エラストマーカップリング: 仕組み、種類、選択ガイド

エラストマーカップリングとは

2 つのスチール製ジョーの間にポリウレタンのブロックを押し込み、それを一対のシャフトにボルトで固定すると、エラストマー カップリングの作動コアが完成します。設計は産業用としてはあまりにも単純すぎるように見えますが、これらのカップリングはポンプ、ファン、コンベア ドライブに数百ニュートン メートルのトルクを 24 時間常に伝えています。

エラストマーカップリングは、両端の金属製ハブと、その間に挟まれた非金属製の柔軟な要素 (通常はゴムまたはポリウレタン) を使用して 2 つの回転シャフトを接続します。エラストマーは 3 つの役割を同時に果たします。駆動シャフトから従動シャフトにトルクを伝達し、屈曲してシャフトの微量のずれを吸収し、ドライブトレインの振動や衝撃荷重を緩和します。この組み合わせが、汎用のモーターとポンプおよびモーターとファンの接続でエラストマー設計が主流となっている理由です。完璧なシャフトの位置合わせが現実的であることはほとんどなく、多少の寛容性が組み込まれていることでベアリングが節約されます。

エラストマーカップリングがトルクを伝達する仕組み

これらのカップリングでは、トルクは金属間の接触を通過せず、エラストマーを通過します。その経路により、このカテゴリーは 2 つのグループに分けられます。

圧縮負荷の設計 ジョーおよびスパイダー カップリングと同様に、各ハブの連動ラグの間に柔軟な要素を押し込みます。駆動ハブが回転すると、そのラグがスパイダーのローブを押し、スパイダーのローブが従動ハブのラグを押します。この要素は伸張またはせん断されることはなく、圧縮されるだけなので、応力がより広い表面に分散され、耐用年数が延びる傾向があります。

せん断荷重がかかる設計 ピンとブッシュやタイヤ形式のカップリングなどは、純粋な圧縮ではなく、ねじったり曲げたりする動きでエラストマーを動かします。この形状では、多くの場合、圧縮タイプと比較してピークトルク密度が若干低くなりますが、より大きなフレックスパスとより大きなミスアライメント許容量が可能になります。

ほとんどのエラストマー カップリングには安全マージンも組み込まれています。フレキシブル エレメントが磨耗したり故障したりした場合、多くの設計の金属ハブ機能が短時間機械的接触を行い、駆動力が突然失われるのではなく、制御されたシャットダウンに十分な時間、減少した容量でトルクを流し続けることができます。

一般的なエラストマーカップリングのタイプ

すべてのエラストマー カップリングが同じように見えるわけではなく、その違いが選択の際に重要になります。 3 つの設計で産業用途の大部分をカバーします。

• ジョーとスパイダーのカップリング 噛み合うジョーとその間の星型エラストマースパイダーを備えた 2 つのハブを使用します。コンパクトで整備が簡単で、どちらのシャフトも動かさずにスパイダーを交換でき、適度な角度や平行のずれも許容します。
• タイヤカップリング スパイダーを両方のハブに巻き付けられた完全なゴム製の「タイヤ」に置き換えます。より大きなフレックスボリュームにより、エラストマーファミリーの中で最も幅広いミスアライメント範囲が得られ、シャフト間の強力な電気的絶縁も実現します。これは迷走電流がベアリングを脅かす場合に重要です。
• 弾性ピン（ピンとブッシュ）カップリング ゴムブッシュにスリーブを付けた金属ピンを 2 つのカップリング フランジの穴に通します。スチールピンは純粋なエラストマー設計よりも多くの直接荷重に耐え、衝撃吸収性を維持しながらトルク容量を高めます。

エラストマーの材質と硬度の選択

ゴムまたはポリウレタンのブロックは、その単純な形状が示す以上に多くのエンジニアリング作業を行っており、選択された材料グレードによって荷重下でカップリングがどのように動作するかが変わります。

天然ゴムは強力な振動減衰を提供し、低温環境でも優れた性能を発揮しますが、油や高温に対する耐性は限られています。ポリウレタンは、若干の減衰と引き換えに、より高いトルク容量、より優れた耐摩耗性、およびはるかに優れた耐油性を実現するため、一般的な産業用途で主流となっています。 Hytrel などの特殊エラストマーはギャップを埋め、要求の厳しい環境でも幅広い温度範囲にわたって特性を保持します。

どのような材料においても、硬度は性能を調整する変数です。柔らかいコンパウンドはより容易に曲がり、振動をよりよく減衰しますが、過度に変形する前に伝達するトルクが少なくなります。より硬いコンパウンドは、ある程度の衝撃吸収性を犠牲にして、より多くのトルクを伝達し、荷重下でよりしっかりと保持します。メーカーは、デュロメータ硬度を使用してこの特性を等級付けします。ほとんどの場合、ショア A スケールでテストされ、次のようにテストされます。 ゴムの押し込み硬度に関する ASTM 規格 。ショア A 80 ～ 85 の柔らかいエレメントはクッション性が最も重要な用途に適しており、ショア A 95 ～ 98 付近の硬いエレメントは、より少ないフレックスでより高いトルク密度を必要とするドライブに適しています。

位置ずれ補正と振動減衰

現実世界のシャフトは決して完全に位置合わせされることはなく、エラストマー カップリングは主にその不完全性を無害にするために存在します。

• 角度ずれ 2 本のシャフトの中心線が平行ではなく、ある角度で交差する場合に発生します。エラストマーはその周囲で不均一に曲がり、曲げ荷重をベアリングに伝えることなくこれを吸収します。
• 平行ずれ シャフトの軸が平行のままであるが、左右にオフセットしている場合に発生します。柔軟な要素はわずかに剪断してギャップを埋めます。
• アキシャル（エンドフロート）動作 熱膨張やベアリングクリアランスの変化によって生じます。ほとんどのエラストマー設計では、スラスト荷重をドライブトレインに伝達することなく、ある程度の軸方向の滑りが許容されます。

ダンピング性能も同様の柔軟性から生まれます。モーターの始動スパイク、コンベアの不均等な負荷、往復ポンプの周期的な負荷などによってトルクが変動すると、エラストマーはすべてのピークをまっすぐに通過するのではなく、わずかに伸びたり緩んだりします。これにより、ねじり振動がベアリングやギアボックスに到達する前に平滑化されます。これが、負荷が変動する用途においてエラストマー カップリングが剛性接続よりも長持ちすることが多い主な理由です。

適切なエラストマーカップリングの選択

間違ったカップリング タイプを選択することは、単にサイズが小さいカップリング タイプを選択することよりも一般的な故障の原因です。短い決定シーケンスにより、実際の動作条件に基づいた選択が維持されます。

1. ピークトルクの計算 、始動突入および衝撃荷重を含み、被駆動装置に適切なサービス係数 (通常 1.25 ～ 2.5) を適用します。
2. 達成可能な調整を評価します。 取り付けのアライメントが近似したり、時間の経過とともにずれたりする場合は、公差の厳しいジョー タイプよりも、タイヤ カップリングなどの許容ミスアライメントを許容する設計を優先してください。
3. 振動と衝撃への曝露を測定します。 往復コンプレッサー、クラッシャー、およびアイドリングストップコンベアドライブは、減衰を優先する柔らかいエラストマーグレードの恩恵を受けます。
4. 動作環境を確認してください。 油にさらされると、天然ゴムよりもポリウレタンが有利になります。温度変動が大きい場合は、特殊な化合物が必要になる場合があります。
5. ボア、速度、サイズの適合性を確認する 候補リストに挙げられたカップリング ファミリのメーカーの定格エンベロープに対して。

リジッド、ギア、ダイアフラム カップリングに対してエラストマー設計をより広範に並べる場合、これは モーターシャフトカップリングタイプの完全ガイド 完全なディシジョン ツリーをさらに詳しく説明します。

メンテナンスと故障の兆候

エラストマーカップリングは、潤滑ギアやグリッド設計と比較してほとんどメンテナンスフリーですが、柔軟な要素は摩耗するため、定期的に注意する必要があります。定期検査では、エラストマー表面の亀裂やチェック、圧縮されたスパイダーでの目に見える伸びや永久歪み、カップリング領域からの振動や騒音の顕著な増加、化学的または熱による劣化を示唆する硬化や変色がないかどうかを確認します。

エラストマー設計の利点はここに現れています。ほとんどのジョー、タイヤ、およびピンブッシュ カップリングでは、シャフトのアライメントを乱したり、接続されている機械を引っ張ったりすることなく、フレキシブル エレメントを交換できるため、他のタイプのカップリングでは大規模な修理となる作業が日常的な部品交換に変わります。を探索してください あらゆる種類のフレキシブルカップリング設計 ボア サイズ、トルク定格、および要素の材質を特定のドライブ要件と比較します。