ข้อต่อแบบอีลาสโตเมอร์: หลักการทำงาน ประเภท และคู่มือการเลือก

ข้อต่ออีลาสโตเมอร์คืออะไร

บีบบล็อกโพลียูรีเทนระหว่างขากรรไกรเหล็กสองอัน แล้วขันเข้ากับเพลาคู่หนึ่ง จากนั้นคุณจะได้แกนใช้งานของคัปปลิ้งอีลาสโตเมอร์ การออกแบบดูเรียบง่ายเกินไปสำหรับงานอุตสาหกรรม แต่ข้อต่อเหล่านี้ส่งแรงบิดหลายร้อยนิวตัน-เมตรบนปั๊ม พัดลม และตัวขับเคลื่อนสายพานลำเลียงเป็นประจำตลอดเวลา

คัปปลิ้งอีลาสโตเมอร์เชื่อมต่อเพลาหมุนสองตัวโดยใช้ดุมโลหะที่ปลายทั้งสองข้างและมีส่วนประกอบยืดหยุ่นที่ไม่ใช่โลหะ ซึ่งมักจะเป็นยางหรือโพลียูรีเทน ประกบอยู่ระหว่างเพลาทั้งสอง อีลาสโตเมอร์ทำงานสามงานในคราวเดียว: ส่งแรงบิดจากเพลาขับไปยังเพลาขับเคลื่อน อิลาสโตเมอร์จะโค้งงอเพื่อดูดซับการเยื้องศูนย์ของเพลาจำนวนเล็กน้อย และช่วยลดแรงกระแทกของระบบขับเคลื่อนจากแรงสั่นสะเทือนและแรงกระแทก การผสมผสานดังกล่าวเป็นเหตุผลว่าทำไมการออกแบบอีลาสโตเมอร์จึงครอบงำการเชื่อมต่อระหว่างมอเตอร์กับปั๊มและมอเตอร์กับพัดลมที่ใช้งานทั่วไป โดยที่การจัดแนวเพลาที่สมบูรณ์แบบนั้นแทบจะเป็นไปไม่ได้เลย และการชดเชยในตัวเล็กน้อยจะช่วยประหยัดตลับลูกปืน

ข้อต่อแบบอีลาสโตเมอร์ส่งแรงบิดอย่างไร

แรงบิดไม่ผ่านหน้าสัมผัสระหว่างโลหะกับโลหะในข้อต่อเหล่านี้ — แรงบิดผ่านอีลาสโตเมอร์ และแยกประเภทออกเป็นสองตระกูลได้อย่างไร

การออกแบบที่อัดแน่น เช่นเดียวกับข้อต่อขากรรไกรและข้อต่อแบบแมงมุม ให้บีบองค์ประกอบที่ยืดหยุ่นระหว่างตัวเชื่อมที่เชื่อมต่อกันบนดุมแต่ละอัน ในขณะที่ดุมล้อหมุน ตัวดึงของมันจะกดเข้ากับกลีบของแมงมุม ซึ่งจะดันไปติดกับตัวดุมของดุมที่ขับเคลื่อนด้วย องค์ประกอบจะไม่ถูกยืดหรือตัด มีเพียงการบีบอัดเท่านั้น ซึ่งกระจายความเค้นบนพื้นผิวที่ใหญ่ขึ้น และมีแนวโน้มที่จะยืดอายุการใช้งาน

การออกแบบที่รับแรงเฉือน เช่น ข้อต่อแบบพินแอนด์บุชชิ่งหรือแบบยาง ใช้งานอีลาสโตเมอร์ในลักษณะบิดหรืองอ แทนที่จะใช้การบีบอัดเพียงอย่างเดียว รูปทรงนี้มักจะอนุญาตให้มีเส้นทางโค้งงอที่ใหญ่ขึ้นและความสามารถในการวางตำแหน่งที่ไม่ตรงมากขึ้น โดยมีต้นทุนความหนาแน่นของแรงบิดสูงสุดที่ต่ำกว่าเล็กน้อยเมื่อเทียบกับประเภทการบีบอัด

คัปปลิ้งอีลาสโตเมอร์ส่วนใหญ่ยังมีระยะขอบด้านความปลอดภัยในตัว: หากองค์ประกอบที่ยืดหยุ่นชำรุดหรือเสียหาย คุณลักษณะดุมโลหะในการออกแบบหลายแบบทำให้เกิดการสัมผัสทางกลสั้น ๆ ช่วยให้แรงบิดไหลต่อไปด้วยความจุที่ลดลงนานเพียงพอสำหรับการปิดระบบแบบควบคุม แทนที่จะสูญเสียการขับเคลื่อนกะทันหัน

ประเภทข้อต่อยางทั่วไป

คัปปลิ้งอีลาสโตเมอร์แต่ละอันมีลักษณะไม่เหมือนกัน และความแตกต่างก็มีความสำคัญต่อการเลือก การออกแบบสามแบบครอบคลุมการใช้งานทางอุตสาหกรรมจำนวนมาก

• ข้อต่อขากรรไกรและแมงมุม ใช้ดุมสองอันที่มีขากรรไกรที่เชื่อมต่อกันและมีสไปเดอร์อีลาสโตเมอร์รูปดาวอยู่ระหว่างนั้น มีขนาดกะทัดรัด บำรุงรักษาง่าย — สามารถเปลี่ยนสไปเดอร์ได้โดยไม่ต้องขยับเพลาข้างใดข้างหนึ่ง — และช่วยลดการวางแนวเชิงมุมและขนานในระดับปานกลาง
• ข้อต่อยาง เปลี่ยนสไปเดอร์ด้วย "ยาง" ยางเต็มพันรอบดุมทั้งสอง ปริมาตรการโค้งงอที่มากขึ้นทำให้มีช่วงการวางแนวที่ไม่ตรงที่กว้างที่สุดของตระกูลอีลาสโตเมอร์ พร้อมด้วยการแยกทางไฟฟ้าที่แข็งแกร่งระหว่างเพลา ซึ่งเป็นเรื่องสำคัญที่กระแสรั่วไหลจะคุกคามตลับลูกปืน
• ข้อต่อแบบยืดหยุ่น (พินและบุชชิ่ง) สอดหมุดโลหะที่อยู่ในบูชยางผ่านรูในหน้าแปลนข้อต่อสองอัน หมุดเหล็กรับน้ำหนักโดยตรงมากกว่าการออกแบบอีลาสโตเมอร์บริสุทธิ์ ซึ่งเพิ่มความจุแรงบิดให้สูงขึ้น ขณะเดียวกันก็รักษาการดูดซับแรงกระแทกไว้เหมือนเดิม

การเลือกวัสดุอีลาสโตเมอร์และความแข็ง

บล็อกยางหรือโพลียูรีเทนทำงานด้านวิศวกรรมมากกว่ารูปทรงที่เรียบง่ายที่แนะนำ และเกรดวัสดุที่เลือกจะเปลี่ยนวิธีการทำงานของข้อต่อรับน้ำหนักภายใต้ภาระ

ยางธรรมชาติช่วยลดแรงสั่นสะเทือนได้ดีและทำงานได้ดีในสภาวะเย็น แต่มีความต้านทานต่อน้ำมันและอุณหภูมิสูงได้จำกัด โพลียูรีเทนยอมลดแรงหน่วงเล็กน้อยเพื่อให้ได้แรงบิดที่สูงขึ้น ทนทานต่อการสึกหรอดีขึ้น และทนทานต่อน้ำมันได้ดีกว่ามาก ซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้โพลียูรีเทนมีอิทธิพลเหนือการใช้งานในอุตสาหกรรมทั่วไป อีลาสโตเมอร์ชนิดพิเศษ เช่น Hytrel ช่วยลดช่องว่าง โดยคงคุณสมบัติไว้ในช่วงอุณหภูมิที่กว้างกว่าสำหรับสภาพแวดล้อมที่มีความต้องการสูง

ภายในวัสดุใดก็ตาม ความแข็งเป็นตัวแปรที่ปรับแต่งประสิทธิภาพ คอมปาวน์ที่นิ่มกว่าจะโค้งงอได้ง่ายกว่าและการสั่นสะเทือนแบบชื้นได้ดีกว่า แต่ส่งแรงบิดได้น้อยกว่าก่อนที่จะเปลี่ยนรูปมากเกินไป สารประกอบที่แข็งกว่าจะมีแรงบิดมากกว่าและยึดเกาะได้แน่นกว่าภายใต้ภาระ โดยต้องแลกกับการดูดซับแรงกระแทกบางส่วน ผู้ผลิตให้คะแนนคุณสมบัตินี้โดยใช้ความแข็งของดูโรมิเตอร์ ซึ่งส่วนใหญ่มักจะอยู่ในระดับ Shore A ซึ่งทดสอบตาม มาตรฐาน ASTM ความแข็งของรอยเยื้องยาง . ชิ้นส่วนที่นุ่มกว่าในกลุ่มผลิตภัณฑ์ 80–85 Shore A เหมาะกับการใช้งานที่การรองรับแรงกระแทกมีความสำคัญมากที่สุด ในขณะที่ชิ้นส่วนที่แน่นกว่าในช่วง 95–98 Shore A เหมาะกับระบบขับเคลื่อนที่ต้องการความหนาแน่นของแรงบิดสูงกว่าและมีการโค้งงอน้อยกว่า

การชดเชยความเยื้องศูนย์และการหน่วงการสั่นสะเทือน

เพลาในโลกแห่งความเป็นจริงไม่เคยอยู่ในแนวเดียวกันอย่างสมบูรณ์ และข้อต่อแบบอีลาสโตเมอร์มีอยู่ส่วนใหญ่เพื่อทำให้ความไม่สมบูรณ์นั้นไม่เป็นอันตราย

• การวางแนวเชิงมุมไม่ตรง เกิดขึ้นเมื่อเส้นกึ่งกลางเพลาทั้งสองตัดกันเป็นมุมแทนที่จะวิ่งขนานกัน อีลาสโตเมอร์จะโค้งงอไม่สม่ำเสมอรอบๆ เส้นรอบวงเพื่อดูดซับสิ่งนี้ โดยไม่ส่งภาระการโค้งงอไปยังตลับลูกปืน
• การวางแนวแบบขนาน เกิดขึ้นเมื่อแกนเพลาขนานกันแต่ถูกเยื้องจากด้านหนึ่งไปอีกด้านหนึ่ง ชิ้นส่วนที่ยืดหยุ่นจะเฉือนเล็กน้อยเพื่อลดช่องว่าง
• การเคลื่อนที่ตามแนวแกน (ปลายลอย) เป็นผลมาจากการขยายตัวทางความร้อนหรือการเปลี่ยนแปลงระยะห่างของตลับลูกปืน การออกแบบอีลาสโตเมอร์ส่วนใหญ่ช่วยให้เกิดการลื่นในแนวแกนได้โดยไม่ต้องส่งแรงขับกลับผ่านระบบขับเคลื่อน

ประสิทธิภาพการทำให้หมาด ๆ มาจากความยืดหยุ่นที่เท่ากัน เมื่อแรงบิดผันผวน - จากเดือยในการสตาร์ทมอเตอร์, โหลดที่ไม่สม่ำเสมอบนสายพานลำเลียง หรือการโหลดแบบวนในปั๊มแบบลูกสูบ - อีลาสโตเมอร์จะยืดและคลายตัวเล็กน้อยแทนที่จะผ่านทุกจุดยอดโดยตรง ซึ่งช่วยลดการสั่นสะเทือนแบบบิดก่อนที่จะถึงแบริ่งและกระปุกเกียร์ ซึ่งเป็นเหตุผลหลักที่ข้อต่อแบบยืดหยุ่นมักจะมีอายุการใช้งานยาวนานกว่าการเชื่อมต่อแบบแข็งในการใช้งานที่มีการโหลดแบบแปรผัน

การเลือกข้อต่อยางที่เหมาะสม

การเลือกประเภทข้อต่อที่ไม่ถูกต้องเป็นสาเหตุของความล้มเหลวที่พบบ่อยกว่าการเลือกประเภทที่เล็กเกินไป ลำดับการตัดสินใจสั้นๆ ช่วยให้การเลือกมีพื้นฐานมาจากสภาพการทำงานจริง

1. คำนวณแรงบิดสูงสุด รวมถึงการสตาร์ทการไหลเข้าและการโหลดแรงกระแทกใดๆ และใช้ปัจจัยการบริการ (โดยทั่วไป 1.25–2.5) ที่เหมาะสมกับอุปกรณ์ขับเคลื่อน
2. ประเมินการจัดตำแหน่งที่ทำได้ หากการจัดตำแหน่งการติดตั้งจะเป็นไปโดยประมาณหรือเปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาผ่านไป ให้เลือกการออกแบบที่มีความสามารถในการวางตำแหน่งที่ไม่ตรง เช่น ข้อต่อยาง มากกว่าประเภทก้ามที่มีความทนทานที่แน่นกว่า
3. ชั่งน้ำหนักการสั่นสะเทือนและการกระแทก คอมเพรสเซอร์แบบลูกสูบ เครื่องย่อย และตัวขับเคลื่อนสายพานลำเลียงแบบสตาร์ท-สต็อปได้รับประโยชน์จากเกรดอีลาสโตเมอร์ที่นิ่มกว่าซึ่งให้ความสำคัญกับการหน่วง
4. ตรวจสอบสภาพแวดล้อมการทำงาน การสัมผัสกับน้ำมันเป็นผลดีต่อโพลียูรีเทนมากกว่ายางธรรมชาติ การแกว่งของอุณหภูมิในวงกว้างอาจต้องใช้สารประกอบพิเศษ
5. ยืนยันการเจาะ ความเร็ว และขนาดที่พอดี เทียบกับซองที่ได้รับการจัดอันดับของผู้ผลิตสำหรับตระกูลข้อต่อที่ได้รับการคัดเลือก

สำหรับการออกแบบอีลาสโตเมอร์แบบเคียงข้างกันที่กว้างขึ้นกับข้อต่อแบบแข็ง เกียร์ และไดอะแฟรม สิ่งนี้ คู่มือฉบับสมบูรณ์เกี่ยวกับประเภทข้อต่อเพลามอเตอร์ เดินผ่านแผนผังการตัดสินใจแบบเต็มโดยละเอียดมากขึ้น

สัญญาณการบำรุงรักษาและความล้มเหลว

ข้อต่ออีลาสโตเมอร์ส่วนใหญ่ไม่ต้องบำรุงรักษาเมื่อเทียบกับการออกแบบเฟืองหรือกริดแบบหล่อลื่น แต่ส่วนประกอบที่ยืดหยุ่นนั้นสึกหรอและสมควรได้รับความสนใจเป็นระยะ ในระหว่างการตรวจสอบตามปกติ ให้มองหาการแตกร้าวหรือการตรวจสอบบนพื้นผิวอีลาสโตเมอร์ การยืดตัวที่มองเห็นได้หรือการติดตั้งถาวรในสไปเดอร์ที่ถูกบีบอัด การสั่นหรือเสียงรบกวนที่เพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัดจากบริเวณข้อต่อ และการแข็งตัวหรือการเปลี่ยนสีใดๆ ที่บ่งบอกถึงการเสื่อมสภาพทางเคมีหรือความร้อน

ข้อดีของการออกแบบอีลาสโตเมอร์จะแสดงอยู่ที่นี่: บนข้อต่อขากรรไกร ยาง และข้อต่อแบบพินบุชส่วนใหญ่ องค์ประกอบที่ยืดหยุ่นสามารถเปลี่ยนได้โดยไม่รบกวนการวางแนวเพลาหรือดึงเครื่องจักรที่เชื่อมต่ออยู่ เปลี่ยนสิ่งที่จะเป็นการซ่อมแซมครั้งใหญ่ของข้อต่อประเภทอื่น ๆ ให้กลายเป็นการเปลี่ยนชิ้นส่วนตามปกติ สำรวจ การออกแบบข้อต่อแบบยืดหยุ่นเต็มรูปแบบ เพื่อเปรียบเทียบขนาดรู อัตราแรงบิด และวัสดุองค์ประกอบกับข้อกำหนดระบบขับเคลื่อนเฉพาะของคุณ