وقتی تجهیزات دوار کمی، یا به طور متوسط یا حتی شدید هم تراز نشده باشند، چه اتفاقی برایشان میافتد؟
شکل ۱٫۳ نشان میدهد که وقتی ماشینهای دوار در معرض شرایط ناهم راستایی متوسط تا شدید قرار میگیرند چه اتفاقی برایشان خواهد افتاد. هنگامی که دو شفت در معرض وضعیت ناهم راستایی جزئی قرار میگیرند (۲ تا ۵ میلیمتر بر اینچ)، کوپلینگی که این دو شفت را به هم متصل میکند، به صورت داخلی خم میشود تا شرایط ناهم راستایی را بپذیرد. به خاطر داشته باشید که با چرخش شفتها، قسمتهای داخلی کوپلینگ دائماً باید به اطراف حرکت کنند، یا در یک جهت خم شوند و سپس در جهت دیگر، یا کشیده شوند و سپس فشرده شوند. اگر حرکت سیکلی، خم شدن یا اعوجاج شدید نباشد، کوپلینگ ممکن است برای مدتی دوام بیاورد.
اکثر مردم فراموش می کنند که بیشتر ماشین آلات صنعتی ۲۴ ساعت در روز، ۷ روز در هفته برای ماه ها یا سال ها بدون توقف کار می کنند. اگر موتور خودروی شما با سرعت ۳۶۰۰ دور در دقیقه (حدود ۱۲۹ کیلومتر در ساعت برای اکثر وسایل نقلیه) بدون توقف کار می کرد، در ۱ سال وسیله نقلیه شما ۱,۱۲۷,۸۲۸ کیلومتر را طی می کرد. یعنی بیش از ۲۸ برابر محیط کره زمین. من تعجب می کنم که اگر قسمت جلویی خودرو از تراز خارج می شد، لاستیک ها چه شکلی می شدند؟
همانطور که ناهم راستایی بیشتر می شود (۵-۱۰ میلی متر در اینچ)، و کوپلینگ به حداکثر وضعیت ناهم راستایی مجاز نزدیک می شود، حرکت قسمت های داخلی شروع به تداخل با سایر قسمت هایی می کند که نمی خواهند حرکت کنند، خمش بدتر می شود و اعوجاج شروع به پاره کردن چیزها در سطح میکروسکوپی می کند. گرما شروع به افزایش میکند و شفتها و یاتاقانهای ماشینآلات متوجه میشوند که چیزی شروع به کشیدن آنها کرده است و مشکلی جدی وجود دارد.
هنگامی که ناهم راستایی در محدوده شدید قرار می گیرد (بالاتر از ۱۰ میل در اینچ)، کوپلینگ حداکثر ظرفیت عملیاتی ممکن خود را به پایان رسانده است و اکنون شفت ها شروع به خم شدن الاستیک در تلاش برای سازگاری با ناهم راستایی می کنند که بارهای شعاعی زیادی بر یاتاقان ها وارد می کند. ما اکنون در مشکل بزرگی هستیم زیرا لایه روان کننده در یاتاقان ها نازک تر می شود و خطر تماس فلز با فلز را به دنبال دارد. نواحی تمرکز تنش بالا روی شفت ها در نزدیکی یاتاقان های داخلی و هاب های کوپلینگ شروع به تجربه خستگی چرخه ای می کنند. درزهای آب بندی روغن شروع به باز شدن می کنند و به روان کننده اجازه می دهد تا از داخل محفظه یاتاقان نشت کند. روان کننده در کوپلینگ شروع به بیرون ریختن می کند. مقادیر زیادی گرما در انواع خاصی از کوپلینگ های انعطاف پذیر تولید می شود. یاتاقان ها در اثر نیروهای بیش از حد داغ می شوند. یکی بهتره آماده بشه تا با آمبولانس تماس بگیره چون با این شرایط خیلی بیشتر طول نمیکشه! بوووم! آنجا رفت! ای وای! حتی با وجود اینکه ساعت دو نیمه شب است، باید با کسی تماس بگیریم تا این را دوباره راه اندازی کند. برای رفع این مشکل نباید بیش از نیم ساعت طول بکشد، درست است؟
اگرچه، آخرین وضعیت ناهم راستایی نشان داده شده در اینجا اغراق آمیز است، اما این دقیقاً همان چیزی است که اتفاق می افتد. هنگامی که بارهای عمودی یا جانبی از شفت به شفت منتقل میشوند، شفت ماشینهای دوار تحت خمش الاستیک قرار میگیرند.
کاملاً قابل درک است که کوپلینگ های انعطاف پذیر دقیقاً همان کاری را انجام می دهند که برای انجام آن طراحی شده اند. آنها خم می شوند تا ناهم راستایی جزئی را در خود جای دهند. اما شفت ها نیز انعطاف پذیر هستند و با شدیدتر شدن ناهم راستایی، شفت ها بیشتر شروع به خم شدن می کنند. به خاطر داشته باشید که شفت ها به طور دائم خم نمی شوند، آنها فقط به صورت الاستیک خم می شوند زیرا تحت چرخش قرار می گیرند.
همچنین توجه داشته باشید که شفت پمپ در این مثال در حال اعمال نیروی رو به پایین بر روی یاتاقان موتور داخلی است زیرا سعی می کند محور موتور را در راستای خط مرکزی چرخش خود قرار دهد. برعکس، شفت موتور نیرویی رو به بالا بر یاتاقان پمپ داخلی وارد میکند، زیرا تلاش میکند محور پمپ را در راستای خط مرکزی چرخش خود قرار دهد. اگر نیروهای از شفت به شفت به اندازه کافی زیاد باشد، بردار نیرو بر یاتاقان بیرونی موتور ممکن است در جهت بالا و روی یاتاقان بیرونی پمپ به سمت پایین باشد. این توضیح می دهد که چرا ماشین آلات ناهم تراز ممکن است به دلیل این واقعیت که این نیروها در یک جهت در هر یاتاقان عمل می کنند، بیش از حد ارتعاش نکنند. به عنوان مثال، نیروهای ناشی از روتورهای نامتعادل جهت خود را تغییر می دهند، زیرا “نقطه سنگین” به طور مداوم در حین چرخش شفت در حال حرکت است و در نتیجه باعث ایجاد ارتعاش (یعنی حرکت) می شود. نیروهای نا هم تراز شفت در اطراف حرکت نمی کنند. آنها فقط در یک جهت عمل می کنند.
نمودار شکل ۱٫۴ زمان تخمینی خرابی یک قطعه معمولی از تجهیزات دوار را بر اساس شرایط هم ترازی متفاوت نشان می دهد. اصطلاح “شکست” در اینجا به معنای تخریب هر یک از اجزای حیاتی دستگاه مانند سیل ها، یاتاقان ها، کوپلینگ یا روتورها است. دادههای موجود در این نمودار از تعداد زیادی سابقه موردی جمعآوری شدهاند که در آن ناهم راستایی علت اصلی خرابی ماشینآلات است.