Detalii despre inserțiile din elastomer pentru cuplaje

Cuplajele elastomerice sunt un tip de cuplaj al arborelui. Acestea transferă cuplul dintre doi arbori și efectuează sarcini precum transmiterea puterii, compensarea erorilor de aliniere, dar și amortizarea șocurilor și a vibrațiilor. Cuplajele elastomerice asigură o transmisie optimă a puterii prin utilizarea de diverse materiale și, de asemenea, în funcție de proprietățile și forma materialelor acestora. Proprietățile cuplajului din elastomer respectiv împiedică simultan transmiterea vibrațiilor arborelui de acționare către arborele cuplat. Următorul articol discută ce proprietăți sunt acestea, cum se determină duritatea elastomerilor și ce exemple de aplicații există.

Termeni: Cuplaj cu gheară și cuplaj cu gheară din elastomer

Cuplajele cu gheară sunt cuplaje cu interblocare a căror sarcină este transferul cuplului între doi arbori. Cuplajele cu gheară nu sunt rigide. În funcție de designul lor, se pot compensa atât erorile unghiulare, cât și erorile radiale și axiale, asigurând în același timp o transmisie ridicată și precisă a puterii. Construcția lor de bază constă din două butuci metalici care se cuplează unul cu celălalt, cum ar fi ghearele, și astfel transferă un cuplu de torsiune într-o manieră de interblocare. În ceea ce privește amortizarea vibrațiilor și capacitatea de încărcare, caracteristicile cuplajelor cu gheară pot fi influențate de amortizoare diferite. Pe cuplajele din elastomer, aceste amortizoare sunt realizate dintr-un elastomer.

Cuplajele cu gheară din elastomer utilizează un așa-numit element de compensare care transferă cuplul într-o manieră rotativă elastică și de amortizare a vibrațiilor (pentru mai multe detalii despre transmiterea cuplului, consultați Transmiterea mișcărilor de rotație – Noțiuni de bază despre cuplaje). În special în aplicațiile cu impact ridicat și cu vibrații ridicate, elementul poate avea un impact semnificativ asupra duratei de viață a întregului sistem. Elementul de compensare sau inserția cuplajului influențează semnificativ lanțul de acționare sau proprietățile cuplajului. De regulă, o presarcină compresivă acționează asupra elementului care garantează jocul ambreiajului. Inserțiile de cuplaj din elastomer pot avea diferite forme, de exemplu, stele elastomerice sau inele sau discuri încrucișate elastomerice.

Inserțiile din elastomer trebuie, de asemenea, înlocuite ca piese de schimb sau dacă sunt uzate. Următoarea figură prezintă un exemplu privind modul în care poate fi construită un cuplaj cu gheară și modul în care este montată inserția de cuplaj corespunzătoare:

Alte cuplaje cu inserții din elastomer

Pe lângă cuplajele cu gheară, inserțiile din elastomer sunt utilizate și pe alte tipuri de cuplaje, cum ar fi cuplajele Oldham și cuplajele cu disc și arc. Pentru o prezentare detaliată a tipurilor de cuplaje uzuale, consultați articolul nostru Cuplaje arbore – Noțiuni de bază și domenii de aplicare.

Similar cu cuplajele cu gheară, cuplajul Oldham se bazează și pe doi butuci. O șaibă care se cuplează în canelurile butucilor este amplasată între butuci. Discul încrucișat elastic permite cuplajului să se deplaseze lateral, permițându-i să fie utilizat în aplicații cu decalaj radial. O aplicație pentru un cuplaj Oldham cu inserție elastomerică ar fi, de exemplu, un banc de testare a motorului:

• (1) Etapa de poziționare pe axa X
• (2) Stație de testare a performanței
• (3) Cuplaj arbore
• (4) Suporturi, în formă de L

Pe un cuplaj cu disc, butucii sunt zimțați și conectați la un pinion elastic. Acest lucru atenuează și compensează erorile de aliniere. Acestea sunt adecvate pentru sarcini dinamice.

Magazinul MISUMI conține numeroase cuplaje cu arbore, cum ar fi cuplaje cu fante, cuplaje cu disc (servocuplaje), cuplaje Oldham sau cuplaje cu gheară. În cazul în care căutați informații despre calcularea cutiilor de viteze în acest context, articolul nostru „Calcularea diverselor cutii de viteze” vă va ajuta.

Alte proprietăți ale inserțiilor de cuplaj din elastomer

Inserțiile de cuplaj din elastomer nu au doar proprietăți de amortizare, ci oferă și o anumită flexibilitate și rezistență. Această flexibilitate permite compensarea decalării între ambele axuri pentru decalările radiale, axiale sau unghiulare. Inexactitățile mici sunt compensate de inserția din elastomer fără a afecta transmisia puterii. În general, inserțiile din elastomer protejează direct componentele conectate împotriva sarcinilor neuniforme și extind durata de viață a întregului sistem.

Dar flexibilitatea are, de asemenea, limite: probabilitatea ca vârfurile de cuplu extrem să cauzeze defectarea inserției elastomerice. Totuși, acest lucru poate avea cu siguranță un efect pozitiv: această protecție la suprasarcină previne deteriorarea altor componente în timp util, determinând mai întâi defectarea cuplajului, rupând astfel conexiunea. Această proprietate este exploatată de cuplaje de siguranță sau de suprasarcină.

Materiale adecvate pentru inserții din elastomer

Inserțiile de cuplaj de precizie sunt de obicei realizate din poliuretan termoplastic (abreviere: TPU), un material stabil termic într-un interval de temperatură de la -30 °C la +120 °C. Materialul HYTREL poate fi utilizat și pentru că are o structură specială și este utilizat în principal pentru aplicații cu temperaturi extreme. Alte materiale pot include:

• Cauciuc din nitril (NBR): Acest material este deosebit de rezistent la uleiuri și vaseline. Prin urmare, utilizarea la cutii de viteze sau pompe este evidentă. Cu toate acestea, cauciucul nitrilic este sensibil la temperatură și poate deveni casant și se poate întări la temperaturi peste 100 °C. Ca un progres suplimentar, este disponibil cauciucul nitrilic hidrogenat (HNBR), care are o rezistență mai mare la temperatură. Cu toate acestea, nu are aceeași elasticitate ca NBR.
• Cauciuc etilen propilenic dienă (EPDM): EPDM are o rezistență ridicată la radiațiile UV, la temperaturi ridicate și la ozon și este potrivit pentru aplicații exterioare sau sisteme HVAC. Cu toate acestea, acesta nu poate fi utilizat în medii care utilizează uleiuri sau unsori.
• Cauciuc siliconic (SI): Siliconul are o rezistență ridicată la temperatură (până la 180 °C), dar o rezistență scăzută la abraziune și la uleiuri, acizi etc. Prin urmare, este adecvat doar într-o măsură limitată în medii industriale.

În cele din urmă, așa cum este de obicei cazul, alegerea materialului adecvat depinde de aplicația specifică. Intervalul de temperatură, rezistența chimică și capacitatea portantă mecanică sunt cu siguranță cele mai importante criterii de selecție. Totuși, poliuretanul este considerat o soluție bună de uz general.

Duritate Shore în conexiune cu inserții de cuplaj din elastomer

Duritatea Shore este, în general, un criteriu important pentru selectarea inserțiilor de cuplaj din elastomer. Duritatea Shore influențează direct proprietățile de rigiditate și de amortizare ale elastomerului și cuplajului ca întreg. Cu cât duritatea Shore este mai mare, cu atât elastomerul este mai dur. În consecință, aceasta permite o deformare mai redusă, drept pentru care cuplajul în sine devine mai rigid și cuplul de torsiune poate fi transferat mai precis. Totuși, acest lucru reduce și proprietățile de amortizare. Dacă amortizarea vibrațiilor și absorbția șocurilor sunt criterii cheie, trebuie utilizat un elastomer mai moale, cu o duritate Shore scăzută.

Duritatea Shore a materialelor elastice, cum ar fi plasticul sau cauciucul, poate fi clasificată folosind metode de testare a durității. Toate metodele au în comun faptul că un obiect străin este introdus într-un specimen de testare cu o forță definită, urmat de măsurarea adâncimii de penetrare. Sunt utilizate diferite scale în funcție de duritatea materialului testat. Duritatea Shore A și duritatea Shore D sunt relevante pentru elastomeri. Metoda Shore-A se bazează pe introducerea unei bile sau a unui vârf plat cu un diametru de 0,79 mm ca obiect străin. Este utilizat pentru elastomeri mai moi. Pentru elastomeri mai duri, se aplică scala Shore-D și un obiect străin cu o piramidă cu muchii ascuțite este introdus ca vârf.

Aflați mai multe informații despre duritatea materialelor din articolul nostru despre nivelurile de duritate și testarea durității.

Diferite durități Shore pentru elastomeri în general

Inserțiile de cuplaj din elastomer pot fi clasificate în funcție de gradul lor de duritate, după cum urmează:

• Grad mediu de duritate: Tip A
• Grad redus de duritate: Tip C
• Grad ridicat de duritate: Tip B, D și E

MISUMI are stele din elastomer sau inele din elastomer cu diferite durități:

• A = Duritate Shore 98 Sh A
• B = Duritate Shore 64 Sh D
• C = Duritate Shore 80 Sh A
• D = Duritate Shore 65 Sh D
• E = Duritate Shore 64 Sh D

Tip A

Inserțiile de cuplaj din elastomer de tip A sunt cele mai utilizate inserții din elastomer. Acestea au un nivel de duritate de 98 Sh A și o combinație bună între absorbția vibrațiilor și capacitatea de încărcare.

Tip C

Tipul C este cel mai moale tip de elastomer cu o duritate de 80 Sh A. Acest tip are cele mai bune proprietăți de amortizare.

Tip B, D și E

Tipurile B, D și E reprezintă cel mai dur grup de inserții de cuplaj din elastomer cu o duritate Shore de 64-65 Sh D. Acestea au o rigiditate torsională relativ ridicată, dar o putere de amortizare relativ scăzută.