Uppgifter om elastomerinsatser för kopplingar

Elastomerkopplingar är en typ av axelkoppling. De överför vridmoment mellan två axlar och utför uppgifter som kraftöverföring, kompenserar justeringsfel, men också dämpning av stötar och vibrationer. Elastomerkopplingar säkerställer optimal kraftöverföring genom att använda olika material, och även baserat på deras materialegenskaper och form. Egenskaperna hos respektive elastomerkoppling förhindrar samtidigt vibrationer hos drivaxeln från att överföras till den kopplade axeln. Följande artikel diskuterar vilka egenskaper dessa är, hur hårdheten hos elastomerer bestäms och vilka tillämpningsexempel som finns.

Villkor: Klokoppling och elastomerklokoppling

Klokopplingar är sammankopplade kopplingar vars uppgift är att överföra vridmoment mellan två axlar. Klokopplingarna är inte stela. Beroende på deras design kan man kompensera för vinkelfel samt radiella och axiella fel, samtidigt som man säkerställer hög och exakt kraftöverföring. Deras grundkonstruktion består av två metallnav som griper in i varandra som klor och därmed överför ett vridmoment på ett förreglat sätt. När det gäller vibrationsdämpning och lastkapacitet kan egenskaperna hos klokopplingar påverkas av olika spjäll. På elastomerkopplingar är dessa spjäll tillverkade av en elastomer.

Elastomerklokopplingar utnyttjar ett så kallat kompensationselement som överför vridmomentet på ett rotationselastiskt och vibrationsdämpande sätt (för mer information om momentöverföring, se Överföring av rotationsrörelser – Grunderna i kopplingar). I särskilt slagkraftiga och högvibrationstillämpningar kan elementet ha en betydande inverkan på hela systemets livslängd. Kompensationselementet eller kopplingsinsatsen påverkar drivlinans eller kopplingens egenskaper avsevärt. Som regel verkar en kompressiv förspänning på elementet som garanterar kopplingsspel. Elastomerkopplingsinsatser kan ha olika former, t.ex. elastomerstjärnor eller elastomerringar eller tvärskivor.

Elastomerinlägg måste också bytas ut som reservdelar eller om de är slitna. Nedanstående figur visar ett exempel på hur en klokoppling kan konstrueras och hur motsvarande kopplingsinsats monteras:

Andra kopplingar med elastomerinlägg

Förutom klokopplingar används även elastomerinsatser på andra typer av kopplingar, såsom Oldham-kopplingar och fjäderskivkopplingar. För en detaljerad översikt över vanliga kopplingstyper, se vår artikel Axelkopplingar – Grunder och tillämpningsområden.

I likhet med klokopplingar förlitar sig Oldham-kopplingen också på två nav. En bricka som går in i navens spår placeras mellan naven. Den elastiska tvärskivan gör det möjligt för kopplingen att röra sig lateralt, vilket gör att den kan användas i tillämpningar med radiell offset. En applikation för en Oldham-koppling med elastomerinsats skulle exempelvis vara en motortestbänk:

• (1) Positioneringsbord X-axel
• (2) Prestandateststation
• (3) Axelkoppling
• (4) Hållare, L-formade

På en skivkoppling är naven tandade och anslutna till en elastisk klinga. Detta dämpar och kompenserar justeringsfel. De passar för dynamiska belastningar.

MISUMI-butiken innehåller många axelkopplingar såsom slitskopplingar, skivkopplingar (servokopplingar), Oldham-kopplingar eller klokopplingar. Om du letar efter information om beräkning av växellådor i detta sammanhang, kommer vår artikel "Beräkna olika växellådor" att vara till hjälp för dig.

Andra egenskaper hos elastomerkopplingsinsatser

Elastomerkopplingsinsatser har inte bara dämpningsegenskaper, utan ger också viss flexibilitet och motstånd. Denna flexibilitet möjliggör offsetkompensation mellan båda axlarna för radiella, axiella eller vinkeloffset. Små felaktigheter kompenseras av elastomerinsatsen utan att påverka kraftöverföringen. Sammantaget skyddar elastomerinläggen därmed de anslutna komponenterna direkt mot icke-uniforma belastningar och förlänger livslängden för hela systemet.

Men flexibilitet har också sina gränser: sannolikheten är hög att extrema vridmomenttoppar kommer att orsaka att elastomerinsatsen misslyckas. Detta kan dock säkert ha en positiv effekt: detta överbelastningsskydd förhindrar ytterligare skador på andra komponenter i tid genom att först orsaka att kopplingen misslyckas och därmed bryta anslutningen. Den här egenskapen utnyttjas av felsäkra eller överbelastningskopplingar.

Lämpliga material för elastomerinlägg

Precisionskopplingsinsatser är vanligtvis tillverkade av termoplastisk polyuretan (förkortning: TPU), ett termiskt stabilt material i ett temperaturintervall från -30 °C till +120 °C. HYTREL material kan också användas eftersom det har en speciell struktur och används främst för applikationer med extrema temperaturer. Andra material kan omfatta:

• Nitrilgummi (NBR): Detta material är särskilt motståndskraftigt mot oljor och fetter. Användning i växellådor eller pumpar är därför uppenbar. Emellertid är nitrilgummi temperaturkänsligt och kan bli sprött och härdas över 100 °C. Hydrogenerat nitrilgummi (HNBR), som har högre temperaturbeständighet, finns tillgängligt som ett ytterligare framsteg. Men den har inte samma elasticitet som NBR.
• Etylenpropylen-dyngummi (EPDM): EPDM har hög motståndskraft mot UV-strålning, höga temperaturer och ozon och är lämplig för utomhustillämpningar eller HVAC-system. Det kan dock inte användas i miljöer som använder oljor eller fetter.
• Silikongummi (VMQ): Silikon har hög temperaturbeständighet (upp till 180 °C), men låg nötningsbeständighet och motståndskraft mot oljor, syror etc. Den lämpar sig därför endast i begränsad utsträckning i industriella miljöer.

Slutligen, som vanligtvis är fallet, beror valet av lämpligt material på den specifika tillämpningen. Temperaturintervall, kemisk beständighet och mekanisk bärförmåga är definitivt de viktigaste urvalskriterierna. Polyuretan anses dock vara en bra allmän lösning.

Shore-hårdhet i samband med elastomerkopplingsinsatser

Shore-hårdhet är i allmänhet ett viktigt kriterium för att välja elastomerkopplingsinsatser. Shore-hårdheten påverkar direkt styvheten och dämpningsegenskaperna hos elastomeren och kopplingen som helhet. Ju högre Shore-hårdhet, desto hårdare är elastomeren. Följaktligen möjliggör den mindre deformation, vilket gör att själva kopplingen blir styvare och vridmomentet kan överföras mer exakt. Detta minskar dock även dämpningsegenskaperna. En mjukare elastomer med låg Shore-hårdhet bör användas om vibrationsdämpning och stötdämpning är viktiga kriterier.

Shore hårdhet av elastiska material som plast eller gummi kan klassificeras med hårdhetsprovningsmetoder. Alla metoder har gemensamt att ett främmande föremål förs in i ett testprov med definierad kraft, följt av mätning av penetrationsdjupet. Olika skalor används beroende på hårdheten hos det material som testas. Shorehårdhet A och Shorehårdhet D är relevanta för elastomerer. Shore-A-metoden bygger på att införa en boll eller en platt spets med en diameter på 0,79 mm som främmande föremål. Den används för mjukare elastomerer. För hårdare elastomerer gäller Shore-D-skalan och ett främmande föremål med en skarpkantad pyramid introduceras som spetsen.

Mer information om hårdheten hos material finns i vår artikel om hårdhetsnivåer och hårdhetstestning.

Olika Shore-hårdheter för elastomerer i allmänhet

Elastomerkopplingsinsatser kan klassificeras enligt deras hårdhetsgrad enligt följande:

• Medelhårdhetsgrad: Typ A
• Låg hårdhetsgrad: Typ C
• Hög hårdhetsgrad: Typ B, D och E

MISUMI har elastomerstjärnor eller elastomerringar i olika hårdheter:

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

Typ A

Kopplingsinsatser av typ A-elastomer är de vanligaste elastomerinsatserna. De har en hårdhetsnivå på 98 Sh A och har en bra kombination av vibrationsabsorption och lastkapacitet.

Typ C

Typ C är den mjukaste elastomertypen med en hårdhet på 80 Sh A. Denna typ har de bästa dämpningsegenskaperna.

Typ B, D och E

Typ B, D och E är den hårdaste gruppen av elastomerkopplingsinsatser med en Shore-hårdhet på 64-65 Sh D. De har relativt hög vridstyvhet, men ganska låg dämpningskraft.