Podrobnosti o elastomerových vložkách pro spojky

Elastomerové spojky jsou typem spojky hřídele. Přenášejí točivý moment mezi dvěma hřídeli a provádějí úkoly, jako je přenos výkonu, kompenzace chyb seřízení, ale také tlumení nárazů a vibrací. Elastomerové spojky zajišťují optimální přenos výkonu pomocí různých materiálů a také na základě jejich vlastností a tvaru materiálu. Vlastnosti příslušné elastomerové spojky současně zabraňují přenosu vibrací hnací hřídele na spojený hřídel. Následující článek se zabývá těmito vlastnostmi, určením tvrdosti elastomerů a příklady použití.

Podmínky: Zubové spojení a elastomerová zubové spojení

Zubová spojení jsou vzájemně propojená spojení, jejichž úkolem je přenos točivého momentu mezi dvěma hřídelemi. Zubové spojení nejsou tuhá. V závislosti na jejich konstrukci dokáží kompenzovat úhlové chyby i radiální a axiální chyby a současně zajistit vysoký a přesný přenos výkonu. Jejich základní konstrukce se skládá ze dvou kovových nábojů, které se vzájemně propojují jako zuby, a tak přenášejí točivý moment vzájemně propojeným způsobem. Pokud jde o tlumení vibrací a nosnost, vlastnosti zubových spojení mohou ovlivňovat různé tlumiče. U elastomerových spojení jsou tyto tlumiče vyrobeny z elastomeru.

Elastomerová zubová spojení využívají tzv. kompenzační prvek, který rotačně přenáší krouticí moment elastickým a tlumícím způsobem (více informací o přenosu krouticího momentu viz Přenos rotačních pohybů – základy spojek). V případě aplikací s obzvláště vysokým nárazem a vysokými vibracemi může mít prvek významný dopad na životnost celého systému. Kompenzační prvek nebo vložka spojky významně ovlivňují vlastnosti hnacího ústrojí nebo spojky. Kompresivní předpětí zpravidla působí na prvek, který zaručuje vůli spojky. Elastomerové spojovací vložky mohou mít různé tvary, např. elastomerové hvězdy nebo elastomerové kroužky nebo příčné disky.

Elastomerové vložky musí být také vyměněny jako náhradní díly nebo v případě opotřebení. Následující obrázek ukazuje příklad toho, jak lze vytvořit zubové spojení a jak je namontována odpovídající vložka spojky:

Další spojky s elastomerovými vložkami

Kromě zubových spojení se elastomerové vložky používají také v jiných typech spojení, jako jsou spojky Oldham a pružinové diskové spojky. Podrobný přehled běžných typů spojek naleznete v našem článku Hřídelové spojky – základy a oblasti použití.

Podobně jako u zubových spojení se spojka Oldham také spoléhá na dvě náboje. Mezi náboje je umístěna podložka, která zapadá do drážek nábojů. Elastický křížový disk umožňuje boční pohyb spojky, což umožňuje její použití v aplikacích s radiálním odsazením. Příkladem použití spojky Oldham s elastomerovou vložkou je například zkušební stůl motoru:

• (1) Polohovací stůl osy X
• (2) Testovací stanice výkonu
• (3) Hřídelová spojka
• (4) Držáky, ve tvaru L

Na diskové spojce jsou náboje ozubené a připojené k pružnému ozubenému kolu. To tlumí a kompenzuje chyby zarovnání. Jsou vhodné pro dynamické zátěže.

MISUMI nabízí celou řadu hřídelových spojek, jako jsou drážkové spojky, diskové spojky (servo spojky), spojky Oldham nebo zubová spojení. Pokud hledáte informace o výpočtu převodovek v tomto kontextu, náš článek „Výpočet různých převodovek“ vám pomůže.

Další vlastnosti elastomerových spojovacích vložek

Elastomerové spojovací vložky mají nejen tlumicí vlastnosti, ale také poskytují určitou flexibilitu a odolnost. Tato flexibilita umožňuje kompenzovat odchylky mezi oběma hřídeli, a to radiálně, axiálně nebo úhlově. Malé nepřesnosti jsou kompenzovány elastomerovou vložkou, aniž by to ovlivnilo přenos energie. Obecně platí, že elastomerové vložky tak přímo chrání připojené součásti před nerovnoměrným zatížením a prodlužují životnost celého systému.

Flexibilita má ale také své limity: existuje vysoká pravděpodobnost, že extrémní špičky točivého momentu způsobí selhání elastomerové vložky. To však může mít určitě pozitivní účinek: tato ochrana proti přetížení zabraňuje dalšímu poškození jiných součástí včas tím, že nejprve způsobí selhání spojky, čímž se přeruší spojení. Tato vlastnost je využívána bezporuchovými spojkami nebo spojkami proti přetížení.

Vhodné materiály pro elastomerové vložky

Přesné spojovací vložky jsou obvykle vyrobeny z termoplastického polyuretanu (zkratka: TPU), což je tepelně stabilní materiál v teplotním rozsahu od -30 °C do +120 °C. Použít lze také materiál HYTREL, protože má speciální strukturu a používá se zejména pro aplikace s extrémními teplotami. Další materiály mohou zahrnovat:

• Nitrilová pryž (NBR): Tento materiál je obzvláště odolný vůči olejům a mazivům. Použití v převodovkách nebo čerpadlech je proto zřejmé. Nitrilová pryž je však citlivá na teplotu a může zkřehnout a ztvrdnout při teplotě přesahující 100 °C. jako pokročilejší materiál je k dispozici hydrogenovaná nitrilová pryž (HNBR), která má vyšší teplotní odolnost. Nemá však stejnou pružnost jako NBR.
• Ethylen-propylen-dienová pryž (EPDM): EPDM má vysokou odolnost proti UV záření, vysokým teplotám a ozonu a je vhodná pro venkovní aplikace nebo systémy HVAC. Nelze ji však používat v prostředích, kde se používají oleje nebo maziva.
• Silikonová pryž (VMQ): Silikon má vysokou odolnost proti teplotě (až 180 °C), ale nízkou odolnost proti oděru a olejům, kyselinám atd. Proto je vhodný pouze v omezené míře v průmyslovém prostředí.

A konečně, jak je tomu obvykle, výběr vhodného materiálu závisí na konkrétní aplikaci. Rozsah teplot, chemická odolnost a mechanická nosnost jsou určitě nejdůležitějšími kritérii výběru. Polyuretan je však považován za dobré univerzální řešení.

Tvrdost podle Shorea v souvislosti s elastomerovými spojovacími vložkami

Tvrdost podle Shorea je obecně důležitým kritériem pro výběr elastomerových spojovacích vložek. Tvrdost podle Shorea přímo ovlivňuje tuhost a tlumicí vlastnosti elastomeru a spojky jako celku. Čím vyšší je tvrdost podle Shorea, tím těžší je elastomer. V důsledku toho umožňuje menší deformaci, v důsledku které samotná spojka ztuhne a lze přesněji přenášet točivý moment. To však také snižuje tlumicí vlastnosti. Pokud jsou klíčovými kritérii tlumení vibrací a tlumení nárazů, měl by být použit měkčí elastomer s nízkou tvrdostí podle Shorea.

Tvrdost podle Shorea elastických materiálů, jako je plast nebo pryž, lze klasifikovat pomocí metod testování tvrdosti. Všechny metody mají společné to, že do testovacího vzorku se zavede cizí předmět s definovanou silou, po kterém následuje měření hloubky průniku. V závislosti na tvrdosti testovaného materiálu se používají různé stupnice. Tvrdost podle Shorea A a tvrdost podle Shorea D jsou relevantní pro elastomery. Metoda Shore-A se spoléhá na zavedení kuličky nebo plochého hrotu o průměru 0,79 mm jako cizího předmětu. Používá se pro měkčí elastomery. U tvrdších elastomerů se používá škála Shore-D a jako hrot se zavádí cizí předmět s pyramidou s ostrými hranami.

Další informace o tvrdosti materiálů naleznete v našem článku o úrovních tvrdosti a testování tvrdosti.

Různá tvrdost podle Shorea pro elastomery obecně

Elastomerové spojovací vložky lze klasifikovat podle stupně tvrdosti podle následujícího popisu:

• Střední stupeň tvrdosti: Typ A
• Nízký stupeň tvrdosti: Typ C
• Vysoký stupeň tvrdosti: Typ B, D a E

MISUMI má elastomerové hvězdy nebo elastomerové kroužky v různých tvrdostech:

• A = Tvrdost podle Shorea 98 Sh A
• B = Tvrdost podle Shorea 64 Sh D
• C = Tvrdost podle Shorea 80 Sh A
• D = Tvrdost podle Shorea 65 Sh D
• E = Tvrdost podle Shorea 64 Sh D

Typ A

Nejčastěji používanými elastomerovými vložkami jsou elastomerové spojovací vložky typu A. Mají stupeň tvrdosti 98 Sh A a dobrou kombinaci absorpce vibrací a nosnosti.

Typ C

Typ C je nejměkčí elastomerový typ s tvrdostí 80 Sh A. Tento typ má nejlepší tlumicí vlastnosti.

Typ B, D a E

Typy B, D a E jsou nejtvrdší skupinou elastomerových spojovacích vložek s tvrdostí podle Shorea 64–65 Sh D. Mají relativně vysokou torzní tuhost, ale poměrně nízký tlumicí výkon.