Cuplaje elastomerice: cum funcționează, tipuri și ghid de selecție

Ce este un cuplaj elastomeric

Strângeți un bloc de poliuretan între două fălci de oțel, fixați-l pe o pereche de arbori și aveți miezul de lucru al unui cuplaj elastomeric. Designul pare aproape prea simplu pentru utilizare industrială, dar aceste cuplaje transportă în mod obișnuit sute de newtoni-metri de cuplu pe pompe, ventilatoare și transmisii transportoare non-stop.

Un cuplaj elastomeric conectează doi arbori rotativi folosind butuci metalici la ambele capete și un element flexibil nemetalic - de obicei cauciuc sau poliuretan - intercalat între ei. Elastomerul efectuează trei sarcini simultan: transportă cuplul de la arborele de antrenare la arborele de antrenare, se îndoaie pentru a absorbi cantități mici de dezaliniere a arborelui și amortizează transmisia împotriva vibrațiilor și a șocurilor. Această combinație este motivul pentru care modelele elastomerice domină conexiunile de uz general motor-pompă și motor-ventilator, unde alinierea perfectă a arborelui este rareori practică și un pic de iertare încorporată salvează rulmenții.

Cum transmit cuplurile elastomerice

Cuplul nu trece prin contactul metal-metal în aceste cuplaje - trece prin elastomer și modul în care face acest lucru împarte categoria în două familii.

Modele încărcate de compresie , ca și cuplajele falci și păianjen, strângeți elementul flexibil între urechile de blocare de pe fiecare butuc. Pe măsură ce butucul de antrenare se rotește, urechile săi se apasă pe lobii păianjenului, care la rândul lor împing pe urechile butucului antrenat. Elementul nu este niciodată întins sau forfecat, ci doar comprimat, ceea ce răspândește stresul pe o suprafață mai mare și tinde să prelungească durata de viață.

Modele încărcate de forfecare , cum ar fi cuplajele tip știft și bucșă sau tip anvelopă, lucrează elastomerul într-o mișcare de răsucire sau de îndoire, mai degrabă decât prin compresie pură. Această geometrie permite adesea o cale de flexibilitate mai mare și o capacitate mai mare de dezaliniere, cu prețul unei densități de cuplu de vârf ceva mai mici în comparație cu tipurile de compresie.

Majoritatea cuplajelor elastomerice au, de asemenea, o marjă de siguranță încorporată: dacă elementul flexibil se uzează sau se defectează, caracteristicile butucului metalic de pe multe modele fac un contact mecanic scurt, permițând cuplului să curgă la capacitate redusă suficient de mult pentru o oprire controlată, mai degrabă decât o pierdere bruscă de antrenare.

Tipuri comune de cuplaje elastomerice

Nu orice cuplaj elastomeric arată la fel, iar diferențele contează pentru selecție. Trei modele acoperă cea mai mare parte a aplicațiilor industriale.

• Cuplaje falci și păianjen utilizați doi butuci cu fălci care se intersectează și un păianjen elastomeric în formă de stea între ele. Sunt compacte, ușor de întreținut - păianjenul poate fi schimbat fără a muta niciunul dintre arbori - și scutesc dezechilibrele unghiulare și paralele moderate.
• Cuplaje pentru anvelope înlocuiți păianjenul cu o „anvelopă” plină de cauciuc înfășurată în jurul ambilor butuci. Volumul flexibil mai mare le oferă cea mai largă gamă de dezaliniere a familiei elastomerice, împreună cu o izolare electrică puternică între arbori, care contează acolo unde curenții paraziți amenință rulmenții.
• Cuplaje cu știfturi elastice (știft și bucșă). treceți știfturile metalice îmbinate în bucșe de cauciuc prin găurile din două flanșe de cuplare. Știfturile de oțel suportă mai multă sarcină directă decât într-un design cu elastomer pur, care împinge capacitatea de cuplu mai mare, păstrând în același timp intactă absorbția șocurilor.

Alegerea materialului elastomer și a durității

Blocul de cauciuc sau poliuretan efectuează mai multe lucrări de inginerie decât sugerează forma sa simplă, iar calitatea materialului ales schimbă modul în care cuplajul se comportă sub sarcină.

Cauciucul natural oferă o amortizare puternică a vibrațiilor și funcționează bine în condiții reci, dar are rezistență limitată la uleiuri și temperaturi ridicate. Poliuretanul schimbă puțină amortizare pentru o capacitate de cuplu mai mare, o rezistență mai bună la uzură și o rezistență mult mai bună la ulei, motiv pentru care domină utilizarea industrială generală. Elastomerii speciali, cum ar fi Hytrel, creează o punte de decalaj, păstrându-și proprietățile pe o bandă mai largă de temperatură pentru medii solicitante.

În cadrul oricărui material dat, duritatea este variabila care reglează performanța. Compușii mai moi se flexează mai ușor și umezesc mai bine vibrațiile, dar transmit mai puțin cuplu înainte de a se deforma excesiv; compușii mai duri transportă un cuplu mai mare și țin mai strâns sub sarcină, cu prețul unei anumite absorbții a șocurilor. Producătorii evaluează această proprietate folosind duritatea durometrului, cel mai adesea pe scara Shore A, testată conform Standard ASTM pentru duritatea indentării cauciucului . Un element mai moale din gama 80–85 Shore A se potrivește aplicațiilor în care amortizarea contează cel mai mult, în timp ce un element mai ferm, aproape de 95–98 Shore A, se potrivește motoarelor care necesită o densitate mai mare a cuplului cu mai puțină flexibilitate.

Compensarea nealinierii și amortizarea vibrațiilor

Arborele din lumea reală nu sunt niciodată perfect aliniate, iar cuplajele elastomerice există în mare măsură pentru a face acea imperfecțiune inofensivă.

• Nealinierea unghiulară apare atunci când cele două linii centrale ale arborelui se intersectează la un unghi, mai degrabă decât să fie paralele. Elastomerul se flexează neuniform în jurul circumferinței sale pentru a absorbi acest lucru fără a transmite sarcina de încovoiere în rulmenți.
• Nealinierea paralelă se întâmplă atunci când axele arborelui rămân paralele, dar sunt deplasate lateral. Elementul flexibil se forfecă ușor pentru a acoperi golul.
• Mișcare axială (capăt-flotare). rezultă din dilatarea termică sau modificarea jocului lagărului. Majoritatea modelelor elastomerice permit o anumită alunecare axială fără a transmite sarcinile de tracțiune înapoi prin transmisie.

Performanța de amortizare provine din aceeași flexibilitate. Pe măsură ce cuplul fluctuează - de la vârfuri de pornire a motorului, sarcini neuniforme pe un transportor sau încărcare ciclică într-o pompă alternativă - elastomerul se întinde și se relaxează ușor, în loc să treacă fiecare vârf direct. Acest lucru netezește vibrațiile de torsiune înainte de a ajunge la rulmenți și cutii de viteze, care este principalul motiv pentru care cuplajele elastomerice durează adesea mai mult decât conexiunile rigide în aplicațiile cu încărcare variabilă.

Selectarea cuplajului elastomeric potrivit

Alegerea unui tip de cuplare greșit este o cauză mai frecventă a eșecului decât alegerea unuia care este pur și simplu subdimensionat. O scurtă secvență de decizie menține selecția bazată pe condițiile reale de funcționare.

1. Calculați cuplul de vârf , inclusiv pornirea pornirii și orice încărcare de șoc și aplicați un factor de serviciu (de obicei 1,25–2,5) corespunzător echipamentului acţionat.
2. Evaluați alinierea realizabilă. Dacă alinierea instalării va fi aproximativă sau se va schimba în timp, preferați un design cu o capacitate generoasă de dezaliniere, cum ar fi un cuplaj de anvelope, față de un tip de fălci cu toleranță mai strânsă.
3. Cântăriți expunerea la vibrații și șocuri. Compresoarele alternative, concasoarele și transmisiile transportoare pornire-oprire beneficiază de clase mai moi de elastomeri care acordă prioritate amortizarii.
4. Verificați mediul de operare. Expunerea la ulei favorizează poliuretanul față de cauciucul natural; variațiile mari de temperatură pot necesita un compus de specialitate.
5. Confirmați alezajul, viteza și potrivirea dimensiunii față de plicul nominal al producătorului pentru familia de cuplaje pe lista scurtă.

Pentru un design alăturat mai amplu de elastomeri împotriva cuplajelor rigide, angrenate și cu diafragmă, acest ghid complet pentru tipurile de cuplare a arborelui motor parcurge arborele de decizie complet mai detaliat.

Semne de întreținere și defecțiune

Cuplajele elastomerice nu necesită întreținere în mare parte în comparație cu angrenajele sau grilajele lubrifiate, dar elementul flexibil se uzează și merită o atenție periodică. În timpul inspecției de rutină, căutați fisurarea sau verificarea suprafeței elastomerului, alungirea vizibilă sau fixarea permanentă într-un păianjen comprimat, o creștere vizibilă a vibrațiilor sau a zgomotului din zona de cuplare și orice întărire sau decolorare care sugerează degradare chimică sau termică.

Partea de sus a designului elastomeric apare chiar aici: la majoritatea cuplajelor cu fălci, anvelope și bucșă de știft, elementul flexibil poate fi înlocuit fără a perturba alinierea arborelui sau fără a trage vreo mașină conectată, transformând ceea ce ar fi o reparație majoră pentru alte tipuri de cuplare într-un schimb de rutină a pieselor. Explorați gamă completă de modele de cuplare flexibilă pentru a compara dimensiunile alezajului, cuplurile nominale și materialele elementelor cu cerințele dvs. specifice de transmisie.