SZKOŁA ENKODERÓW

MONTAŻ WAŁKA LUB TULEI

Montaż wałka lub tulei

Enkodery z własnym łożyskowaniem dzielimy ze względu na rodzaj wykonania na dwa typy: enkodery z normalnym wystającym wałkiem i enkodery z tuleją. Wewnątrz mogą one być zbudowane zupełnie podobnie, natomiast główna różnica polega na zamontowaniu. Enkodery z wałkiem są zakładane na swego rodzaju kołnierz, a wałek zostaje połączony z wałkiem (np. za pomocą sprzęgła). Enkodery tulejowe natomiast są montowane bezpośrednio na wałku, który ma być kontrolowany, a obudowa jest trwale połączona z otoczeniem. Poniżej przytaczamy dla ułatwienia opis enkodera z silnikiem elektrycznym, jednakże opisane reguły mają zastosowanie uniwersalne.

Enkoder z wałkiem

Jeżeli podłączamy enkoder z wystającym wałkiem do wałka silnika, to koniecznie wymagane jest elastyczne (giętkie) połączenie, ponieważ instalacja nigdy nie jest perfekcyjna. Nawet gdyby tak było, to musielibyśmy wtedy używać elastycznego sprzęgła. Łożyska enkodera są osiowo naprężone, więc nie ma luzu osiowego, ani promieniowego. Natomiast wałek silnika posiada pewien luz, co daje mu pewną swobodę ruchu. Tak więc przy absolutnie sztywnym sprzęgle rotor silnika byłby zawieszony na impulsatorze, a ten nie został skonstruowany dla takiego obciążenia. Sprzęgło musi wyrównywać następujące różnice między wałkiem napędu i wałkiem impulsatora:

  • osiowe błędy montażowe, osiowy luz i przesunięcia osiowe
  • promieniowe błędy montażowe, promieniowy luz i promieniowe przesunięcia
  • odchyłki kątowe między wałkami

Wyrównanie osiowe można wykonać często w prosty sposób, od razu podczas montażu. Problemy, które się ewentualnie tutaj pojawiają, powstają, dlatego, że wałki napędzające często wykazują luz osiowy i poruszają się pod wpływem obciążenia zewnętrznego i rozszerzalności cieplnej. W dużych silnikach takie ruchy mogą wynosić kilka milimetrów. Sprzęgło musi umożliwiać takie ruchy. Sprzęgieł bez luzu używa się najwyżej do 0,3mm luzu. W przypadkach ekstremalnych trzeba używać sprzęgła z wieloklinem.

Wyrównanie promieniowe jest często trudniejsze do przeprowadzenia, a występujące różnice są trudne do skompensowania przez sprzęgło. Poza tym sprzęgło jest obciążane podczas każdego obrotu wałka, a to oznacza, że ilość cyklów szybko rośnie i może prowadzić do złamań lub uszkodzeń zmęczeniowych w elementach sprężystych. Przy dużych odchyłkach promieniowych sprzęgło musi być długie, ponieważ wtedy może przyjmować na siebie praktycznie dwa przeciwległe odchylenia kątowe. Jeżeli nie chcemy, aby znacząco zmniejszyła się żywotność, to sprzęgła dla aktualnie używanych enkoderów skrętowych mogą wyrównywać co najwyżej odchyłki promieniowe max. 0,1mm.

Odchyłki kątowe zwykle można utrzymać w niewielkim przedziale, w zwykłej instalacji nie stanowią one dużego problemu. Jednakże odchyłka kątowa „wbudowana” podczas montażu może łatwo doprowadzić do odchyłek promieniowych sprzęgła.

Sprzęgło giętkie musi wyrównywać nie tylko wyżej wymieniowe odchyłki, ale również przenosić prawidłowo ruchy w płaszczyźnie kąta skrętu. W zależności od wymaganej dokładności trzeba wybrać odpowiednie sprzęgło dla każdego typu pracy. Wymagania w pewnej mierze wzajemnie sobie przeczą. Należy tutaj rozważyć możliwości i szukać kompromisów. Sprzęgło powinno być np. tak miękkie, jak to możliwe, aby przy niewłaściwym ustawieniu nie występowały zbyt duże siły; równocześnie jednak powinno być sztywne i odporne na skręt, aby dokładnie przenosić kąty. Zwłaszcza w przypadku, gdy sprzęgło służy do ustalania położenia (pozycjonowania) – wtedy nie może wykazywać luzu.

Enkoder z tuleją

W przypadku enkodera z tuleją wałek tulei jest sztywno połączony z wałkiem silnika. Ewentualne różnice są kompensowane poprzez elastyczne zawieszenie obudowy enkodera na pokrywie silnika. Takie zawieszenie zapobiega rotacji enkodera, ale w innych kierunkach jest giętkie. Jedną z używanych metod jest zastosowanie wspornika reakcyjnego z przegubami kulowymi na obydwu końcach – ten wspornik umieszcza się między obudową impulsatora i obudową silnika. Daje on sporą swobodę osiową, jest krótki i łatwy w montażu. Jeżeli jednak stawia się wysokie wymagania dotyczące dokładności, to wymagane jest dobre centrowanie wałka adaptera (odchyłka ruchu obrotowego poniżej 0,1mm) i możliwie duży kąt dla punktu zawieszenia wspornika. Jeżeli centrowanie nie jest prawidłowe, to występuje cyklicznie zmieniający się błąd kątowy. Poza tym łożysko, na którym w zwykłych warunkach spoczywa tylko ciężar własny enkodera, jest obciążone mechanicznie. Ruch osiowy również powoduje wykrzywienie impulsatora, ale przy zwykłym położeniu wspornika jest ono o wiele mniejsze niż ruch promieniowy. Jeżeli instalacje są prostsze, to można wspornik z przegubem kulowym z powodzeniem zastąpić przy pomocy sprężystego drutu. Patrz rycina dotycząca montażu 560/562.

  Wałek Tuleja
Umocowanie mechaniczne Wymagane są liczne części i dokładne ustawienie, spora długość wbudowanych elementów Mało części, wymagane jest dokładne ustawienie wałka montażowego; mała długość
Obojętność na niewłaściwe centrowanie W zależności od sprzęgła, często bardzo ograniczona Duża przy małej ilości obrotów, ograniczona przy dużych obrotach
Następstwa niewłaściwego centrowania Obciążenie łożyska i sprzęgła; duże odstępstwa zmniejszają żywotność. Odchyłki przy przenoszeniu kątów – zależą od sprzęgła Dynamiczne obciążenie łożyska, zwiększa się proporcjonalnie do kwadratu ilości obrotów, odchyłki kątowe są proporcjonalne do błędu centrowania i bezpośrednio z nim związane
Obojętność na ruch osiowy Ograniczona Duża