Elastomerové spojky: Jak fungují, typy a průvodce výběrem

Co je elastomerní spojka

Vmáčkněte blok polyuretanu mezi dvě ocelové čelisti, našroubujte jej na pár hřídelí a máte pracovní jádro elastomerové spojky. Konstrukce vypadá pro průmyslové použití až příliš jednoduše, přesto tyto spojky běžně přenášejí stovky newtonmetrů točivého momentu na čerpadlech, ventilátorech a pohonech dopravníků 24 hodin denně.

Elastomerová spojka spojuje dva rotující hřídele pomocí kovových nábojů na obou koncích a nekovového pružného prvku – obvykle pryže nebo polyuretanu – vloženého mezi ně. Elastomer vykonává tři úkoly najednou: přenáší točivý moment z hnacího hřídele na hnaný hřídel, ohýbá se, aby absorboval malé množství nesouososti hřídele, a tlumí hnací ústrojí proti vibracím a rázovému zatížení. Tato kombinace je důvodem, proč elastomerové konstrukce dominují univerzálním spojením motoru s čerpadlem a motorem s ventilátorem, kde je dokonalé vyrovnání hřídele jen zřídka praktické a trocha vestavěného odpuštění šetří ložiska.

Jak elastomerové spojky přenášejí krouticí moment

Točivý moment v těchto spojkách neprochází kontaktem kov na kov – prochází elastomerem a způsob, jakým to dělá, rozděluje kategorii do dvou skupin.

Designy nabité kompresí , stejně jako čelisťové a spider spojky, stlačte pružný prvek mezi do sebe zapadající výstupky na každém náboji. Jak se hnací náboj otáčí, jeho výstupky tlačí na laloky pavouka, které zase tlačí na výstupky poháněného náboje. Prvek se nikdy nenatahuje ani nestříhá, pouze stlačuje, čímž se napětí rozkládá na větší plochu a má tendenci prodlužovat životnost.

Konstrukce namáhaná smykem , jako jsou spojky typu kolík a pouzdro nebo pneumatiky, pracují s elastomerem spíše krouceným nebo ohýbacím pohybem než čistým stlačením. Tato geometrie často umožňuje větší ohybovou dráhu a větší kapacitu nesouososti, za cenu poněkud nižší maximální hustoty točivého momentu ve srovnání s typy komprese.

Většina elastomerových spojek má také vestavěnou bezpečnostní rezervu: pokud se pružný prvek opotřebuje nebo selže, prvky kovového náboje u mnoha konstrukcí vytvoří krátký mechanický kontakt, což umožní, aby točivý moment pokračoval při snížené kapacitě dostatečně dlouho pro řízené vypnutí, spíše než pro náhlou ztrátu pohonu.

Běžné typy elastomerových spojek

Ne každá elastomerová spojka vypadá stejně a rozdíly jsou důležité pro výběr. Tři designy pokrývají většinu průmyslových aplikací.

• Čelisťové a spider spojky použijte dva náboje s do sebe zapadajícími čelistmi a mezi nimi hvězdicový elastomerový pavouk. Jsou kompaktní, snadno se obsluhují – spider lze vyměnit, aniž by bylo nutné pohybovat oběma hřídeli – a odpouštějí mírné úhlové a paralelní vychýlení.
• Spojky pneumatik vyměňte pavouka za celogumovou "pneumatiku" omotanou kolem obou nábojů. Větší ohebný objem jim poskytuje nejširší rozsah nesouososti z rodiny elastomerů spolu se silnou elektrickou izolací mezi hřídeli, což je důležité tam, kde bludné proudy ohrožují ložiska.
• Elastické čepové (čepové a pouzdrové) spojky protáhněte kovové kolíky v pryžových pouzdrech otvory ve dvou spojovacích přírubách. Ocelové kolíky nesou větší přímé zatížení než v čistě elastomerovém provedení, což zvyšuje kapacitu točivého momentu při zachování neporušeného tlumení nárazů.

Výběr materiálu a tvrdosti elastomeru

Pryžový nebo polyuretanový blok dělá více inženýrské práce, než naznačuje jeho jednoduchý tvar, a zvolená třída materiálu mění chování spojky při zatížení.

Přírodní kaučuk nabízí silné tlumení vibrací a funguje dobře v chladných podmínkách, ale má omezenou odolnost vůči olejům a zvýšeným teplotám. Polyuretan vyměňuje trochu tlumení za vyšší kapacitu točivého momentu, lepší odolnost proti opotřebení a mnohem lepší odolnost vůči oleji, což je důvod, proč dominuje obecnému průmyslovému použití. Speciální elastomery, jako je Hytrel, překlenují mezeru a udržují své vlastnosti v širším teplotním pásmu pro náročná prostředí.

V rámci jakéhokoli daného materiálu je tvrdost proměnnou, která ladí výkon. Měkčí směsi se snadněji ohýbají a lépe tlumí vibrace, ale před nadměrnou deformací přenášejí méně točivého momentu; tvrdší směsi přenášejí větší točivý moment a pevněji drží pod zatížením, za cenu určitého tlumení nárazů. Výrobci hodnotí tuto vlastnost pomocí tvrdosti tvrdosti, nejčastěji na stupnici Shore A, testované podle Norma ASTM pro tvrdost pryže . Měkčí prvek v řadě 80–85 Shore A vyhovuje aplikacím, kde nejvíce záleží na tlumení, zatímco pevnější prvek v blízkosti 95–98 Shore A vyhovuje pohonům, které vyžadují vyšší hustotu točivého momentu s menší pružností.

Kompenzace nesouososti a tlumení vibrací

Hřídele v reálném světě nejsou nikdy dokonale vyrovnány a elastomerní spojky existují převážně proto, aby byla tato nedokonalost neškodná.

• Úhlová nesouosost nastane, když se středové osy dvou hřídelí protínají pod úhlem, nikoli paralelně. Elastomer se po svém obvodu nerovnoměrně ohýbá, aby to absorboval, aniž by přenášel ohybové zatížení do ložisek.
• Paralelní nesouosost nastane, když osy hřídele zůstanou rovnoběžné, ale jsou posunuty ze strany na stranu. Pružný prvek se mírně střihne, aby překlenul mezeru.
• Axiální (koncový) pohyb je způsobena tepelnou roztažností nebo změnami vůle ložisek. Většina elastomerových konstrukcí umožňuje určitý axiální prokluz bez přenosu tahových zatížení zpět přes hnací ústrojí.

Tlumicí výkon vychází ze stejné flexibility. Při kolísání točivého momentu – od rozběhových špiček motoru, nerovnoměrného zatížení na dopravníku nebo cyklického zatížení v pístovém čerpadle – se elastomer mírně natahuje a uvolňuje, než aby procházel každým vrcholem přímo. To vyhlazuje torzní vibrace dříve, než se dostanou do ložisek a převodovek, což je hlavní důvod, proč elastomerové spojky často přežijí tuhá spojení v aplikacích s proměnným zatížením.

Výběr správné elastomerové spojky

Výběr nesprávného typu spojky je častější příčinou selhání než výběr spojky, která je jednoduše poddimenzovaná. Krátká rozhodovací sekvence udržuje výběr zakotvený ve skutečných provozních podmínkách.

1. Vypočítejte špičkový točivý moment , včetně rozběhu a jakéhokoli rázového zatížení, a použijte provozní faktor (obvykle 1,25–2,5) odpovídající poháněnému zařízení.
2. Posoudit dosažitelné zarovnání. Pokud bude vyrovnání instalace přibližné nebo se časem posune, upřednostněte konstrukci s velkou kapacitou nesouososti, jako je například spojka pneumatiky, před typem čelistí s těsnější tolerancí.
3. Zvažte vystavení vibracím a nárazům. Pístové kompresory, drtiče a pohony dopravníků start-stop těží z měkčích druhů elastomerů, které upřednostňují tlumení.
4. Zkontrolujte provozní prostředí. Expozice oleji upřednostňuje polyuretan před přírodním kaučukem; velké teplotní výkyvy mohou vyžadovat speciální směs.
5. Potvrďte vrtání, rychlost a velikost oproti jmenovité obálce výrobce pro rodinu spojek zařazených do užšího výběru.

Pro širší vedle sebe elastomerové konstrukce proti tuhým, ozubeným a membránovým spojkám kompletní průvodce typy spojek hřídele motoru podrobněji prochází celým rozhodovacím stromem.

Známky údržby a poruch

Elastomerové spojky jsou z velké části bezúdržbové ve srovnání s mazanými ozubenými koly nebo konstrukcemi mřížky, ale pružný prvek se opotřebovává a zaslouží si pravidelnou pozornost. Během rutinní kontroly hledejte praskliny nebo kontrolu na povrchu elastomeru, viditelné prodloužení nebo trvalé ztuhnutí ve stlačeném pavouku, znatelné zvýšení vibrací nebo hluku z oblasti spojky a jakékoli ztvrdnutí nebo změnu barvy, které naznačují chemickou nebo tepelnou degradaci.

Vrchol elastomerového designu se ukazuje právě zde: u většiny spojek s čelistmi, pneumatikami a čepem a pouzdrem lze pružný prvek vyměnit, aniž by bylo narušeno vyrovnání hřídele nebo tahání připojeného stroje, čímž by se velká oprava u jiných typů spojek změnila na běžnou výměnu dílů. Prozkoumat celá řada konstrukcí flexibilních spojek pro porovnání velikostí vrtání, jmenovitých krouticích momentů a materiálů prvků s vašimi konkrétními požadavky na měnič.