش سی ان سی نصب می‌شود تا قطر خارجی، سطح فلنج و سوراخ داخلی آن تراش داده شود و 2 تا 3 میلی‌متر جای خالی برای پرداخت نهایی باقی بماند. شیارهای شیار با استفاده از دستگاه فرز سی ان سی به صورت خشن تراش داده می‌شوند.

ماشینکاری نهاییسوراخ داخلی برای دستیابی به تلرانس ابعادی H7 (برای تطابق با شفت) و زبری سطح را0.8 میکرومتر، سنگ‌زنی شده است. شیارها یا اسپلاین‌ها مطابق با استانداردهای دین 6885 ماشینکاری نهایی شده‌اند و تطابق دقیق با شیارهای شفت را تضمین می‌کنند.

برای عناصر لاستیکی/الاستومر: ترکیبات الاستومر (مثلاً لاستیک نیتریل یا پلی اورتان) به صورت دیسک‌هایی با درج‌های فلزی قالب‌گیری می‌شوند و به مدت 10 تا 20 دقیقه در دمای 150 تا 180 درجه سانتیگراد پخته می‌شوند تا به سختی 60 تا 80 درجه سانتیگراد برسند.

برای عناصر چرخ‌دنده: دندانه‌های چرخ‌دنده با استفاده از دستگاه فرزکاری چرخ‌دنده سی ان سی، با مدول ۳-۸ و زاویه فشار ۲۰ درجه، به صورت یک توپی برش داده می‌شوند تا سازگاری با توپی جفت‌شده تضمین شود.

صفحات فلنج با استفاده از برش لیزری از صفحات فولادی (مثلاً Q355B) بریده می‌شوند، سپس با استفاده از دستگاه حفاری سی ان سی سوراخ‌های پیچ (با تلرانس موقعیتی ±0.1 میلی‌متر) روی آنها ایجاد می‌شود. سطوح اتصال برای آب‌بندی محکم با توپی‌ها، تا رسیدن به سطح صاف (≤0.05 میلی‌متر بر متر) سنگ‌زنی می‌شوند.

عنصر انعطاف‌پذیر بین دو توپی قرار گرفته است و صفحات فلنج با استفاده از پیچ‌های با مقاومت بالا (درجه ۸.۸) که با گشتاور مشخص (معمولاً ۲۰۰ تا ۵۰۰ نیوتن متر) محکم شده‌اند، به هم پیچ شده‌اند.

برای طراحی پین برشی، پین‌ها (ساخته شده از فولاد ۴۵#، عملیات حرارتی شده تا اچ آر سی 30-35) در سوراخ‌های از پیش حفر شده قرار می‌گیرند و اطمینان حاصل می‌شود که ضعیف‌ترین حلقه در مسیر گشتاور هستند.

صفحات توپی و فلنجی برای مقاومت در برابر خوردگی با رنگ اپوکسی یا آبکاری روی (با ضخامت ۵ تا ۸ میکرومتر) پوشش داده می‌شوند. سطوح سوراخ ماشینکاری شده با ترکیب ضد گیرپاژ پوشش داده می‌شوند تا نصب آنها تسهیل شود.

تجزیه و تحلیل ترکیب شیمیایی (طیف‌سنجی) تأیید می‌کند که مواد توپی مطابق با استانداردها هستند (به عنوان مثال، ZG35CrMo: C 0.32–0.40%).

آزمایش کشش روی نمونه‌های توپی، استحکام کششی ≥700 مگاپاسکال و ازدیاد طول ≥12٪ را تأیید می‌کند.

یک دستگاه اندازه‌گیری مختصات (سی ام ام) ابعاد توپی: قطر سوراخ (تلرانس H7)، عمق/عرض شیار (±0.05 میلی‌متر) و صافی فلنج را بررسی می‌کند.

موقعیت سوراخ پیچ‌ها با استفاده از گیج مخصوص بررسی می‌شود تا از هم‌ترازی بین هاب‌ها و فلنج‌ها اطمینان حاصل شود.

آزمایش سختی (برینل) سختی توپی را بین ۱۸۰ تا ۲۳۰ اچ بی دبلیو تضمین می‌کند؛ دندانه‌های چرخ‌دنده (در صورت وجود) تا اچ آر سی 50 تا 55 به روش القایی سخت‌کاری شده‌اند که از طریق آزمایش راکول تأیید شده است.

آزمایش پیچشی، کوپلینگ را به مدت 10 دقیقه در معرض 120٪ گشتاور نامی قرار می‌دهد، بدون اینکه تغییر شکل دائمی یا ترک خوردگی ایجاد شود.

آزمایش ذرات مغناطیسی (ام پی تی) ترک‌های سطحی در شیارهای توپی و ریشه‌های فلنج را تشخیص می‌دهد و هرگونه نقصی به طول کمتر از 0.3 میلی‌متر منجر به رد شدن قطعه می‌شود.

آزمایش فراصوت (دانشگاه یو تی) بدنه‌های توپی را از نظر عیوب داخلی (مثلاً منافذ ناشی از انقباض) در نواحی تحت بار بررسی می‌کند.

آزمایش عدم هم‌ترازی: کوپلینگ با سرعت نامی و حداکثر عدم هم‌ترازی مجاز کار می‌کند، و سطح ارتعاش (اندازه‌گیری شده از طریق شتاب‌سنج) به کمتر یا مساوی ۵ میلی‌متر بر ثانیه محدود می‌شود.

آزمایش اضافه بار: برای طرح‌های پین برشی، کوپلینگ تحت 150٪ گشتاور نامی قرار می‌گیرد و قبل از آسیب به توپی یا شفت، از خرابی پین‌های برشی اطمینان حاصل می‌شود.