Válcová uvolňovací deska je precizně obrobená kruhová nebo prstencovitá mechanická součást používaná v sestavách spojky, brzdových systémech, magnetických přídržných zařízeních a různých mechanismech přenosu síly k zapojení nebo uvolnění přenosu síly mezi rotujícími nebo stacionárními členy. Funkce „uvolnění“ odkazuje na roli desky při oddělování dvou kontaktních ploch – typicky třecího kotouče, magnetické plochy nebo tlakové plochy – při použití příkazu k odpojení, ať už mechanicky, hydraulicky, pneumaticky nebo elektromagneticky. Válcová geometrie popisuje tvar desky: disk nebo prstenec jednotného průřezu, jehož ploché plochy jsou opracovány s úzkými tolerancemi, aby byl zajištěn rovnoměrný kontakt, paralelní záběr a konzistentní rozložení síly po celé kontaktní ploše.
Z praktického hlediska a válcová uvolňovací deska slouží jako mezilehlá komponenta rozhraní, která převádí axiální sílu – aplikovanou pákovým mechanismem, hydraulickým pístem, pneumatickým pohonem nebo elektromagnetickou cívkou – do řízeného oddělení nebo záběru primárních třecích nebo kontaktních ploch v sestavě. Jeho geometrie, materiál, povrchová úprava, tolerance rovinnosti a tuhost společně určují, jak rovnoměrně je rozpojovací síla rozložena, jak rychle a čistě dochází k oddělení a jak spolehlivě se sestava znovu zapojí, když je uvolňovací síla odstraněna. Ve vysoce výkonných aplikacích mohou i malé odchylky od specifikované rovinnosti nebo rovnoběžnosti válcové uvolňovací desky způsobit částečný kontakt, nerovnoměrné opotřebení, tepelná horká místa a předčasné selhání součásti v širší sestavě.
Válcové uvolňovací desky se objevují v široké škále mechanických a elektromechanických systémů všude tam, kde je vyžadováno ploché, tuhé, axiálně zatížené rozhraní pro ovládání zapojení a rozpojení. Pochopení šíře aplikací pomáhá objasnit rozsah požadavků na výkon – a proč lze stejný základní geometrický tvar specifikovat ve velmi odlišných materiálech a na velmi různé stupně přesnosti v závislosti na případu použití.
V systémech elektromagnetických spojek – široce používaných v průmyslových strojích, tiskařských zařízeních, pohonech dopravníků, balicích strojích a kompresorech HVAC – je válcová uvolňovací deska (v tomto kontextu často nazývaná deska kotvy nebo čelní deska rotoru) součástí přitahovanou magnetickým tokem generovaným cívkou spojky, když je pod napětím. Je opracován do přesné rovinnosti a povrchové úpravy, takže při přitažení proti čelu rotoru elektromagnetu dochází k plnému, rovnoměrnému kontaktu po celém jeho prstencovém povrchu, čímž se maximalizuje přenos točivého momentu. Když je cívka bez napětí, listové pružiny nebo vlnové pružiny integrované do sestavy uvolňovací desky odtáhnou desku od čela rotoru, čímž čistě přeruší magnetický obvod a uvolní hnaný hřídel. Síla vratné pružiny musí být pečlivě kalibrována – je příliš slabá a deska se při uvolňování táhne proti čelu rotoru, což způsobuje teplo a opotřebení; příliš silná a rychlost záběru desky je příliš pomalá pro dobu odezvy požadovanou aplikací.
U suchých kotoučových třecích spojek – používaných v automobilových převodovkách, zemědělských strojích, průmyslových přenosech síly a pohonech vřeten obráběcích strojů – pracuje válcová vypínací deska ve spojení s přítlačnou deskou a setrvačníkem, aby sendvičovala třecí kotouč. Při sešlápnutí pedálu spojky (nebo aktivaci vypínací vidlice) působí vypínací ložisko axiálním zatížením na válcovou vypínací desku (nebo přímo na prsty membránové pružiny, které slouží jako vypínací mechanismus u moderních automobilových spojek), čímž se uvolní svěrná síla na třecí kotouč a motor nebo hnací hřídel se volně otáčí od převodovky nebo hnané součásti. Rovinnost, rovnoběžnost a stav povrchu kontaktních ploch uvolňovací desky přímo ovlivňují, jak hladce a úplně se třecí kotouč odpojí, což určuje kvalitu řazení, pocit z pedálu spojky a životnost sestavy spojky.
Vícekotoučové hydraulické brzdy a pneumatické brzdy používané v průmyslových strojích, zdvihacích zařízeních, pohonech náklonu a stáčení větrných turbín a přesných obráběcích strojích obsahují jako konstrukční prvky svazku kotoučů válcové uvolňovací desky. U pružinových, hydraulicky uvolňovaných (bezpečných) brzd je svazek střídavých třecích kotoučů a ocelových oddělovacích desek stlačován výkonnými kotoučovými pružinami, aby se vyvinul brzdný moment. Když je na brzdový válec aplikován hydraulický nebo pneumatický tlak, válcová uvolňovací deska – působící jako čelo pístu nebo prvek rozdělující tlak – překoná sílu pružiny, oddělí svazek kotoučů a uvolní brzdu. Rovnoměrnost rozložení síly válcovou uvolňovací deskou po celé oblasti svazku kotoučů je kritická: nerovnoměrné rozložení způsobuje, že některé kotouče zůstávají v částečném kontaktu, zatímco jiné jsou zcela odděleny, což má za následek odpor, nerovnoměrné opotřebení a sníženou úplnost uvolnění brzd.
Upínače s permanentními magnety, elektromagnetické upínací přípravky a magnetická spojovací zařízení používaná při obrábění, manipulaci s materiálem a automatizaci montáže používají jako uvolnitelné kontaktní rozhraní válcové uvolňovací desky. V držácích s permanentními magnety je válcovou uvolňovací deskou magneticky měkký ocelový kotouč, který dosedá na čelo magnetového pólu. Když je zařízení přepnuto z pozastaveného stavu do stavu uvolnění – buď obrácením magnetického obvodu nebo aplikací opačného elektromagnetického toku – deska se odpojí, čímž se uvolní obrobek nebo spojená součást. Povrchová úprava a rovinnost válcové uvolňovací desky určují jak dosaženou přídržnou sílu (drsné nebo nerovné povrchy snižují účinnou kontaktní plochu pólů, snižují přídržnou sílu), tak čistotu uvolnění (zkroucená nebo nerovná deska může způsobit zbytkový kontakt s čelem magnetu po příkazu k uvolnění, což způsobí zpožděné nebo částečné uvolnění).
Fyzická konstrukce válcové uvolňovací desky odráží funkční požadavky její aplikace – zatížení, které musí přenášet, požadovaná přesnost záběru, provozní prostředí a protilehlé komponenty, se kterými je spojena. Zatímco základní geometrie je jednoduchá (plochý kotouč nebo prstencový prstenec), přesnost, s jakou musí být tato geometrie zachována, a prvky začleněné do desky jsou vysoce specifické pro aplikaci.
Vnější průměr (OD) válcové uvolňovací desky vymezuje maximální oblast kontaktu nebo záběru a musí být přizpůsoben protilehlé součásti – čelu rotoru, třecímu kotouči nebo čelu magnetického pólu – v rámci specifikované rozměrové tolerance. Vnitřní průměr (ID) je určen vrtáním hřídele, vrtáním ložiska nebo průměrem hydraulického portu, které musí deska pojmout. Tloušťka je specifikována tak, aby poskytovala adekvátní axiální tuhost pro rovnoměrné rozložení aplikované síly přes kontaktní plochu bez vychýlení pod zatížením – příliš tenká deska se pod ovládací silou sklopí nebo prohne a vytvoří nerovnoměrný kontaktní tlak s vyšším tlakem na vnějším nebo vnitřním okraji a mezerou ve středu. Požadovaná tloušťka pro danou aplikaci se vypočítá na základě tuhosti materiálu desky (Youngův modul), průměru a velikosti a rozložení působící síly.
Plochost povrchu – odchylka kontaktní plochy od dokonalé roviny – je jednou z nejkritičtějších specifikací pro válcovou uvolňovací desku. Vyjadřuje se v mikrometrech (µm) nebo jako zlomek milimetru přes celý průměr desky. Pro elektromagnetické vypínací kotouče spojky jsou pro standardní průmyslové aplikace typické tolerance rovinnosti 0,01–0,05 mm přes celou prstencovou plochu; přesné servospojky mohou vyžadovat rovinnost pod 0,005 mm. Rovnoběžnost – požadavek, aby dvě ploché strany desky byly vzájemně rovnoběžné v rámci specifikované tolerance – je stejně důležitá, protože nerovnoběžná deska bude při záběru vyvíjet nerovnoměrnou axiální sílu, což způsobí, že se protilehlý disk nebo povrch nakloní a dojde k částečnému kontaktu. Rovinnost i rovnoběžnost jsou ověřovány přesnými souřadnicovými měřicími stroji (CMM) nebo optickými systémy měření rovinnosti při kontrole kvality uvolňovacích desek pro náročné aplikace.
Válcové uvolňovací desky jsou umístěny a poháněny řadou montážních prvků v závislosti na aplikaci. Montáž centrálního otvoru – s přesně vyvrtaným středovým otvorem, který pasuje na hřídel nebo náboj – je nejběžnějším uspořádáním v kompaktních sestavách spojky a brzdy. Funkce klíče a drážky se používají tam, kde deska musí přenášet krouticí moment i axiální sílu. Drážkované otvory umožňují kotouči klouzat axiálně podél drážkovaného hřídele při přenosu točivého momentu, což je typické uspořádání u vícekotoučových spojek a brzdových sestav, kde se uvolňovací destička musí pohybovat axiálně, aby odpojila svazek kotoučů. Příruby se vzorem šroubů na vnějším nebo vnitřním průměru zajišťují pevnou montáž ke skříni nebo koncové desce v hydraulických brzdových sestavách. Prvky přidržování pružin – štěrbiny, otvory nebo výstupky pro připojení vratných pružin – jsou obrobeny do tělesa lamely v aplikacích elektromagnetické spojky, kde musí být uvolňovací deska odpružena směrem od čela rotoru během stavu bez napětí.
Výběr materiálu pro válcovou uvolňovací desku je určen požadavky aplikace na magnetickou, mechanickou, tepelnou a korozivzdornou odolnost. V mnoha aplikacích – zejména elektromagnetických spojkách a magnetických přídržných zařízeních – jsou magnetické vlastnosti materiálu desky stejně důležité jako jeho mechanické vlastnosti a tyto dvě sady požadavků někdy táhnou protichůdnými směry, které vyžadují pečlivý kompromis nebo použití kompozitních nebo potažených řešení.
| Materiál | Magnetické vlastnosti | Mechanická pevnost | Odolnost proti korozi | Typická aplikace |
| Nízkouhlíková ocel (C10, C15) | Vynikající (měkké magnetické) | Mírný | Nízká (vyžaduje nátěr) | Kotevní kotouče elektromagnetické spojky |
| Středně uhlíková ocel (C45) | Dobře | Dobře–High | Nízká – Střední | Přítlačné kotouče třecí spojky, oddělovací kotouče brzd |
| Nerezová ocel (304, 316) | Špatné (austenitické, nemagnetické) | Dobře | Výborně | Nemagnetické uvolňovací destičky, potravinářské/farmaceutické, námořní |
| Martenzitická nerezová ocel (420, 440C) | Mírný (magnetic) | Vysoká (tepelně zpracovatelná) | Dobře | Magnetické spojkové lamely odolné proti korozi, přesné přístroje |
| Litina (GG25, GGG50) | Dobře | Mírný (brittle) | Mírný | Velké brzdové kotouče, těžké průmyslové stroje |
| Hliníková slitina (6061, 7075) | Žádné (nemagnetické) | Mírný | Dobře (anodized) | Lehké nemagnetické uvolňovací desky, letecký průmysl, robotika |
Základní materiál válcové uvolňovací desky je často ošetřen povrchovými povlaky, které zlepšují odolnost proti korozi, odolnost proti opotřebení, tvrdost povrchu nebo třecí charakteristiky, aniž by se změnily vlastnosti materiálu jádra. Zinkování nebo zinko-niklové pokovování je nejběžnějším antikorozním povlakem pro uvolňovací desky z uhlíkové oceli v průmyslových aplikacích, který poskytuje obětovanou ochranu proti korozi při zachování požadované rovinnosti povrchu v rámci tolerance tloušťky povlaku. Tvrdé chromování nebo bezproudové niklování se používá tam, kde je na kontaktních plochách desky vyžadována odolnost proti korozi a odolnost proti opotřebení. Úprava černěním poskytuje mírnou odolnost proti korozi bez rozměrových změn, takže je vhodná pro přesně broušené uvolňovací desky, kde je prvořadé zachování přísných rozměrových tolerancí. U kotoučů kotvy elektromagnetické spojky musí být jakýkoli povlak nanesený na kontaktní plochu nemagnetický a dostatečně tenký (obvykle méně než 0,02 mm), aby se zabránilo výraznému zvětšení magnetické vzduchové mezery, což by snížilo kapacitu točivého momentu spojky.
Postup výroby válcové uvolňovací desky je dán požadovanou rozměrovou přesností, povrchovou úpravou, množstvím a materiálem. Každý výrobní proces produkuje odlišnou kombinaci dosažitelných tolerancí, povrchových charakteristik a ekonomiky výroby a pochopení těchto kompromisů pomáhá inženýrům a týmům nákupu činit informovaná rozhodnutí o nákupu a výběru procesu.
CNC soustružení je primární obráběcí proces pro výrobu válcových uvolňovacích desek. Vlastnosti vnějšího průměru, vnitřního průměru, tloušťky, povrchových profilů a vrtání jsou všechny vyráběny soustružnickými operacemi na CNC soustruzích s tolerancemi vnějšího a vnitřního průměru typicky dosažitelnými pro třídu IT6–IT7 (±0,01–0,02 mm) v sériové výrobě. Pro vysoce přesné aplikace vyžadující rovinnost pod 0,01 mm a drsnost povrchu pod Ra 0,4 µm na kontaktních plochách se po soustružení provádějí operace broušení nebo lapování, aby se dosáhlo požadované kvality plochy. Broušení povrchu odstraňuje zbytkové namáhání při obrábění ze soustružených povrchů a vytváří vysokou rovinnost a povrchovou úpravu, kterou vyžadují elektromagnetické a přesné mechanické vypínací kotouče spojky. Lapování – tření desky o přesný rovný povrch brusnou směsí – se používá pro nejnáročnější požadavky na rovinnost (pod 0,005 mm), se kterými se setkáváme v aplikacích přesných přístrojů a servospojek.
Pro velkosériovou výrobu jednodušších válcových vypínacích desek – zejména tenkých kotoučů kotvy pro malé elektromagnetické spojky a oddělovacích desek pro svazky vícekotoučových spojek – jsou lisování a jemné stříhání nákladově efektivní alternativou k obrábění. Jemným stříháním se získávají díly s velmi čistými hranami bez otřepů, dobrou rozměrovou konzistencí a rovinností odpovídající mnoha standardním spojkovým aplikacím při výrobních rychlostech mnohonásobně vyšších než u CNC soustružení. Operace broušení nebo ražení po vysekávání mohou zlepšit rovinnost a povrchovou úpravu tam, kde stav lisování nestačí pro požadavky aplikace. Jemně vybroušené uvolňovací destičky jsou běžné v součástech automobilových spojek, malých průmyslových spojkových sestavách a armaturách elektromagnetických spojek vyráběných v objemech tisíců až milionů kusů ročně.
Slinování práškovou metalurgií (PM) se používá k výrobě válcových uvolňovacích desek se složitými vnitřními vlastnostmi – jako jsou integrované olejové drážky, poréznost pro samomazání nebo vložené částice tvrdé fáze pro odolnost proti opotřebení – kterých by bylo obtížné nebo nákladné dosáhnout obráběním. Slinuté uvolňovací desky se vyrábějí lisováním kovového prášku do matrice, která těsně odpovídá geometrii finální součásti, a poté slinováním (zahřátím pod bod tání), aby se částice spojily. Výsledný díl může být dimenzován (znovu lisován), aby se zlepšila rozměrová přesnost, a obroben na kritických površích pro dosažení požadované rovinnosti a konečné úpravy. Vypínací kotouče ze spékané oceli se používají v mokrých vícekotoučových spojkových a brzdových systémech v automatických převodovkách, kde poréznost kotouče umožňuje pronikání převodové kapaliny do kontaktní plochy, zlepšuje chlazení a zajišťuje kontrolované mazání třecího rozhraní.
Při získávání nebo specifikaci válcové uvolňovací desky je nezbytné sdělit dodavateli úplnou a jednoznačnou technickou specifikaci pro obdržení součásti, která správně funguje v provozu. Neúplné specifikace vedou k rozměrovým neshodám, nesprávným třídám materiálů, nedostatečné povrchové úpravě nebo chybějícím prvkům, které jsou objeveny až během montáže nebo na začátku životnosti – což jsou výsledky, jejichž řešení je nákladné. Následující specifikace musí být výslovně definovány pro jakékoli pořizování válcových uvolňovacích desek.
Pochopení režimů poruch specifických pro válcové uvolňovací desky pomáhá technikům údržby a návrhářům systémů identifikovat hlavní příčinu předčasného selhání součástí a implementovat konstrukční nebo provozní změny za účelem prodloužení životnosti. Většinu selhání uvolňovací destičky lze vysledovat zpět k jedné z malého počtu základních příčin, které, jakmile jsou identifikovány, lze snadno řešit.
Progresivní opotřebení kontaktní plochy – projevující se zmenšením tloušťky desky, zdrsněním povrchu a případně rýhováním nebo drážkováním – je důsledkem opakovaných cyklů zapojování a odpojování, zejména pokud je spojovací povrch tvrdší, abrazivní nebo znečištěný částicemi. U elektromagnetických spojek se kontaktní plocha kotouče kotvy opotřebovává o čelo rotoru a kontaminace vzduchové mezery kovovými částicemi z otěrových úlomků vytváří abrazivní prostředí, které urychluje degradaci povrchu. Opotřebení zvyšuje pracovní vzduchovou mezeru mezi kotvou a rotorem a postupně snižuje kapacitu točivého momentu spojky, dokud nezačne prokluzovat. Zmírnění zahrnuje specifikaci vhodné tvrdosti kontaktní plochy, zajištění zachování mazání nebo kvality vzduchu v prostředí spojky a stanovení plánu kontroly a výměny na základě naměřené míry opotřebení v provozu.
Tepelné zkreslení způsobené cyklickým zahříváním a ochlazováním během opakovaných cyklů záběru může způsobit deformaci válcové uvolňovací desky – ztrátu původní rovinnosti a vytvoření klenuté, kuželovité nebo sedlové kontaktní plochy. To je nejčastější v aplikacích s vysokou frekvencí záběru, nedostatečnou tepelnou hmotou v kotouči nebo nedostatečným chlazením sestavy spojky nebo brzdy. Zkroucená uvolňovací deska se částečně dotýká protilehlého povrchu, což vytváří vysoký místní kontaktní tlak ve vysokých bodech, rychlé místní opotřebení a tepelná horká místa, která dále urychlují deformaci. Prevence vyžaduje přiměřenou tloušťku desky a tepelnou vodivost materiálu pro pracovní cyklus, správnou specifikaci limitu frekvence zapojení pro danou aplikaci a tepelné řízení sestavy (proud vzduchu, chlazení oleje nebo chladiče), aby se omezila ustálená provozní teplota desky.
Ve vlhkém, chemicky agresivním nebo venkovním prostředí způsobuje koroze válcových uvolňovacích desek z uhlíkové oceli povrchové důlky a nahromadění oxidové vrstvy, což zhoršuje kvalitu kontaktní plochy, zvyšuje kontaktní odpor v elektromagnetických aplikacích a může způsobit zadření desky o protilehlé povrchy, pokud produkty koroze překlenují uvolňovací mezeru. Prevence vyžaduje specifikaci vhodného antikorozního povlaku pro prostředí (pozinkování pro mírná prostředí, zinek-nikl nebo bezproudový nikl pro mírná prostředí, nerezová ocel nebo hliník pro drsná prostředí), udržování integrity povlaku prostřednictvím pravidelné kontroly a zajištění toho, aby uvolňovací deska fungovala v prostředí, které je kompatibilní s jejím materiálem a nátěrovým systémem. V aplikacích elektromagnetické spojky může tvorba rzi na čele kotvy způsobit, že se deska po deaktivaci přilepí k čelu rotoru – poruchový režim nazývaný lepení zbytkového magnetismu, který se zhoršuje korozí přemosťující vzduchovou mezeru.
V aplikacích, kde je válcová uvolňovací deska vystavena velmi vysokému počtu cyklů – jako jsou vysokorychlostní tiskařské stroje, textilní zařízení nebo spojky poháněné servomotory, které se zapínají a vypínají tisíckrát za hodinu – může vzniknout únavové praskání v bodech koncentrace napětí, jako jsou hrany otvorů, rohy klínových drážek, otvory pro uchycení pružin nebo obrobené prvky drážky. Únavové trhliny se typicky šíří radiálně z koncentrátoru napětí směrem ven k okraji desky, což nakonec způsobí rozlomení desky na sektory. Prevence zahrnuje velkorysé poloměry zaoblení ve všech vnitřních rozích, vyhýbání se ostrým zářezům v geometrii desky, specifikaci materiálu s přiměřenou únavovou pevností pro aplikovaný napěťový cyklus a stanovení konečné životnosti (v cyklech) uvolňovací desky s plánovanou výměnou před dosažením vypočítané únavové životnosti.
Výběr válcové uvolňovací desky pro nový design nebo jako náhradní součást vyžaduje systematický přístup, který současně řeší mechanické, magnetické, tepelné a environmentální požadavky. Následující rámec poskytuje praktický proces výběru krok za krokem pro inženýry a specialisty na nákup.
Applet
Call centrum:
Tel:+86-0512-63263955
Email :[email protected]
autorská práva © Goode EIS (Suzhou) Corp LTD
Izolační kompozitní materiály a díly pro průmysl čisté energie
cn