Elastomere koppelingen: hoe ze werken, typen en selectiegids

Wat is een elastomere koppeling

Druk een blok polyurethaan tussen twee stalen kaken, schroef het op een paar assen en je hebt de werkende kern van een elastomere koppeling. Het ontwerp ziet er bijna te simpel uit voor industriële toepassingen, maar toch dragen deze koppelingen 24 uur per dag routinematig honderden newtonmeters koppel over op pompen, ventilatoren en transportbandaandrijvingen.

Een elastomere koppeling verbindt twee roterende assen met behulp van metalen naven aan beide uiteinden en een niet-metalen flexibel element – ​​meestal rubber of polyurethaan – daartussenin. Het elastomeer doet drie taken tegelijk: het brengt koppel over van de aandrijfas naar de aangedreven as, het buigt om kleine hoeveelheden verkeerde uitlijning van de as te absorberen en het dempt de aandrijflijn tegen trillingen en schokbelastingen. Die combinatie is de reden waarom elastomere ontwerpen de algemene motor-pomp- en motor-ventilatorverbindingen domineren, waarbij perfecte asuitlijning zelden praktisch is en een beetje ingebouwde vergevingsgezindheid lagers bespaart.

Hoe elastomere koppelingen koppel overbrengen

Koppel gaat bij deze koppelingen niet door metaal-op-metaal contact; het gaat door het elastomeer, en de manier waarop dit gebeurt verdeelt de categorie in twee families.

Compressiegeladen ontwerpen Knijp, net als bij kaak- en spinkoppelingen, het flexibele element tussen de in elkaar grijpende nokken op elke naaf. Terwijl de aandrijfnaaf draait, drukken de nokken tegen de lobben van de spin, die op hun beurt tegen de nokken van de aangedreven naaf drukken. Het element wordt nooit uitgerekt of gescheurd, maar alleen samengedrukt, waardoor de spanning over een groter oppervlak wordt verspreid en de levensduur wordt verlengd.

Ontwerpen met schuifbelasting , zoals pen-en-buskoppelingen of koppelingen in bandstijl, bewerken het elastomeer in een draaiende of buigende beweging in plaats van pure compressie. Deze geometrie maakt vaak een groter buigpad en een groter vermogen tot verkeerde uitlijning mogelijk, ten koste van een iets lagere piekkoppeldichtheid vergeleken met compressietypes.

De meeste elastomere koppelingen hebben ook een ingebouwde veiligheidsmarge: als het flexibele element verslijt of defect raakt, maken de metalen naafkenmerken van veel ontwerpen kort mechanisch contact, waardoor het koppel lang genoeg bij verminderde capaciteit kan blijven stromen voor een gecontroleerde uitschakeling in plaats van een plotseling verlies van aandrijving.

Veel voorkomende typen elastomere koppelingen

Niet elke elastomere koppeling ziet er hetzelfde uit, en de verschillen zijn van belang bij de selectie. Drie ontwerpen bestrijken het grootste deel van de industriële toepassingen.

• Kaak- en spinkoppelingen gebruik twee naven met in elkaar grijpende kaken en een stervormige elastomere spin ertussen. Ze zijn compact, gemakkelijk te onderhouden (de spin kan worden verwisseld zonder een van beide assen te verplaatsen) en zijn vergevingsgezind bij matige hoek- en parallelle verkeerde uitlijning.
• Bandenkoppelingen vervang de spin door een volledig rubberen "band" die om beide naven is gewikkeld. Het grotere flexvolume geeft ze het grootste bereik van verkeerde uitlijning van de elastomere familie, samen met een sterke elektrische isolatie tussen assen, wat van belang is waar zwerfstromen de lagers bedreigen.
• Elastische pin- (pin- en bus-)koppelingen steek metalen pinnen in rubberen bussen door gaten in twee koppelingsflenzen. De stalen pinnen dragen meer van de directe belasting dan bij een ontwerp van puur elastomeer, waardoor het koppelvermogen hoger wordt en de schokabsorptie intact blijft.

Selectie van elastomeermateriaal en hardheid

Het rubber- of polyurethaanblok vergt meer technisch werk dan de eenvoudige vorm doet vermoeden, en de gekozen materiaalkwaliteit verandert hoe de koppeling zich onder belasting gedraagt.

Natuurrubber biedt een sterke trillingsdemping en presteert goed onder koude omstandigheden, maar is beperkt bestand tegen oliën en hoge temperaturen. Polyurethaan ruilt een beetje demping in voor een hoger koppelvermogen, betere slijtvastheid en veel betere oliebestendigheid, en daarom domineert het algemeen industrieel gebruik. Speciale elastomeren zoals Hytrel overbruggen de kloof en behouden hun eigenschappen over een breder temperatuurbereik voor veeleisende omgevingen.

Bij elk materiaal is hardheid de variabele die de prestaties bepaalt. Zachtere verbindingen buigen gemakkelijker en dempen trillingen beter, maar brengen minder koppel over voordat ze overmatig vervormen; hardere verbindingen hebben meer koppel en blijven steviger onder belasting, ten koste van enige schokabsorptie. Fabrikanten beoordelen deze eigenschap met behulp van de hardheid van de durometer, meestal op de Shore A-schaal, getest volgens de ASTM-norm voor de hardheid van de inkeping van rubber . Een zachter element in de 80–85 Shore A-reeks is geschikt voor toepassingen waarbij demping het belangrijkst is, terwijl een steviger element in de buurt van 95–98 Shore A geschikt is voor aandrijvingen die een hogere koppeldichtheid met minder flex nodig hebben.

Compensatie van verkeerde uitlijning en trillingsdemping

Assen in de echte wereld zijn nooit perfect uitgelijnd, en elastomere koppelingen bestaan grotendeels om die onvolkomenheid onschadelijk te maken.

• Hoekafwijking treedt op wanneer de twee hartlijnen van de as elkaar onder een hoek snijden in plaats van parallel te lopen. Het elastomeer buigt ongelijkmatig rond de omtrek om dit te absorberen zonder buigbelasting op de lagers over te brengen.
• Parallelle verkeerde uitlijning gebeurt wanneer de asassen evenwijdig blijven maar zijdelings verschoven zijn. Het flexibele element schuift lichtjes af om de opening te overbruggen.
• Axiale (end-float) beweging is het gevolg van thermische uitzetting of veranderingen in de lagerspeling. De meeste elastomere ontwerpen laten enige axiale slip toe zonder dat de stuwkracht terug via de aandrijflijn wordt overgebracht.

Dempende prestaties komen voort uit dezelfde flexibiliteit. Als het koppel fluctueert – door pieken bij het opstarten van de motor, ongelijkmatige belasting op een transportband of cyclische belasting in een zuigerpomp – rekt en ontspant het elastomeer enigszins in plaats van dat elke piek er recht doorheen gaat. Dat verzacht torsietrillingen voordat deze lagers en versnellingsbakken bereiken, wat de belangrijkste reden is dat elastomere koppelingen vaak langer meegaan dan stijve verbindingen in toepassingen met variabele belasting.

Het selecteren van de juiste elastomere koppeling

Het kiezen van het verkeerde koppelingstype is een vaker voorkomende oorzaak van storingen dan het kiezen van een koppeling die simpelweg te klein is. Een korte beslissingsreeks houdt de selectie gebaseerd op de feitelijke bedrijfsomstandigheden.

1. Bereken het piekkoppel , inclusief startinschakelstroom en eventuele schokbelasting, en pas een servicefactor toe (doorgaans 1,25–2,5) die geschikt is voor de aangedreven apparatuur.
2. Beoordeel de haalbare afstemming. Als de uitlijning van de installatie bij benadering zal zijn of in de loop van de tijd zal veranderen, geef dan de voorkeur aan een ontwerp met een ruim vermogen tot verkeerde uitlijning, zoals een bandkoppeling, boven een kaaktype met nauwere tolerantie.
3. Weeg de blootstelling aan trillingen en schokken. Zuigercompressoren, brekers en start-stop-transportbandaandrijvingen profiteren van zachtere elastomeerkwaliteiten die prioriteit geven aan demping.
4. Controleer de besturingsomgeving. Blootstelling aan olie geeft de voorkeur aan polyurethaan boven natuurlijk rubber; Grote temperatuurschommelingen kunnen een speciaal mengsel vereisen.
5. Controleer of de boring, snelheid en maat passen vergeleken met het door de fabrikant opgegeven bereik voor de op de shortlist geplaatste koppelingsfamilie.

Voor een bredere side-by-side van elastomere ontwerpen tegen starre, tandwiel- en membraankoppelingen, dit complete gids voor typen motoraskoppelingen doorloopt de volledige beslissingsboom in meer detail.

Onderhouds- en storingssignalen

Elastomere koppelingen zijn grotendeels onderhoudsvrij vergeleken met gesmeerde tandwiel- of roosterontwerpen, maar het flexibele element slijt wel en verdient periodieke aandacht. Let tijdens routine-inspecties op barsten of controles op het elastomeeroppervlak, zichtbare rek of permanente verharding in een samengedrukte spin, een merkbare toename van trillingen of geluid uit het koppelingsgebied, en eventuele verharding of verkleuring die wijst op chemische degradatie of hittedegradatie.

Het voordeel van het elastomere ontwerp komt hier goed naar voren: bij de meeste kaak-, band- en pin-bush-koppelingen kan het flexibele element worden vervangen zonder de uitlijning van de as te verstoren of een aangesloten machine te trekken, waardoor wat een grote reparatie bij andere koppelingstypen zou zijn, verandert in een routinematige onderdelenwissel. Ontdek de volledig assortiment flexibele koppelingsontwerpen om boringafmetingen, koppelwaarden en elementmaterialen te vergelijken met uw specifieke aandrijfvereisten.