電動モーターのカップリング タイプ: 完全な選択ガイド

モーター駆動システムでカップリングの選択が重要な理由

すべての電気モーターのドライブトレインには、少なくとも 1 つのカップリング、つまりモーターの出力シャフトとモーターが回転するものとの間の機械的インターフェイスがあります。これは、産業機械において最も指定されているコンポーネントの 1 つですが、最も頻繁に指定されていないコンポーネントです。カップリングを正しく設定すると、カップリングは背景に消え、何年にもわたって確実にトルクを伝達します。考え方を間違えると、ベアリングの早期故障、シャフトの疲労、機械全体に伝わる振動、予期せぬダウンタイムなどの影響がすぐに現れます。

カップリングの選択が見かけよりも複雑である理由は、カップリングが複数のことを同時に実行する必要があるためです。トルクを伝達します。これらは、製造公差、熱膨張、負荷時のたわみから生じる、シャフト間の避けられない角度、平行、軸方向の位置ずれに対応します。また、タイプによっては、ねじり衝撃を緩和したり、下流の機器を過負荷から保護したり、バックラッシュをゼロに維持して精密な位置決めを行ったりすることもできます。単一のカップリング タイプでこれらすべてを同等に機能させることはできないため、利用可能な設計の範囲が非常に広いのです。

以下のセクションでは、電気モーター用途で使用される主なカップリング カテゴリ、それぞれの背後にある物理原理、および特定の駆動システムにどのタイプが属するかを決定する選択基準について説明します。

フレキシブル カップリング: 汎用主力製品

フレキシブルカップリングは、電気モーター用途で最も広く導入されているカップリングカテゴリです。それらの特徴は、フレキシブルな要素 (通常はエラストマー、スプリング、または薄い金属膜) の存在です。これにより、カップリングは、結果として生じる力をベアリングやシールに伝達することなく、シャフト間の位置ずれに対応できます。

ジョー（スパイダー）カップリング 最も一般的なフレキシブル カップリング設計の 1 つです。 2 つの金属ハブ (通常はアルミニウム合金またはスチール) が、その間にあるエラストマーのスパイダー エレメントと噛み合います。スパイダーは、衝撃荷重とわずかな角度および平行のミスアライメントを吸収しながら、圧縮を通じてトルクを伝達します。スパイダーの硬度は重要な選択変数です。柔らかいスパイダーはより多くの衝撃を吸収しますが、トルク容量は低くなり、持続的な過負荷によって損傷する可能性があります。硬いスパイダーはより高いトルクを処理しますが、より多くの振動を伝えます。ジョーカップリングは、ポンプ、コンベア、ファン、および一般産業用ドライブで広く使用されています。

タイヤ（タイヤ）カップリング 空気入りタイヤのような形状の連続エラストマー要素を使用します。タイヤエレメントの高い柔軟性により、ジョーカップリングよりも大きなミスアライメント、特に角度のミスアライメントに対応し、優れた防振効果を発揮します。メンテナンスフリーで潤滑も必要なく、ミスアライメントの補正が主な要件となる低速アプリケーションで使用されます。 弾性ピン（ピンブッシュ）カップリング ゴムまたはナイロンのブッシュが取り付けられたピンを介してトルクを伝達し、適度な柔軟性と優れた衝撃吸収性を提供し、シャフトのアライメントを乱すことなくエレメントを簡単に交換できるという利点も備えています。

ロカンさんの タイヤ、弾性ピン、および関連するエラストマー設計をカバーする柔軟なカップリングの範囲 このアプリケーション範囲全体にわたる汎用フレキシブルカップリング要件に対応します。

サーボ カップリング: モーション コントロール アプリケーション向けの精度

サーボ モーターのアプリケーション (CNC 工作機械、ロボット工学、半導体装置、精密テスト装置) には、汎用のフレキシブル カップリングでは満たせない要件が課せられます。主な要求はバックラッシをゼロにすることです。カップリングの角遊びは負荷の位置決め誤差に直接変換されます。 2 番目の要件は、ドライブトレイン内でスプリングとして機能するカップリングによってサーボ制御ループのダイナミクスが損なわれないように、高いねじり剛性です。同時に、カップリングは、モーターのベアリングに横荷重を与えることなく、実際の設置に固有のシャフトの位置ずれに対応する必要があります。

ダイヤフラムカップリング これらの要件は、薄く柔軟な金属ディスク (シングル) またはディスクのスタック (ダブル) によって満たされ、角度および軸方向のミスアライメントを吸収するためにたわみながら、高いねじり剛性でトルクを伝達します。シングルダイヤフラム設計は主に角度のずれに対応します。ダブルダイヤフラム設計は、角度オフセットと平行オフセットの両方を処理します。全金属構造は、磨耗や潤滑剤の使用がなく、時間の経過による性能低下がないことを意味します。これは、数百万サイクルにわたって一貫した動作が必要とされる精密用途では重要です。ロカンさんの CNC および精密ドライブ用途向けのサーボ モーター ダイヤフラム カップリング アルミニウム合金とスチール製で、シングルおよびダブルのダイアフラム構成があり、クランプと止めネジの両方のハブ取り付けオプションが付いています。

ジョー (スパイダー) サーボカップリング サーボ カテゴリでは、汎用の同等品よりも剛性の高いスパイダー エレメントと厳しい製造公差を使用し、軽度から中程度のサーボ デューティでほぼゼロのバックラッシュを実現します。 オルダムカップリング 2 つのハブとフローティング センター ディスクの 3 ピース設計を採用しており、十字キー上をスライドしてバックラッシュゼロで平行ずれに対応できるため、シャフト オフセットが主なずれタイプであるアプリケーションに特に適しています。 ビーム（ヘリカル）カップリング これらは、一体型の柔軟な要素を作成する螺旋状のカットを施したアルミニウムまたはステンレス鋼の単一片から機械加工されており、コンパクトでバックラッシュがなく、軽量サーボ、エンコーダ、および計装アプリケーションに適しています。 ベローズカップリング 波形金属ベローズ要素を使用することで、高いねじり剛性と優れた位置ずれへの対応力、およびバックラッシュゼロを実現し、サーボ カップリングの性能要件の上限をカバーします。ロカンさんの サーボおよびオートメーションシステム用に設計されたジョーおよびスパイダーカップリング ダイヤフラム、ビーム、オルダム、ベローズタイプと合わせてサーボカップリング製品を完成させます。

ギアカップリングおよび高速ダイヤフラムカップリング: 重荷重および高性能

産業用ドライブ、圧延機、クレーン、コンプレッサー、タービンなど、より高いトルクレベルとシャフトサイズでは、カップリングの要件は、ミスアライメントへの対応から、最大のトルク密度と持続的な重荷重下での信頼性の高い性能に移行します。

ギヤカップリング 内側ハブと外側ハブの歯の噛み合いを通じてトルクを伝達し、外側ハブのクラウン付き歯形により、全負荷容量を維持しながら角度と軸方向のずれを許容します。ドラム (クラウン) ギア カップリングは、標準的な重工業用設計です。フレキシブル カップリング タイプの中で最も高い直径あたりのトルク比を提供し、歯の噛み合わせ形状による角度変位と軸方向変位の両方に対応します。中間シャフトが必要な重負荷用途の場合、一体型ブレーキホイールまたはブレーキディスクを備えたギアカップリングは、トルク伝達とブレーキ機能を 1 つのコンポーネントに統合します。ロカンさんの 高負荷産業用駆動システム用のドラムギアカップリング 標準の GICL/GIICL シリーズのほか、クレーンやコンベア用途向けのブレーキ ホイールやブレーキ ディスクのバリエーションもカバーしています。

高速ダイヤフラムカップリング ねじり剛性、バックラッシュゼロ、メンテナンスフリー、10,000 rpm を超える速度での動作が可能です。これらのカップリングは、ギア カップリングの潤滑要件が受け入れられず、高速回転速度での動的バランスが重要な仕様であるターボ機械、コンプレッサー、発電機、および高速テスト スタンドで使用されます。の業界ガイダンスに記載されているように、 フレキシブル カップリングの設計と選択原則に関する Machine Design のリファレンス リソース 、ダイアフラムタイプやディスクタイプを含む全金属カップリングは、一般に、同等のトルク定格でエラストマー製の代替品よりも小さな外径と軽量を実現します。これは、慣性とバランスが重要な高速用途において重要な利点です。ロカンさんの 最大 10,000 rpm 以上の高速ダイヤフラム カップリング ターボ機械、発電、高速テストベンチのアプリケーション向けに設計されています。

サーペンタイン スプリング カップリングとチェーン カップリング: 高トルクの柔軟なソリューション

高トルク容量とともに、大幅な衝撃吸収とミスアライメント耐性が必要な用途（重量コンベア、鉱山機械、破砕機、大型ポンプドライブ）には、2 つのカップリング設計が特に適しています。

サーペンタインスプリングカップリング 2 つの対向するハブの歯の間に織り込まれた連続した S 字型の鋼製スプリング要素を介してトルクを伝達します。スプリングはトルク伝達要素と柔軟要素の両方として同時に機能し、優れた衝撃吸収性、高いトルク容量、角度、平行、軸方向のミスアライメントに対応する能力を提供します。エラストマーカップリングとは異なり、鋼製スプリング要素は温度や油や化学物質への曝露によって劣化しないため、蛇行スプリングカップリングは過酷な産業環境に最適です。また、トルク定格の割にコンパクトなので、スペースが限られている場合に有利です。ロカンさんの 高トルクおよび衝撃負荷の駆動用途向けのサーペンタイン スプリング カップリング 標準、クイックアセンブリ、ダブルフランジ、およびブレーキディスクのバリエーションが用意されています。

チェーンカップリング 2つのスプロケットハブを連結した2本撚りローラーチェーンを使用。取り付けとメンテナンスが簡単で、チェーンピッチ内のミスアライメントに耐性があり、比較的低コストで高トルクを伝達できます。主な制限は、定期的な潤滑が必要であり、高速用途には適していないことです。農業、鉱業、および一般産業環境における中速、高トルクのドライブにとって、チェーン カップリングは依然として実用的でコスト効率の高いソリューションです。