Elastomerne spojnice: kako rade, vrste i vodič za odabir

Što je elastomerna spojnica

Stisnite blok poliuretana između dvije čelične čeljusti, pričvrstite ga na par osovina i imate radnu jezgru elastomerne spojke. Dizajn izgleda gotovo previše jednostavan za industrijsku upotrebu, ali ove spojke rutinski nose stotine newton-metara okretnog momenta na pumpama, ventilatorima i pokretnim trakama 24 sata dnevno.

Elastomerna spojka povezuje dvije rotirajuće osovine pomoću metalnih čvorišta na oba kraja i nemetalnog fleksibilnog elementa - obično gume ili poliuretana - umetnutog između njih. Elastomer obavlja tri zadaće odjednom: prenosi okretni moment s pogonske osovine na pogonsku osovinu, savija se kako bi apsorbirao male količine neusklađenosti osovine i ublažava pogonski sklop od vibracija i udarnog opterećenja. Ta je kombinacija razlog zašto elastomerni dizajni dominiraju spojevima motora s pumpom i motora s ventilatorom opće namjene, gdje je savršeno poravnanje vratila rijetko praktično, a malo ugrađenog oprosta štedi ležajeve.

Kako elastomerne spojke prenose moment

Okretni moment ne prolazi kroz kontakt metal-metal u ovim spojnicama — on prolazi kroz elastomer, a način na koji to čini dijeli kategoriju u dvije obitelji.

Dizajni opterećeni kompresijom , poput čeljusti i paučastih spojki, stišću fleksibilni element između isprepletenih ušica na svakoj glavčini. Kako se pogonska glavčina okreće, njezine ušice pritišću režnjeve pauka, koji zauzvrat guraju ušice pogonske glavčine. Element se nikada ne rasteže ili reže, samo se sabija, što širi naprezanje na veću površinu i nastoji produljiti vijek trajanja.

Dizajni opterećeni posmikom , kao što su klin i čahura ili spojke u stilu gume, rade na elastomeru uvijanjem ili savijanjem, a ne čistom kompresijom. Ova geometrija često dopušta veću putanju savijanja i veću sposobnost neusklađenosti, po cijenu nešto niže vršne gustoće momenta u usporedbi s vrstama kompresije.

Većina elastomernih spojnica također ima ugrađenu sigurnosnu marginu: ako se fleksibilni element istroši ili otkaže, značajke metalne glavčine na mnogim izvedbama ostvaruju kratak mehanički kontakt, dopuštajući okretnom momentu da nastavi teći smanjenim kapacitetom dovoljno dugo za kontrolirano gašenje umjesto iznenadnog gubitka pogona.

Uobičajeni tipovi elastomernih spojnica

Ne izgleda svaka elastomerna spojka jednako, a razlike su važne za odabir. Tri dizajna pokrivaju većinu industrijskih primjena.

• Čeljusne i paučaste spojnice koristite dvije glavčine s međusobno spojenim čeljustima i zvjezdastim elastomernim paukom između njih. Kompaktni su, laki za servisiranje — pauk se može zamijeniti bez pomicanja bilo koje osovine — i opraštaju umjerena kutna i paralelna odstupanja.
• Spojke za gume zamijenite pauk s punom gumenom "gumom" omotanom oko obje glavčine. Veći volumen savijanja daje im najširi raspon neusklađenosti u obitelji elastomera, zajedno sa snažnom električnom izolacijom između osovina, što je važno tamo gdje zalutale struje prijete ležajevima.
• Elastične zatične spojke (zatik i čahura). provucite metalne klinove u gumenim čahurama kroz rupe u dvije prirubnice spojke. Čelični klinovi podnose više izravnog opterećenja nego u dizajnu od čistog elastomera, koji povećava kapacitet okretnog momenta dok zadržava apsorpciju udara netaknutom.

Odabir materijala i tvrdoće elastomera

Gumeni ili poliuretanski blok obavlja više inženjerskog posla nego što sugerira njegov jednostavan oblik, a odabrani stupanj materijala mijenja način na koji se spojka ponaša pod opterećenjem.

Prirodna guma nudi snažno prigušivanje vibracija i dobro se ponaša u hladnim uvjetima, ali ima ograničenu otpornost na ulja i povišene temperature. Poliuretan mijenja malo prigušenja za veći kapacitet zakretnog momenta, bolju otpornost na habanje i mnogo bolju otpornost na ulja, zbog čega dominira općom industrijskom upotrebom. Specijalni elastomeri kao što je Hytrel premošćuju jaz, zadržavajući svoja svojstva u širem temperaturnom rasponu za zahtjevna okruženja.

Unutar bilo kojeg materijala, tvrdoća je varijabla koja usklađuje performanse. Mekši spojevi lakše se savijaju i bolje prigušuju vibracije, ali prenose manji okretni moment prije pretjerane deformacije; tvrđi spojevi nose veći okretni moment i drže se čvršće pod opterećenjem, po cijenu neke apsorpcije udarca. Proizvođači ocjenjuju ovo svojstvo pomoću durometra tvrdoće, najčešće na Shore A ljestvici, ispitanoj prema ASTM standard za tvrdoću udubljenja gume . Mekši element u rasponu 80–85 Shore A odgovara primjenama gdje je amortizacija najvažnija, dok čvršći element blizu 95–98 Shore A odgovara pogonima koji trebaju veću gustoću momenta s manje savijanja.

Kompenzacija neusklađenosti i prigušivanje vibracija

Osovine u stvarnom svijetu nikad nisu savršeno poravnate, a elastomerne spojke uglavnom postoje kako bi tu nesavršenost učinile bezopasnom.

• Kutno odstupanje događa se kada se dvije središnje crte vratila sijeku pod kutom, a ne paralelno. Elastomer se neravnomjerno savija po svom obodu kako bi to apsorbirao bez prenošenja opterećenja savijanja na ležajeve.
• Paralelno odstupanje događa se kada osi vratila ostanu paralelne, ali su pomaknute jedna na drugu. Fleksibilni element lagano se pomiče kako bi premostio prazninu.
• Aksijalno kretanje (kraj plovka). rezultat toplinskog širenja ili promjena zazora ležaja. Većina elastomernih dizajna dopušta određeno aksijalno klizanje bez prijenosa potisnog opterećenja natrag kroz pogonski sklop.

Učinak prigušenja proizlazi iz iste fleksibilnosti. Kako okretni moment fluktuira - od skokova pri pokretanju motora, neravnomjernih opterećenja na pokretnoj traci ili cikličkih opterećenja u klipnoj pumpi - elastomer se lagano rasteže i opušta umjesto da svaki vrhunac prolazi ravno kroz njega. To ublažava torzijske vibracije prije nego dođu do ležajeva i mjenjača, što je glavni razlog zašto elastomerne spojke često traju duže od krutih spojeva u primjenama s promjenjivim opterećenjem.

Odabir prave elastomerne spojke

Odabir pogrešne vrste spojke je češći uzrok kvara od odabira one koja je jednostavno premale. Kratak slijed odluka održava izbor utemeljenim na stvarnim radnim uvjetima.

1. Izračunajte vršni zakretni moment , uključujući startni udar i bilo koje udarno opterećenje, i primijenite servisni faktor (obično 1,25–2,5) koji odgovara pogonskoj opremi.
2. Procijenite moguće usklađivanje. Ako će poravnanje ugradnje biti približno ili će se pomicati tijekom vremena, dajte prednost dizajnu s velikim kapacitetom za neusklađenost, kao što je spojka gume, u odnosu na tip čeljusti s većom tolerancijom.
3. Izvažite izloženost vibracijama i udarima. Klipni kompresori, drobilice i start-stop pokretni pogoni imaju koristi od mekših vrsta elastomera koji daju prednost prigušivanju.
4. Provjerite radno okruženje. Izlaganje ulju daje prednost poliuretanu u odnosu na prirodnu gumu; velike promjene temperature mogu zahtijevati posebnu smjesu.
5. Potvrdite provrt, brzinu i veličinu prema nazivnoj omotnici proizvođača za familiju spojnica u užem izboru.

Za šire usporedne elastomerne dizajne protiv krutih, zupčastih i dijafragmskih spojnica, ovo potpuni vodič za tipove spojki vratila motora detaljnije prolazi kroz cijelo stablo odlučivanja.

Znakovi održavanja i kvara

Elastomerne spojke uglavnom ne zahtijevaju održavanje u usporedbi s podmazanim dizajnom zupčanika ili rešetke, ali fleksibilni element se haba i zaslužuje povremenu pozornost. Tijekom rutinske inspekcije, potražite pukotine ili provjere na površini elastomera, vidljivo produljenje ili trajno stvrdnjavanje u komprimiranom pauku, primjetno povećanje vibracija ili buke iz područja spajanja i bilo kakvo otvrdnjavanje ili promjenu boje koja ukazuje na kemijsku ili toplinsku degradaciju.

Prednost elastomernog dizajna pokazuje se upravo ovdje: na većini spojnica čeljusti, guma i klinova sa čahurom, fleksibilni element se može zamijeniti bez ometanja poravnanja vratila ili povlačenja bilo kojeg povezanog stroja, pretvarajući ono što bi bio veliki popravak na drugim vrstama spojki u rutinsku zamjenu dijelova. Istražite cijeli niz dizajna fleksibilnih spojnica za usporedbu veličina provrta, okretnog momenta i materijala elemenata u odnosu na vaše specifične pogonske zahtjeve.