Elastomérové spojky: Ako fungujú, typy a sprievodca výberom

Čo je elastomérna spojka

Stlačte blok polyuretánu medzi dve oceľové čeľuste, priskrutkujte ho na pár hriadeľov a máte pracovné jadro elastomérovej spojky. Konštrukcia vyzerá takmer príliš jednoducho na priemyselné využitie, napriek tomu tieto spojky bežne prenášajú stovky newtonmetrov krútiaceho momentu na čerpadlách, ventilátoroch a pohonoch dopravníkov 24 hodín denne.

Elastomérová spojka spája dva rotujúce hriadele pomocou kovových nábojov na oboch koncoch a nekovového pružného prvku – zvyčajne gumy alebo polyuretánu – vloženého medzi ne. Elastomér vykonáva tri úlohy naraz: prenáša krútiaci moment z hnacieho hriadeľa na hnaný hriadeľ, ohýba sa, aby absorboval malé množstvá nesúosovosti hriadeľa, a tlmí hnacie ústrojenstvo pred vibráciami a nárazmi. Táto kombinácia je dôvodom, prečo elastomérne konštrukcie dominujú univerzálnym spojeniam motora s čerpadlom a motorom s ventilátorom, kde je dokonalé súososť hriadeľa len zriedka praktické a trochu vstavaného odpustenia šetrí ložiská.

Ako elastomérové spojky prenášajú krútiaci moment

Krútiaci moment v týchto spojkách neprechádza kontaktom kov na kov – prechádza cez elastomér a spôsob, akým to robí, rozdeľuje kategóriu na dve skupiny.

Dizajn zaťažený kompresiou , ako čeľusťové a spider spojky, stlačte pružný prvok medzi do seba zapadajúce výstupky na každom náboji. Keď sa hnací náboj otáča, jeho výstupky tlačia na laloky pavúka, ktoré zase tlačia na výstupky poháňaného náboja. Prvok sa nikdy nenaťahuje ani nestrihá, iba stláča, čím sa napätie šíri na väčšiu plochu a má tendenciu predĺžiť životnosť.

Prevedenia zaťažené šmykom , ako sú spojky typu kolík a puzdro alebo pneumatiky, pracujú s elastomérom skôr krútením alebo ohýbaním ako čistou kompresiou. Táto geometria často umožňuje väčšiu ohybovú dráhu a väčšiu kapacitu nesúosovosti, za cenu o niečo nižšej maximálnej hustoty krútiaceho momentu v porovnaní s typmi kompresie.

Väčšina elastomérnych spojok má tiež zabudovanú bezpečnostnú rezervu: ak sa pružný prvok opotrebuje alebo zlyhá, prvky kovového náboja na mnohých konštrukciách vytvoria krátky mechanický kontakt, čo umožní, aby krútiaci moment plynul pri zníženej kapacite dostatočne dlho na kontrolované vypnutie a nie na náhlu stratu pohonu.

Bežné typy elastomérnych spojok

Nie každá elastomérna spojka vyzerá rovnako a rozdiely sú dôležité pri výbere. Tri dizajny pokrývajú väčšinu priemyselných aplikácií.

• Čeľusťové a pavúkové spojky použite dva náboje s do seba zapadajúcimi čeľusťami a medzi nimi hviezdicový elastomérový pavúk. Sú kompaktné, ľahko sa obsluhujú – spider sa dá vymeniť bez toho, aby ste museli pohybovať jedným hriadeľom – a odpúšťajú mierne uhlové a paralelné vychýlenie.
• Spojky pneumatík vymeňte pavúka za celogumovú "pneumatiku" omotanú okolo oboch nábojov. Väčší ohybný objem im poskytuje najširší rozsah nesúosovosti z rodiny elastomérov spolu so silnou elektrickou izoláciou medzi hriadeľmi, čo je dôležité tam, kde bludné prúdy ohrozujú ložiská.
• Elastické čapové (čapové a puzdrové) spojky prevlečte kovové kolíky uložené v gumových puzdrách cez otvory v dvoch spojkových prírubách. Oceľové čapy nesú viac priameho zaťaženia ako v čistom elastomérovom dizajne, čo zvyšuje kapacitu krútiaceho momentu pri zachovaní neporušeného tlmenia nárazov.

Elastomérový materiál a výber tvrdosti

Gumový alebo polyuretánový blok vykonáva viac inžinierskej práce, než naznačuje jeho jednoduchý tvar, a zvolený druh materiálu mení správanie sa spojky pri zaťažení.

Prírodný kaučuk ponúka silné tlmenie vibrácií a funguje dobre v chladných podmienkach, ale má obmedzenú odolnosť voči olejom a zvýšeným teplotám. Polyuretán ponúka malé tlmenie za vyššiu kapacitu krútiaceho momentu, lepšiu odolnosť proti opotrebeniu a oveľa lepšiu odolnosť voči oleju, a preto dominuje všeobecnému priemyselnému použitiu. Špeciálne elastoméry, ako je Hytrel, premosťujú medzeru a zachovávajú svoje vlastnosti v širšom teplotnom pásme pre náročné prostredia.

V rámci akéhokoľvek daného materiálu je tvrdosť premennou, ktorá ladí výkon. Mäkšie zmesi sa ľahšie ohýbajú a lepšie tlmia vibrácie, ale pred nadmernou deformáciou prenášajú menší krútiaci moment; tvrdšie zmesi prenášajú väčší krútiaci moment a pevnejšie držia pri zaťažení, za cenu určitého tlmenia nárazov. Výrobcovia klasifikujú túto vlastnosť pomocou tvrdosti tvrdosti, najčastejšie na stupnici Shore A, testovanej podľa Norma ASTM pre tvrdosť vtlačenia gumy . Mäkší prvok v rade 80–85 Shore A vyhovuje aplikáciám, kde najviac záleží na odpružení, zatiaľ čo pevnejší prvok v blízkosti 95–98 Shore A vyhovuje pohonom, ktoré vyžadujú vyššiu hustotu krútiaceho momentu s menšou ohybnosťou.

Kompenzácia vychýlenia a tlmenie vibrácií

Hriadele v skutočnom svete nie sú nikdy dokonale zarovnané a elastomérne spojky existujú prevažne na to, aby bola táto nedokonalosť neškodná.

• Uhlové vychýlenie nastáva vtedy, keď sa stredové čiary dvoch hriadeľov pretínajú pod uhlom, a nie rovnobežne. Elastomér sa nerovnomerne ohýba po svojom obvode, aby to absorboval bez prenosu ohybového zaťaženia do ložísk.
• Paralelné vychýlenie sa stane, keď osi hriadeľa zostanú rovnobežné, ale sú posunuté zo strany na stranu. Pružný prvok sa mierne strihá, aby preklenul medzeru.
• Axiálny (koncový) pohyb vyplýva z tepelnej rozťažnosti alebo zmien vôle ložiska. Väčšina elastomérových konštrukcií umožňuje určitý axiálny sklz bez prenosu ťahových zaťažení späť cez hnacie ústrojenstvo.

Tlmiaci výkon pochádza z rovnakej flexibility. Pri kolísaní krútiaceho momentu – od štartovacích špičiek motora, nerovnomerného zaťaženia na dopravníku alebo cyklického zaťaženia v piestovom čerpadle – sa elastomér mierne natiahne a uvoľní, než aby prechádzal každým vrcholom priamo. To vyhladzuje torzné vibrácie skôr, ako sa dostanú do ložísk a prevodoviek, čo je hlavný dôvod, prečo elastomérne spojky často vydržia pevné spojenia v aplikáciách s premenlivým zaťažením.

Výber správnej elastomérovej spojky

Výber nesprávneho typu spojky je častejšou príčinou zlyhania ako výber spojky, ktorá je jednoducho poddimenzovaná. Krátka postupnosť rozhodovania udržiava výber založený na skutočných prevádzkových podmienkach.

1. Vypočítajte špičkový krútiaci moment , vrátane rozbehu a akéhokoľvek nárazového zaťaženia a použite prevádzkový faktor (zvyčajne 1,25 – 2,5) vhodný pre poháňané zariadenie.
2. Posúďte dosiahnuteľné zarovnanie. Ak bude zarovnanie inštalácie približné alebo sa časom posunie, uprednostnite dizajn s veľkorysou kapacitou vychýlenia, ako je napríklad spojka pneumatiky, pred typom čeľustí s užšou toleranciou.
3. Zvážte vystavenie vibráciám a nárazom. Piestové kompresory, drviče a pohony dopravníkov štart-stop profitujú z mäkších tried elastoméru, ktoré uprednostňujú tlmenie.
4. Skontrolujte prevádzkové prostredie. Expozícia olejom uprednostňuje polyuretán pred prírodným kaučukom; široké teplotné výkyvy si môžu vyžadovať špeciálnu zmes.
5. Potvrďte vŕtanie, rýchlosť a prispôsobenie veľkosti oproti menovitej obálke výrobcu pre rodinu spojok užšieho výberu.

Pre širšiu vedľa seba elastomérovú konštrukciu proti tuhým, ozubeným a membránovým spojkám, kompletný sprievodca typmi spojok hriadeľa motora podrobnejšie prejde celým rozhodovacím stromom.

Znaky údržby a porúch

Elastomérové spojky sú do značnej miery bezúdržbové v porovnaní s mazanými prevodmi alebo mriežkovými konštrukciami, ale pružný prvok sa opotrebováva a zaslúži si pravidelnú pozornosť. Počas bežnej kontroly hľadajte praskliny alebo kontrolu na povrchu elastoméru, viditeľné predĺženie alebo trvalé stuhnutie v stlačenom pavúku, viditeľné zvýšenie vibrácií alebo hluku z oblasti spojky a akékoľvek stvrdnutie alebo zmenu farby, ktoré naznačujú chemickú alebo tepelnú degradáciu.

Vrchol elastomérneho dizajnu sa ukazuje práve tu: na väčšine spojok s čeľusťami, pneumatikami a kolíkmi je možné flexibilný prvok vymeniť bez narušenia súososti hriadeľa alebo ťahania ktoréhokoľvek pripojeného stroja, čím by sa z veľkej opravy na iných typoch spojok stala rutinná výmena dielov. Preskúmajte celý rad dizajnov flexibilných spojok na porovnanie veľkostí dier, menovitých momentov a materiálov prvkov s vašimi špecifickými požiadavkami na pohon.