Memahami kebutuhan pelumas kopling

Di dunia yang ideal, beberapa komponen dapat diproduksi dalam satu bagian, atau digabungkan dan dipasang dalam keselarasan yang sempurna. Namun, di dunia nyata, komponen yang terpisah harus disatukan dan dihubungkan di tempat.

Kopling diperlukan untuk mentransmisikan gaya rotasi (torsi) antara dua panjang poros, dan terlepas dari upaya yang paling keras, penyelarasan tidak pernah sempurna. Untuk memaksimalkan umur komponen seperti bantalan dan poros, fleksibilitas harus dibangun untuk menyerap sisa ketidaksejajaran yang tersisa setelah semua kemungkinan penyesuaian dilakukan. Pelumasan kopling yang tepat sangat penting untuk kinerjanya.

Gambar 1. Jenis Misalignment

KESALAHAN
Misalignment dapat terjadi baik sebagai offset atau perpindahan sudut pada dua dari tiga sumbu yang mungkin (Gambar 1). Sumbu ketiga, dalam arah memanjang, tidak umum diukur, meskipun kesalahan dalam arah ini dapat mengakibatkan beban dorong yang berlebihan dalam suatu sistem. Untuk instalasi besar, seperti kompresor besar, metode penjajaran kawat digunakan. Aplikasi yang lebih kecil secara tradisional menggunakan pembacaan indikator rim-and-face untuk mengukur dan mengoreksi ketidaksejajaran, meskipun indikator laser optik semakin populer karena kemudahan penggunaan dan akurasinya.

Dalam organisasi pemeliharaan pengaturan kecepatan, upaya juga dilakukan untuk mengimbangi pertumbuhan termal yang terjadi pada peralatan selama operasi. Semua bahan (kecuali air) memuai sedikit ketika dipanaskan; jumlah yang mereka lakukan diatur oleh koefisien muai panas bahan dan derajat panasnya. Sebuah mesin yang dibawa ke keselarasan pada suhu lingkungan akan merayap ke posisi misalignment sebagai bahan mesin naik atau turun ke suhu operasi.

Upaya dilakukan untuk memanaskan atau mendinginkan peralatan ke kondisi operasi normal sebelum melakukan pemeriksaan keselarasan. Sebagai alternatif, perhitungan pertumbuhan termal yang diantisipasi dapat digunakan untuk secara sengaja menyelaraskan drivetrain pada suhu sekitar sehingga dapat tumbuh menjadi sejajar. Apapun tindakan pencegahan yang diambil untuk membuat penyelarasan seakurat mungkin, sejumlah misalignment residual pasti akan tetap ada. Ketidaksejajaran memaksa komponen mesin yang kaku seperti poros untuk dibelokkan agar dapat disejajarkan secara efektif. Lendutan ini memberi tekanan pada komponen, menyebabkan getaran, dan mendistribusikan beban yang lebih tinggi dan tidak merata pada struktur yang menopang elemen tersebut, seperti bantalan. Tekanan ini membuang energi dan secara dramatis dapat mengurangi masa pakai dan keandalan peralatan.

Dirancang dengan benar, kopling dapat menyerap gaya misalignment sehingga komponen yang lebih mahal, kritis, dan sensitif dapat dihemat. Meskipun poros yang berputar tampak kokoh, bantalan yang menopangnya adalah beberapa komponen presisi paling sensitif di drivetrain.

Gambar 2. Kopling Roda Gigi

JENIS COUPLING
Desain kopling dapat dibagi menjadi empat kategori utama, masing-masing memiliki beberapa desain khusus. Kopling padat dan magnetik tidak memerlukan pelumasan, tetapi disertakan di sini untuk kelengkapannya. Kopling padat pada dasarnya adalah struktur kaku yang tidak mengimbangi ketidaksejajaran, tetapi memungkinkan dua poros disambung untuk tujuan mentransmisikan torsi. Hub yang dibaut yang dikunci pada poros adalah contoh mesin dengan kopling magnetik. Kopling magnetik memungkinkan poros yang tidak bersentuhan langsung untuk digerakkan bersama menggunakan magnet permanen atau magnet listrik yang kuat. Pompa penggerak magnet tanpa segel adalah contoh umum.

Jenis kopling lainnya adalah kopling fleksibel dan kopling fluida. Banyak kopling fleksibel menggunakan elemen logam, karet, atau plastik fleksibel posisi tetap, seperti cakram atau busing, yang berputar dengan poros dan menyerap ketidaksejajaran. Desain jenis ini tidak memerlukan pelumasan. Lainnya seperti geared, chain, grid dan universal joint memang membutuhkan pelumasan untuk kinerja dan umur panjang. Kopling fluida termasuk konverter torsi dan pengganda torsi. Kopling ini diisi dengan cairan pelumas yang mengandalkan cairan untuk mengirimkan torsi.

Gambar 3. Rantai Kopling

KOPLING FLEKSIBEL
Kopling roda gigi (Gambar 2) mengkompensasi ketidaksejajaran melalui celah di antara gigi roda gigi. Gigi roda gigi eksternal yang dipasang di poros pada kedua poros berpasangan dengan gigi roda gigi internal pada rumahan yang berisi pelumas. Desain lain memasang gigi eksternal hanya pada satu poros, berpasangan dengan gigi internal yang dipasang ke poros lainnya. Akselerasi atau deselerasi dapat mengakibatkan benturan di antara gigi-gigi roda gigi karena serangan balik dari jarak bebas yang diambil di sisi berlawanan dari gigi-gigi roda gigi. Misalignment akan menghasilkan gerakan geser relatif melintasi gigi kawin saat mereka melewati setiap putaran.

Kopling rantai (Gambar 3) beroperasi mirip dengan kopling roda gigi. Sprocket pada setiap ujung poros dihubungkan oleh rantai roller. Jarak bebas antar komponen dan jarak bebas dalam mengawinkan rantai ke sproket mengimbangi ketidaksejajaran. Pembebanan mirip dengan kopling roda gigi.

Kopling grid eksternal (Gambar 4) menggunakan grid baja bergelombang yang menekuk untuk mengimbangi pembebanan yang disebabkan oleh ketidaksejajaran. Cakram beralur yang melekat pada ujung setiap poros menampung kisi-kisi, yang mentransmisikan torsi di antara mereka. Gerakan geser dengan amplitudo rendah berkembang antara kisi dan alur saat kisi berubah bentuk karena beban, melebar di beberapa lokasi dan menyempit di tempat lain selama setiap putaran.

Sambungan universal digunakan untuk misalignment maksimum yang diizinkan hingga 20 hingga 30 derajat, tergantung pada desainnya. Mereka digunakan secara luas untuk poros penggerak kendaraan untuk memungkinkan roda bergerak dengan sistem suspensi. Sambungan universal menggunakan komponen berpintal empat yang disebut laba-laba untuk menghubungkan dua poros yang diakhiri dengan kuk atau buku-buku jari pada sudut siku-siku (Gambar 5). Masing-masing dari empat jurnal laba-laba didukung oleh bantalan atau bushing yang terdapat di salah satu buku jari, yang memungkinkan artikulasi.

Gambar 4. Kopling Grid

LUBE KOPLING FLEKSIBEL
Baik minyak pelumas maupun gemuk dapat dipilih untuk melumasi kopling fleksibel. Kecuali disebutkan secara khusus oleh perancang kopling, kopling untuk sebagian besar komponen industri dilumasi dengan gemuk. Komponen kopling dilindungi terutama oleh lapisan oli yang keluar dari pengental gemuk dan merembes ke zona pemuatan.

Kopling fleksibel berpelumas memerlukan perlindungan dari gerakan relatif amplitudo rendah yang berkembang di antara komponen. Kekhawatiran lain termasuk tekanan sentrifugal pada pelumas (khususnya gemuk), yang menyebabkan pemisahan dini oli dari pengental, distribusi oli yang buruk di dalam wadah dan kebocoran oli dari wadah.

Amplitudo gerakan yang rendah, kecepatan artikulasi, dan kecenderungan ke arah gerakan geser daripada gerakan menggelinding menghambat pengembangan pelumasan hidrodinamik (film penuh). Gemuk yang dibuat dengan minyak dasar dengan viskositas tinggi, anti-scuff (EP) dan bahan pembasahan logam direkomendasikan untuk mengatasi kondisi batas (film campuran) yang sering terjadi pada kopling fleksibel. Viskositas oli yang tinggi juga memperlambat laju kebocoran.

Gaya sentrifugal dalam kopling fleksibel bisa menjadi ekstrem, menjadi lebih besar dengan bertambahnya jarak dari sumbu rotasi. Bahkan kopling berukuran sedang dapat menghasilkan gaya ribuan kali lebih besar dari gravitasi (disebut sebagai Gs). Pembuat gemuk memberikan prioritas tinggi pada formulasi yang menolak pemisahan dini antara minyak dan pengental karena gaya G yang tinggi.

Gambar 5. Sambungan Universal

KOUPLING FLUIDA
Kopling fluida mentransfer momentum dari poros input ke fluida dan kemudian ke poros output saat mentransmisikan torsi. Misalignment hanya diakomodasi oleh jarak bebas antara bagian yang bergerak. Jarak bebas yang kecil tidak memberikan banyak ruang untuk kesalahan penyelarasan. Namun, dimungkinkan untuk secara efektif mengkompensasi beban kejut dan beban awal torsi tinggi karena tidak ada hubungan yang solid antara poros input dan output.

Dalam kopling fluida, impeler yang terpasang pada poros input mempercepat cairan di dalam kopling saat berputar, seperti pada pompa sentrifugal. Cairan ini kemudian mengenai baling-baling pelari poros keluaran, mentransfer momentumnya saat pelari berakselerasi. Ini akan mempercepat sampai mendekati kecepatan poros input, tetapi tidak akan pernah benar-benar mencapainya. Perbedaan kecepatan antara poros input dan output dikenal sebagai slippage. Tentu saja, gesekan dan hambatan viskos harus diatasi sebelum poros keluaran dapat berputar. Kecepatan input minimum yang diperlukan untuk kondisi ini dikenal sebagai kecepatan stall. Peralatan dengan beban statis yang besar, seperti turbin uap atau gas, akan menggunakan kopling fluida untuk meminimalkan tegangan awal pada poros penggerak.

Beban kejut pada sisi input, seperti torsi awal, tidak pernah dibuat. Kecepatan poros input tidak pernah terkendali. Ketika kecepatan stall terlampaui, poros keluaran akan mulai berakselerasi, tetapi akan melakukannya pada laju yang dibatasi karena momen inersianya (tahanan terhadap percepatan sudut). Slippage dibuat saat pelari berakselerasi ke kecepatan input, menghilangkan energi berlebih melalui pembangkitan panas kental dalam cairan. Beban kejut sisi keluaran akan hilang dengan cara yang sama, bahkan jika poros keluaran benar-benar mati.

Konverter torsi dan pengganda adalah aplikasi khusus kopling fluida yang memungkinkan torsi input dimodifikasi sebelum transmisi. Desain ini beroperasi secara fundamental dengan prinsip yang sama, tetapi secara mekanis jauh lebih kompleks.

CAIRAN COUPLING LUBES
Disipasi energi yang membuat kopling fluida begitu toleran terhadap beban kejut menciptakan potensi peningkatan suhu fluida yang cepat dan ekstrem. Energi yang hilang selama stall dan slip diubah menjadi panas melalui geseran viskos fluida (gesekan internal fluida). Dalam aplikasi ekstrem, suhu fluida dapat naik di atas suhu operasi normal 200 derajat Fahrenheit dalam waktu kurang dari satu menit.

Ketahanan oksidasi dan degradasi termal adalah kualitas penting dari oli yang digunakan untuk kopling fluida karena potensi peningkatan suhu yang drastis. Demikian pula, indeks viskositas tinggi (VI) juga berguna untuk mencegah penurunan tajam dalam viskositas operasi pada lonjakan suhu dan viskositas operasi yang terlalu tinggi pada kondisi suhu rendah.

Fluida dengan viskositas rendah biasanya digunakan dalam aplikasi ini untuk mengurangi daya yang hilang akibat panas akibat gesekan fluida. Viskositas kopling fluida dapat turun antara 2,5 hingga 72 centistokes (cSt) pada 40 derajat Celcius. Untuk kopling fluida yang dirancang untuk beroperasi pada suhu tinggi, batas viskositas dapat diberikan pada 100 C.

Cairan ini juga harus menahan buih karena agitasi parah yang disebabkan oleh gerakan impeller dan dampaknya pada baling-baling runner. Sifat pelindung karat membantu melestarikan komponen logam kopling. Cairan berbasis hidrokarbon lebih unggul dalam hal ini dibandingkan cairan lain, tetapi kinerjanya dapat ditingkatkan melalui aditif penghambat karat. Kompatibilitas segel juga penting untuk kegunaan jangka panjang.

REKOMENDASI
Masa pakai yang dapat diterima dapat diharapkan dari salah satu perangkat ini hanya jika perawatan yang tepat dilakukan. Level dan kualitas pelumas harus diverifikasi melalui pemeriksaan berkala. Pelumas tambahan mungkin diperlukan untuk mengkompensasi kebocoran. Bilas dan ganti pelumas secara berkala untuk menghilangkan produk sampingan yang berbahaya dari kerusakan pelumas, untuk mengganti gemuk yang habis oli atau untuk menyegarkan populasi aditif. Kopling gigi mungkin membutuhkan perawatan paling banyak. Interval pelumasan ulang yang umum adalah enam bulan hingga satu tahun, tergantung pada tingkat keparahan dan pengalaman aplikasi.

Semua tugas pemeliharaan harus dilakukan dengan perhatian pada pengendalian kontaminasi. Kontak geser yang dialami oleh banyak kopling menunjukkan bahwa keausan tiga bodi yang abrasif yang disebabkan oleh kontaminasi partikulat bisa sangat merusak. Pembuangan yang tidak tepat dari pelarut yang digunakan untuk membersihkan kopling selama inspeksi dan operasi pembilasan dapat menyebabkan penipisan kental pelumas yang signifikan dalam operasi atau reaksi merugikan dengan bahan pengental gemuk.

Kopling akan bertahan ketika tuntutan yang ditempatkan pada mereka berkurang. Pertimbangkan garis pertahanan pertama untuk meminimalkan beban kejut, termasuk start yang sulit dan pembalikan beban mendadak. Terkadang tuntutan operasional membuat ini tidak mungkin. Akan tetapi, sumber utama pembebanan dalam sistem kopling dapat dikendalikan. Penyelarasan yang tepat dianggap sebagai prioritas tinggi, fungsi pemeliharaan presisi. Gunakan analisis getaran atau termografi selama pengoperasian untuk mengidentifikasi kopling yang tidak sejajar, karena bahkan fondasi yang paling kokoh pun bergeser seiring waktu. Tentu saja, periksa keselarasan yang tepat setiap kali pemeliharaan atau perbaikan yang mengganggu dilakukan pada komponen yang digabungkan.