Optimasi Pelumasan Kopling untuk Keandalan dan Ketahanan

Di dunia ideal, satu komponen akan mencakup semua fitur yang diperlukan, tetapi kenyataan memaksa kita untuk merakit beberapa bagian di lokasi. Ketika bagian-bagian ini bergabung, persesuaian tidak akan pernah sempurna.

Kopling mentransmisikan torsi antara bagian shaft. Bahkan dengan penyesuaian yang cermat, ketidakselarasan yang tersisa tetap ada, dan fleksibilitas sangat penting untuk melindungi bearing dan shaft dari aus dini. Pelumasan yang tepat adalah kunci kinerja dan ketahanan kopling.

Gambar 1. Jenis Ketidakselarasan

Ketidakselarasan muncul sebagai perpindahan offset atau sudut di dua dari tiga sumbu utama (Gambar 1). Sumbu longitudinal jarang diukur, namun kesalahan di sini dapat menyebabkan beban dorong berlebihan. Instalasi besar, seperti kompresor kapasitas tinggi, menggunakan persesuaian berbasis kabel, sementara setup kecil tradisional menggunakan indikator rim-and-face. Indikator optik berbasis laser semakin disukai karena keakuratannya dan kemudahan penggunaannya.

Tim pemeliharaan berkinerja tinggi juga mempertimbangkan ekspansi termal. Semua padat, kecuali air, mengembang dengan suhu sesuai koefisien ekspansi termal. Shaft yang disesuaikan di suhu ruangan akan melayang saat suhu operasi naik. Pemanasan atau pendinginan awal peralatan, atau ketidakselarasan sengaja di suhu ruangan, dapat mengurangi geseran ini, namun offset yang tersisa tidak dapat dihindari. Ketidakselarasan ini memaksa shaft untuk melentur, menginduksi getiran dan beban tidak merata pada bearing, yang pada gilirannya mempersingkat umur peralatan.

Saat kopling dirancang dengan baik, mereka menyerap gaya ketidakselarasan, melindungi komponen sensitif dan mahal seperti bearing—seringkali elemen paling lemah dalam drivetrain—dari stres berlebihan.

Gambar 2. Kopling Gear

JENIS KOPLING
Kopling secara luas diklasifikasikan ke dalam empat kategori, masing-masing dengan beberapa desain spesifik. Kopling padat dan magnetik tidak memerlukan pelumasan, tetapi dimasukkan untuk kelengkapan. Kopling padat adalah kaku dan tidak menyesuaikan ketidakselarasan; mereka hanya menyambung shaft untuk mentransmisikan torsi. Kopling magnetik menggerakkan shaft non-kontak melalui magneten permanen atau elektromagneten—umum dalam pompa drive magnetik tanpa segel.

Kopling fleksibel menggunakan elemen fleksibel tetap—disc atau bush logam, karet, atau plastik—yang berputar dengan shaft dan menyerap ketidakselarasan tanpa pelumasan. Gear, chain, grid, dan universal joints, bagaimananya, bergantung pada pelumasan untuk kinerja optimal dan ketahanan. Kopling fluida (konverter dan pengalir torsi) menggunakan fluida pelumas untuk mentransmisikan torsi.

Gambar 3. Kopling Rantai

KOPLING FLEKSIBEL
Kopling gear (Gambar 2) menangani ketidakselarasan melalui clearances antara gigi gear. Gigi eksternal pada kedua shaft bersanding dengan gigi internal pada perumahan yang mengandung pelumas. Variasi memasang gigi pada hanya satu shaft, bersanding dengan gigi internal pada yang lain. Percepatan atau perlambatan dapat menyebabkan dampak akibat backlash, dan ketidakselarasan menyebabkan gerakan geser selama setiap revolusi.

Kopling rantai (Gambar 3) beroperasi pada prinsip yang sama. Sprocket pada setiap shaft dihubungkan oleh rantai roller; clearances dalam rangkaian rantai dan sprocket menampung ketidakselarasan. Pola pemuatan mencermini kopling gear.

Kopling grid eksternal (Gambar 4) menggunakan grid besi bergelombang yang melentur di bawah beban. Disc bergerigi pada setiap shaft menempatkan grid, mentransmisikan torsi. Gerakan geser berkembang antara grid dan gerigi saat grid merubah bentuk, melebar dan menyempit dengan setiap revolusi.

Universal joints menampung ketidakselarasan 20–30°, tergantung desain. Mereka everywhere di drive shaft kendaraan, mengizinkan gerakan roda dengan perjalanan suspensi. Labirin empat spindle menghubungkan dua shaft yang berakhir di yoke atau knuckle pada sudut siku; setiap journal labirin didukung oleh bearing atau bush di dalam knuckle, memungkinkan artikulasi.

Gambar 4. Kopling Grid

PELUMAS KOPLING FLEKSIBEL
Kedua minyak dan grease dapat melumasi kopling fleksibel. Sebagian besar kopling industri di-grease-lubricated kecuali ditentukan lain. Grease menyediakan film minyak yang keluar dari thickener ke zona pemuatan, melindungi komponen.

Kopling fleksibel yang dilumasi harus menahan gerakan relatif amplitudo rendah, gaya sentrifugal pada pelumas, dan distribusi minyak yang tidak merata. Gerakan geser kecil menghalangi pelumasan hidrodinamik film penuh, jadi base oil viskositas tinggi, aditif EP, dan agen basah logam direkomendasikan untuk mempertahankan kondisi boundary atau mixed-film. Viskositas tinggi juga mengurangi kebocoran.

Gaya sentrifugal dalam kopling dapat mencapai ribuan kali gravitasi (Gs). Formulasi grease dirancang untuk mencegah pemisahan dini minyak dan thickener di bawah gaya tersebut.

Gambar 5. Universal Joint

KOPLING FLUIDA
Kopling fluida mentransfer torsi melalui gerakan fluida. Ketidakselarasan hanya diampuri oleh clearances kecil antara bagian bergerak, sehingga sedikit margin untuk kesalahan. Meskipun demikian, kopling fluida efektif menyerap beban kejutan dan torsi start yang tinggi karena tidak ada link mekanis langsung antara shaft input dan output.

Di dalam kopling fluida, impeller pada shaft input mempercepat fluida banyak seperti pompa sentrifugal. Fluida kemudian mengenai runner vanes pada shaft output, mentransfer momentum. Runner mempercepat ke arah kecepatan input tetapi tidak pernah mencapainya, menghasilkan slippage. Kecepatan input minimum yang diperlukan untuk output berputar disebut stall speed. Kopling fluida ideal untuk peralatan dengan beban statis tinggi, seperti turbin uap atau gas, di mana stres awal pada shaft drive harus diminimalkan.

Beban kejutan pada sisi input tidak pernah ditransmisikan; kecepatan shaft input tetap tidak terbatas. Saat stall speed terlewati, shaft output mempercepat pada laju yang dibatasi oleh inersianya, dan energi berlebih disipasi sebagai panas viskus. Konverter torsi dan pengalir adalah kopling fluida spesial yang memodifikasi torsi input sebelum transmisi.

PELUMAS KOPLING FLUIDA
Dissipasi energi dalam kopling fluida dapat meningkatkan suhu fluida dengan cepat, kadang melebihi 200 °F dalam satu menit. Minyak harus menahan oksidasi, degradasi termal, dan mempertahankan indeks viskositas tinggi untuk mencegah perubahan viskositas yang drastis pada lonjakan suhu.

Viskositas typikal berkisar dari 2,5 hingga 72 cSt pada 40 °C. Untuk aplikasi suhu tinggi, batas viskositas mungkin ditetapkan pada 100 °C. Minyak viskositas rendah mengurangi daya yang hilang karena geser, tetapi harus menahan gelembung dari gejolak intens dan memberikan perlindungan karat. Fluida berbasis hidrokarbon, ditingkatkan dengan aditif anti karat, menawarkan kinerja superior dan kompatibilitas segel.

REKOMENDASI
Pemeliharaan yang tepat sangat penting untuk umur kopling apa pun. Verifikasi level dan kualitas pelumas secara teratur, dan tambahkan pelumas untuk mengompensasi kebocoran. Secara berkala flush dan ganti pelumas untuk menghilangkan produk degradasi dan mengisi ulang aditif. Kopling gear sering memerlukan pelumas ulang setiap enam bulan hingga satu tahun, tergantung pada keparahan aplikasi dan pengalaman operator.

Semua pemeliharaan harus menekankan kontrol kontaminasi. Kontaminasi partikel dapat menyebabkan aus abrasif pada kontak geser. Resolusi pelarut dari pembersihan dapat mencairkan pelumas atau bereaksi dengan thickener grease, mengompromi kinerja.

Kopling bertahan paling baik ketika kebutuhan operasional dipertahankan. Mengurangi beban kejutan—start keras dan pembalikan beban tiba-tiba—adalah garis pertahanan pertama. Persesuaian, fungsi presisi prioritas tinggi, dapat diverifikasi menggunakan analisis getaran atau termografi selama operasi, dan harus diperiksa ulang kapan saja pemeliharaan atau perbaikan terjadi.