Elasztomer betétek leírása tengelykapcsolókhoz

Az elasztomer tengelykapcsolók a tengelykapcsolók egyik típusát jelentik. A nyomatékot két tengely között továbbítják, és olyan feladatokat végeznek, mint az erőátvitel, kompenzálják az illesztési hibákat, de csillapítják az ütéseket és a rezgéseket is. Az elasztomer tengelykapcsolók különböző anyagok segítségével, valamint anyagtulajdonságuk és alakjuk révén biztosítják az optimális erőátvitelt. A megfelelő elasztomer tengelykapcsoló tulajdonságainak köszönhetően ezzel együtt a hajtótengely rezgései nem terjednek át a csatlakoztatott tengelyre. A következő cikkben bemutatjuk, hogy melyek ezek a tulajdonságok, hogyan határozható meg az elasztomerek keménysége, és milyen alkalmazási példák léteznek.

Feltételek: Körmös tengelykapcsoló és elasztomer körmös tengelykapcsoló

A körmös tengelykapcsolók egymásba kapcsolódó tengelykapcsolók, amelyek feladata a nyomaték átvitele két tengely között. A körmös tengelykapcsolók nem merevek. Kialakításuktól függően a szöghibák, valamint a radiális és axiális hibák kompenzálhatók, ugyanakkor nagy és pontos erőátvitelt biztosítanak. Az alapvető felépítésük két fém agyból áll, amelyek mintegy karmokként egymásba kapcsolódnak, és így egymásba kapcsolódva továbbítják a nyomatékot. A rezgéscsillapítás és a terhelési kapacitás tekintetében a körmös tengelykapcsolók jellemzőit különböző csillapítók befolyásolhatják. Az elasztomer tengelykapcsolókon ezek a csillapítók elasztomerből készülnek.

Az elasztomer körmös tengelykapcsolók egy úgynevezett kompenzáló elemet használnak, amely forgás szempontjából rugalmas és rezgéscsillapító módon továbbítja a nyomatékot (a nyomatékátvitellel kapcsolatos további részletekért lásd a Forgómozgások átvitele – A tengelykapcsolók alapjai c. részt). Különösen nagy ütésállóságú és nagy rezgésű alkalmazásoknál az elem jelentős hatással lehet a teljes rendszer élettartamára. A kompenzáló elem vagy a tengelykapcsoló betét jelentősen befolyásolja a hajtáslánc vagy a tengelykapcsoló tulajdonságait. Általános szabály, hogy az elemre nyomó előterhelés hat, amely biztosítja a tengelykapcsoló fejhézagát. Az elasztomer tengelykapcsoló betétek különböző formájúak lehetnek, pl. elasztomer csillagok, elasztomer gyűrűk vagy kereszttárcsák.

Az elasztomer betéteket pótalkatrészként vagy kopásuk esetén is ki kell cserélni. Az alábbi ábra egy példát mutat arra, hogyan lehet a körmös tengelykapcsolót összeszerelni, és hogyan kell a megfelelő tengelykapcsoló betétet felszerelni:

Egyéb elasztomer betétekkel rendelkező tengelykapcsolók

A körmös tengelykapcsolókon kívül elasztomer betéteket is használnak más típusú tengelykapcsolókon, például Oldham tengelykapcsolókon és tárcsarugós tengelykapcsolókon. A gyakori tengelykapcsoló-típusok részletes áttekintését lásd a Tengelykapcsolók – Alapvető tudnivalók és alkalmazási területek című cikkünkben.

A körmös tengelykapcsolókhoz hasonlóan az Oldham tengelykapcsoló is két agyra támaszkodik. Az agyak között egy alátétet helyezünk el, amely az agyak hornyaiba illeszkedik. A rugalmas kereszttárcsa lehetővé teszi a tengelykapcsoló oldalirányú mozgását, miáltal radiális eltolással rendelkező alkalmazásokban is használható. Az elasztomer betéttel ellátott Oldham tengelykapcsoló alkalmazására példa lehet egy motor próbapad:

• (1)– Pozicionáló asztal X tengely
• (2) Teljesítménytesztelő állomás
• (3) Tengelycsatlakozó
• (4) Tartók, L-alakú

A tárcsás tengelykapcsolón az agyak fogazottak, és egy rugalmas lánckerékhez csatlakoznak. Ez csökkenti és kompenzálja az illesztési hibákat. Dinamikus terhelésre alkalmasak.

A MISUMI műhely számos tengelycsatlakozót kínál, például hornyos tengelykapcsolókat, tárcsás tengelykapcsolókat (szervo tengelykapcsolók), Oldham tengelykapcsolókat vagy körmös tengelykapcsolókat. Ha információkat keres a sebességváltók ilyen kontextusban történő kiszámításáról, a „Különböző sebességváltók kiszámítása” c. cikkünk segítséget nyújt Önnek ehhez.

Az elasztomer tengelykapcsoló betétek egyéb tulajdonságai

Az elasztomer tengelykapcsoló betétek nemcsak csillapítási tulajdonságokkal rendelkeznek, hanem bizonyos rugalmasságot és ellenállást is biztosítanak. Ez a rugalmasság lehetővé teszi a két tengely közötti eltérés kompenzációját radiális, axiális vagy szögbeli eltérések esetén. A kisebb pontatlanságokat az elasztomer betét kompenzálja, anélkül, hogy ez befolyásolná az erőátvitelt. Összességében az elasztomer betétek így közvetlenül védik a csatlakoztatott alkatrészeket a nem egységes terheléstől, és meghosszabbítják a teljes rendszer élettartamát.

A rugalmasságnak is megvannak azonban a korlátai: nagy a valószínűsége annak, hogy az extrém nyomatékcsúcsok az elasztomer betét meghibásodását okozzák. Ennek azonban minden bizonnyal pozitív hatása is lehet: ez a túlterhelés elleni védelem kellő időben megakadályozza a többi alkatrész további károsodását azáltal, hogy először a tengelykapcsoló meghibásodását okozza, és így megszakítja a csatlakozást. Ezt a tulajdonságot hibabiztos vagy túlterheléses engelykapcsolók kamatoztatják.

Elasztomer betétekhez használható anyagok

A precíziós tengelykapcsoló betétek általában hőre lágyuló poliuretánból készülnek (rövidítés: TPU), amely -30 °C és +120 °C közötti hőmérséklet-tartományban termikusan stabil anyag. A HYTREL anyag azért is használható, mert különleges szerkezettel rendelkezik, és főként szélsőséges hőmérsékletű alkalmazásokhoz használatos. Egyéb anyagok lehetnek:

• Nitrilgumi (NBR): Ez az anyag különösen ellenáll az olajoknak és zsíroknak. Ezért a sebességváltókban vagy szivattyúkban való használata nyilvánvaló. A nitrilgumi azonban hőmérséklet-érzékeny, törékennyé válhat, és 100 °C felett megkeményedhet. A magasabb hőmérséklet-ellenállással rendelkező hidrogénezett nitrilgumi (HNBR) további fejlesztésként kapható. Azonban nem ugyanolyan rugalmas, mint az NBR.
• Etilén-propilén-dién gumi (EPDM): Az EPDM nagy ellenállással rendelkezik az UV-sugárzással, a magas hőmérséklettel és az ózonnal szemben, és alkalmas kültéri alkalmazásokhoz vagy HVAC rendszerekhez. Nem használható azonban olajokat vagy zsírokat használó környezetben.
• Szilikongumi (VMQ): A szilikon magas (akár 180 °C-os) hőmérsékleti ellenállással rendelkezik, de alacsony kopásállóságot és olajokkal, savakkal stb. szemben csekély ellenállást biztosít. Ezért csak korlátozott mértékben alkalmazható ipari környezetben.

Végül, mint általában, a megfelelő anyag kiválasztása az adott alkalmazástól függ. A hőmérséklet-tartomány, a vegyi ellenállás és a mechanikus teherbíró képesség minden bizonnyal a legfontosabb kiválasztási kritériumok. A poliuretán azonban jó általános célú megoldásnak minősül.

Az elasztomer tengelykapcsoló betétekkel kapcsolatos Shore-keménység

A Shore-keménység általában fontos kritérium az elasztomer tengelykapcsoló betétek kiválasztásához. A Shore-keménység közvetlenül befolyásolja az elasztomer és a tengelykapcsoló egészének merevségét és csillapítási tulajdonságait. Minél nagyobb a Shore-keménység, annál keményebb az elasztomer. Következésképpen kevesebb deformációt tesz lehetővé, aminek eredményeként maga a tengelykapcsoló merevebbé válik, és a nyomaték pontosabban átvihető. Ez azonban csökkenti a csillapítási tulajdonságokat is. Ha a rezgéscsillapítás és az ütéscsillapítás a legfontosabb kritérium, akkor használjon alacsony Shore-keménységű, puhább elasztomert.

A rugalmas anyagok, például műanyag vagy gumi Shore-keménysége keménységvizsgálati módszerekkel osztályozható. Minden módszernél közös, hogy idegen tárgyat juttatnak egy meghatározott erővel a vizsgálati mintába, majd megmérik a behatolási mélységet. A vizsgált anyag keménységétől függően különböző skálák használatosak. A Shore-A és Shore-D keménység az elasztomerekre vonatkozik. A Shore-A módszer egy 0,79 mm átmérőjű gömb vagy lapos hegy idegen tárgyként történő bevezetésérét jelenti. Puhább elasztomerekhez használatos. A keményebb elasztomerek esetében a Shore-D skála alkalmazandó, és hegyként egy éles szélű piramis alakú idegen tárgy kerül bevezetésre.

Az anyagok keménységéről a keménységi szintekről és a keménységi vizsgálatokról szóló cikkünkben olvashat bővebben.

Különböző Shore-keménységek elasztomerek esetében általában

Az elasztomer tengelykapcsoló betétek keménységi fokuk szerint osztályozhatók az alábbiak szerint:

• Közepes keménységi fok: A. típus
• Alacsony keménységi fok: C. típus
• Magas keménységi fok: B., D. és E. típus

A MISUMI elasztomer csillagokat vagy elasztomer gyűrűket kínál különböző keménységekben:

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

A. típus

Az A. típusú elasztomer tengelykapcsoló betétek a leggyakrabban használt elasztomer betétek. 98 Sh A keménységi szinttel rendelkeznek, és a rezgéscsillapítás és a terhelési kapacitás jó kombinációját kínálják.

C. típus

A C. típus a legpuhább elasztomer típus 80 Sh A keménységgel. Ez a típus a legjobb csillapítási tulajdonságokkal rendelkezik.

B., D. és E. típus

A B, D. és E. típus az elasztomer tengelykapcsoló betétek legkeményebb csoportja 64-65 Sh D Shore keménységgel. Viszonylag nagy torziós merevséggel, ugyanakkor inkább alacsony csillapítási teljesítménnyel rendelkeznek.