Szczegóły dotyczące wkładek elastomerowych do sprzęgieł

Złącza elastomerowe są rodzajem sprzęgła wału. Przenoszą moment obrotowy między dwoma wałami i wykonują zadania, takie jak przenoszenie mocy, kompensowanie błędów wyrównania, ale także tłumienie wstrząsów i wibracji. Złącza elastomerowe zapewniają optymalne przenoszenie mocy dzięki zastosowaniu różnych materiałów, a także w oparciu o ich właściwości i kształt. Właściwości odpowiedniego złącza elastomerowego jednocześnie zapobiegają przenoszeniu drgań wału napędowego na sprzężony wał. W poniższym artykule omówiono, jakie są ich właściwości, jak określa się twardość elastomerów i jakie są przykłady zastosowań.

Warunki: Złączka kłowa i elastomerowa złączka kłowa

Złączki kłowe to złączki blokujące, których zadaniem jest przenoszenie momentu obrotowego między dwoma wałami. Złączki kłowe nie są sztywne. W zależności od ich konstrukcji można kompensować błędy kątowe, jak również błędy promieniowe i osiowe, zapewniając jednocześnie wysoką i precyzyjną transmisję mocy. Ich podstawowa konstrukcja składa się z dwóch metalowych piast, które łączą się ze sobą jak kły, a tym samym przekazują moment obrotowy w sposób blokujący. Jeśli chodzi o tłumienie drgań i nośność, na charakterystykę sprzęgieł pazurowych mogą mieć wpływ różne tłumiki drgań. W przypadku złączek elastomerowych te amortyzatory są wykonane z elastomeru.

Elastomerowe złączki kłowe wykorzystują tzw. element kompensacyjny, który przenosi moment obrotowy w sposób rotacyjnie elastyczny i tłumiący drgania (więcej informacji na temat transmisji momentu obrotowego można znaleźć Przenoszenie ruchów obrotowych – Podstawy sprzęgieł W zastosowaniach o szczególnie dużym wpływie i wysokich wibracjach element może mieć znaczący wpływ na żywotność całego systemu. Element kompensujący lub wkładka złącza znacząco wpływa na właściwości układu napędowego lub złącza. Z reguły obciążenie wstępne ściskające działa na element, który gwarantuje luz złącza. Elastomerowe wkładki złączy mogą mieć różne kształty, np. gwiazdy elastomerowe lub pierścienie elastomerowe lub tarcze poprzeczne.

Wkładki elastomerowe muszą być również wymieniane jako części zamienne lub zużyte. Poniższy rysunek przedstawia przykład konstrukcji złączki kłowej i sposobu montażu odpowiedniej wkładki złącza:

Inne złącza z wkładkami elastomerowymi

Oprócz złączy kłowych, wkładki elastomerowe są również stosowane w innych typach złączy, takich jak złącza Oldham i złącza sprężynowe. Szczegółowy przegląd typowych typów złączy można znaleźć w naszym artykule Sprzęgła wału – podstawy i obszary zastosowań

Podobnie jak w przypadku złączy kłowych, złącze Oldham również opiera się na dwóch piastach. Podkładka, która wchodzi w rowki piast, jest umieszczana między piastami. Elastyczna tarcza krzyżowa umożliwia ruch złącza w bok, co pozwala na stosowanie go w zastosowaniach z przesunięciem promieniowym. Przykładem zastosowania złącza Oldham z wkładką elastomerową jest na przykład stanowisko testowe silnika:

• (1) Pozycjonowanie osi X stołu
• (2) Stacja testowa
• (3) Sprzęgło wału
• (4) Uchwyty w kształcie litery L

Na złączce tarczowej piasty są zębate i połączone z elastycznym kołem łańcuchowym. Pozwala to tłumić i kompensować błędy wyrównania. Nadają się one do obciążeń dynamicznych.

Sklep MISUMI oferuje liczne złączki wału, takie jak złączki szczelinowe, złączki tarczowe (złączki serwo), złączki Oldham lub złączki kłowe. Jeśli szukasz informacji na temat obliczania przekładni w tym kontekście, nasz artykuł "Obliczanie różnych przekładni" będzie w tym pomocny.

Inne właściwości elastomerowych wkładek złączy

Elastomerowe wkładki złączy mają nie tylko właściwości tłumiące, ale także zapewniają pewną elastyczność i odporność. Ta elastyczność umożliwia kompensację offsetu między obydwoma wałami dla korekcji promieniowej, osiowej lub kątowej. Niewielkie niedokładności są kompensowane przez wkładkę elastomerową bez wpływu na przenoszenie mocy. Ogólnie rzecz biorąc, wkładki elastomerowe bezpośrednio chronią połączone elementy przed nierównomiernymi obciążeniami i wydłużają żywotność całego systemu.

Ale elastyczność ma również swoje granice: prawdopodobieństwo jest wysokie, że ekstremalne szczyty momentu obrotowego spowodują awarię wkładki elastomerowej. Jednak z pewnością może to mieć pozytywny wpływ: ta ochrona przed przeciążeniem zapobiega dalszemu uszkodzeniu innych komponentów w odpowiednim czasie, powodując najpierw awarię złączki, a tym samym przerwanie połączenia. Ta właściwość jest eksploatowana przez złączki awaryjne lub przeciążeniowe.

Odpowiednie materiały do wkładek elastomerowych

Precyzyjne wkładki złączek są zwykle wykonane z termoplastycznego poliuretanu (skrót: TPU), materiału stabilnego termicznie w zakresie temperatur od -30°C do +120°C. Materiał HYTREL może być również stosowany, ponieważ ma specjalną strukturę i jest używany głównie do zastosowań w ekstremalnych temperaturach. Inne materiały mogą obejmować:

• Kauczuk nitrylowy (NBR): Materiał ten jest szczególnie odporny na oleje i smary. Zastosowanie w przekładniach lub pompach jest zatem oczywiste. Jednak guma nitrylowa jest wrażliwa na temperaturę i może stać się krucha i twardnieć powyżej 100°C. Uwodorniona guma nitrylowa (HNBR), która ma wyższą odporność na temperaturę, jest dostępna jako dalszy postęp. Nie ma jednak takiej samej elastyczności jak NBR.
• Kauczuk etylenowo-propylenowo-dienowy (EPDM): EPDM ma wysoką odporność na promieniowanie UV, wysokie temperatury i ozon i nadaje się do zastosowań zewnętrznych lub systemów HVAC. Nie można go jednak stosować w środowiskach, w których stosuje się oleje lub smary.
• Kauczuk silikonowy (VMQ): Silikon ma wysoką odporność na temperaturę (do 180°C), ale niską odporność na ścieranie i odporność na oleje, kwasy itp. Dlatego nadaje się tylko w ograniczonym zakresie do środowisk przemysłowych.

Wreszcie, jak to zwykle bywa, wybór odpowiedniego materiału zależy od konkretnego zastosowania. Zakres temperatur, odporność chemiczna i nośność mechaniczna to z pewnością najważniejsze kryteria wyboru. Jednak poliuretan jest uważany za dobre rozwiązanie ogólnego przeznaczenia.

Twardość brzegu w połączeniu z elastomerowymi wkładkami złączy

Twardość Shore'a jest na ogół ważnym kryterium wyboru elastomerowych wkładek złączy. Twardość Shore’a bezpośrednio wpływa na sztywność i właściwości tłumiące elastomeru i złącza jako całości. Im wyższa twardość Shore’a, tym twardszy elastomer. W związku z tym pozwala na mniejsze odkształcenie, w wyniku czego samo złącze staje się sztywniejsze, a moment obrotowy może być przenoszony bardziej precyzyjnie. Zmniejsza to jednak również właściwości tłumiące. Jeśli tłumienie drgań i pochłanianie wstrząsów są kluczowymi kryteriami, należy zastosować bardziej miękki elastomer o niskiej twardości Shore'a.

Twardość Shore’a elastycznych materiałów, takich jak tworzywa sztuczne lub guma, można sklasyfikować za pomocą metod testowania twardości. Wszystkie metody mają wspólną cechę, że do badanej próbki wprowadzany jest obcy przedmiot o określonej sile, a następnie mierzy się głębokość penetracji. Stosowane są różne skale w zależności od twardości testowanego materiału. Twardość Shore'a A i twardość Shore'a D są istotne dla elastomerów. Metoda Shore’a A polega na wprowadzeniu kulki lub płaskiej końcówki o średnicy 0,79 mm jako ciała obcego. Stosuje się go do bardziej miękkich elastomerów. W przypadku twardszych elastomerów stosuje się skalę Shore’a D, a jako końcówkę wprowadzany jest obcy obiekt z ostrą krawędzią piramidkową.

Więcej informacji na temat twardości materiałów można znaleźć w naszym artykule na temat twardości i testowania twardości.

Różne twardości Shore dla elastomerów ogółem

Elastomerowe wkładki złączy można klasyfikować według ich stopnia twardości w następujący sposób:

• Średni stopień twardości: Typ A
• Niski stopień twardości: Typ C
• Wysoki stopień twardości: Typ B, D i E

MISUMI ma gwiazdy elastomerowe lub pierścienie elastomerowe o różnych twardościach:

• A = Twardość Shore’a 98 Sh A
• B = Twardość Shore'a 64 Sh D
• C = Twardość Shore'a 80 Sh A
• D = Twardość Shore'a 65 Sh D
• E = Twardość Shore'a 64 Sh D

Typ A

Wkładki złączy z elastomeru typu A są najczęściej stosowanymi wkładkami z elastomeru. Mają twardość 98 Sh A i mają dobrą kombinację absorpcji drgań i nośności.

Typ C

Typ C to najbardziej miękki typ elastomeru o twardości 80 Sh A. Ten typ ma najlepsze właściwości tłumiące.

Typ B, D i E

Typy B, D i E są najtwardszą grupą elastomerowych wkładek złączy o twardości Shore'a 64-65 Sh D. Mają stosunkowo wysoką sztywność skrętną, ale raczej niską moc tłumienia.