Spieverbindingen¶

Samenvatting¶

Een spieverbinding is een mechanische verbinding waarmee het koppel van een draaiende as wordt overgebracht op een onderdeel zoals een tandwiel, koppeling, poelie of impeller. Dit gebeurt met behulp van een spie: een metalen strip die in een groef van zowel de as als het aangesloten onderdeel past.

Spieverbindingen worden al tientallen jaren toegepast in de machinebouw omdat ze sterk, betrouwbaar en relatief eenvoudig te produceren zijn. Binnen Jongia komen spieverbindingen voor op onderdelen waar een veilige en nauwkeurige overdracht van draaimoment noodzakelijk is.

Hoewel een spie klein is, kan een verkeerd ontworpen of gemonteerde spieverbinding leiden tot slijtage, speling of zelfs het uitvallen van de complete aandrijving.

Theorie¶

Wat is een spie?¶

Een spie is een rechthoekig of vierkant metalen onderdeel dat in een groef (spiebaan) van een as wordt geplaatst.

Het onderdeel dat op de as wordt gemonteerd, zoals een koppeling of tandwiel, bevat eveneens een passende groef.

Wanneer beide onderdelen in elkaar worden geschoven, vormt de spie de mechanische verbinding.

Hierdoor kan de as het draaimoment overbrengen zonder dat het gemonteerde onderdeel ten opzichte van de as verdraait.

Waarom is een spieverbinding nodig?¶

Wanneer een tandwiel of impeller alleen strak op een gladde as zou worden gemonteerd, bestaat de kans dat deze gaat slippen zodra het koppel toeneemt.

Een spie voorkomt dit.

Voordelen:

betrouwbare koppeloverdracht;
eenvoudige constructie;
relatief lage productiekosten;
eenvoudig te demonteren;
geschikt voor hoge koppels.

Hoe werkt een spieverbinding?¶

De spie zelf draagt het draaimoment over.

Wanneer de motor de as laat draaien:

oefent de as kracht uit op de spie;
de spie oefent kracht uit op het aangesloten onderdeel;
het onderdeel draait mee met de as.

De passing tussen as, spie en naaf moet nauwkeurig zijn om speling en slijtage te voorkomen.

Onderdelen van een spieverbinding¶

Een complete spieverbinding bestaat uit:

de as;
de spiebaan in de as;
de spie;
de spiebaan in de naaf;
het gemonteerde onderdeel (bijvoorbeeld een koppeling of impeller).

Samen vormen deze onderdelen één mechanische verbinding.

Soorten spieën¶

Parallelle spie¶

De meest gebruikte uitvoering.

Kenmerken:

rechthoekige vorm;
eenvoudig te produceren;
geschikt voor de meeste industriële toepassingen.

Woodruff-spie (Halvemaanspie)¶

Een halfronde spie die in een ronde uitsparing van de as wordt geplaatst.

Voordelen:

eenvoudige montage;
zelfcentrerend.

Wordt vooral toegepast bij kleinere assen.

Conische spie¶

Heeft een kleine tapsheid.

Tijdens montage wordt de spie vastgeslagen waardoor een zeer stevige verbinding ontstaat.

Wordt tegenwoordig minder vaak toegepast dan parallelle spieën.

Materiaal¶

Spieën worden meestal vervaardigd uit gehard staal.

Belangrijke eigenschappen zijn:

hoge sterkte;
slijtvastheid;
goede maatvastheid.

Bij zeer corrosieve toepassingen kunnen ook roestvaststalen uitvoeringen worden gebruikt.

Passingen¶

Een spieverbinding moet voldoende nauwkeurig zijn.

Te veel speling leidt tot:

klapperen;
slijtage;
trillingen;
vermoeiing.

Een te strakke passing kan juist montageproblemen veroorzaken.

Daarom worden passingen volgens internationale normen vervaardigd.

Alternatieven voor een spieverbinding¶

Hoewel spieën veel worden gebruikt, bestaan ook andere verbindingstechnieken.

Voorbeelden zijn:

splineverbindingen;
conische klembussen (taper bushes);
krimppassingen;
persverbindingen;
klembussen zonder spie.

De keuze hangt af van de belasting, de nauwkeurigheid en de onderhoudswensen.

Slijtage¶

Na langdurig gebruik kan slijtage ontstaan.

Veel voorkomende oorzaken zijn:

overbelasting;
verkeerde passing;
wisselende belasting;
trillingen;
corrosie.

Bij slijtage ontstaat speling, waardoor de verbinding uiteindelijk kan falen.

Praktijk bij Jongia¶

Binnen Jongia worden spieverbindingen toegepast op plaatsen waar een betrouwbare overdracht van koppel noodzakelijk is, bijvoorbeeld tussen de mengas en een koppeling of tussen de as en een impeller.

Tijdens de engineering wordt de afmeting van de spie bepaald op basis van:

het over te brengen koppel;
de asdiameter;
het materiaal;
de bedrijfsomstandigheden.

Bij montage wordt gecontroleerd of de spie correct in de spiebaan past en of het gemonteerde onderdeel zonder spanning op de as kan worden geplaatst.

Tijdens onderhoud wordt gelet op slijtage van zowel de spie als de spiebanen. Overmatige speling kan leiden tot trillingen, geluid en uiteindelijk schade aan de aandrijflijn.

Veelgemaakte fouten¶

Denken dat de spie het onderdeel op de as vastklemt. De spie draagt vooral het koppel over; de axiale borging gebeurt meestal met een moer, bout of klembus.
Een versleten spie hergebruiken. Slijtage veroorzaakt speling en verhoogt de belasting op de rest van de verbinding.
De verkeerde passing gebruiken. Zowel te veel als te weinig speling kan problemen veroorzaken.
De spiebaan beschadigen tijdens montage. Bramen of beschadigingen bemoeilijken de montage en kunnen spanningsconcentraties veroorzaken.
Een spieverbinding toepassen waar een andere verbinding beter geschikt is. Bij zeer hoge koppels, nauwkeurige positionering of frequente demontage kunnen splineverbindingen of conische klembussen een betere keuze zijn.