Detalhes das inserções de elastómero para acoplamentos

Os acoplamentos de elastómeros são um tipo de acoplamento de veios. Transferem o binário entre dois veios e realizam tarefas como a transmissão de potência, a compensação de erros de alinhamento, mas também o amortecimento de choques e vibrações. Os acoplamentos de elastómeros garantem uma transmissão de potência ótima através da utilização de vários materiais e também com base nas suas propriedades e forma. As propriedades do respetivo acoplamento de elastómero impedem simultaneamente que as vibrações do veio de acionamento sejam transmitidas ao veio acoplado. O artigo seguinte discute quais são as propriedades, como é determinada a dureza dos elastómeros e que exemplos de aplicação existem.

Termos: Acoplamento da garra e acoplamento da garra de elastómero

Os acoplamentos de garra são acoplamentos de encravamento cuja função é transferir o binário entre dois veios. Os acoplamentos da garra não são rígidos. Dependendo do seu design, é possível compensar erros angulares, bem como erros radiais e axiais, garantindo simultaneamente uma transmissão de potência elevada e precisa. A sua construção básica consiste em dois cubos metálicos que se encaixam uns nos outros como garras e, assim, transferem um binário de forma interligada. No que diz respeito ao amortecimento de vibrações e capacidade de carga, as caraterísticas dos acoplamentos de garra podem ser influenciadas por diferentes amortecedores. Em acoplamentos de elastómero, estas barreiras são feitas de elastómero.

Os acoplamentos de garra de elastómero utilizam um elemento de compensação chamado que transfere o torque de forma elástica rotacional e com amortecimento da vibração (para obter mais detalhes sobre a transmissão do torque, consulte Transmissão de movimentos rotacionais – Noções básicas sobre acoplamentos). Em aplicações particularmente de alto impacto e alta vibração, o elemento pode ter um impacto significativo na vida útil de todo o sistema. O elemento de compensação ou a inserção de acoplamento influencia significativamente as propriedades da transmissão ou do acoplamento. Regra geral, uma pré-carga compressiva atua no elemento que garante a folga da embraiagem. As inserções de acoplamento elastómero podem ter várias formas, por exemplo, estrelas elastoméricas ou anéis elastoméricas ou discos cruzados.

As inserções de elastómero também têm de ser substituídas como peças sobressalentes ou se estiverem gastas. A figura seguinte mostra um exemplo de como um acoplamento de garra pode ser construído e como a inserção de acoplamento correspondente é montada:

Outros acoplamentos com inserções de elastómero

Para além dos acoplamentos de garra, as pastilhas de elastómero são também utilizadas noutros tipos de acoplamentos, como os acoplamentos Oldham e os acoplamentos de disco de mola. Para uma visão geral detalhada dos tipos de acoplamento comuns, consulte o nosso artigo Acoplamentos do eixo – Noções básicas e áreas de aplicação.

Semelhante aos acoplamentos de garra, o acoplamento Oldham também depende de dois cubos. Uma anilha que encaixa nas ranhuras dos cubos é colocada entre os cubos. O disco cruzado elástico permite que o acoplamento se mova lateralmente, permitindo que seja usado em aplicações com desvio radial. Uma aplicação para um acoplamento Oldham com inserção de elastómero seria, por exemplo, uma bancada de teste do motor:

• (1) Mesa de posicionamento Eixo X
• (2) Estação de ensaio de desempenho
• (3) Acoplamento do eixo
• (4) Suportes, em forma de L

Num acoplamento de disco, os cubos são dentados e ligados a uma roda dentada elástica. Isto amortece e compensa erros de alinhamento. São adequados para cargas dinâmicas.

A loja MISUMI dispõe de inúmeros acoplamentos de eixo, tais como acoplamentos de ranhura, acoplamentos de disco (servo-acoplamentos), acoplamentos Oldham ou acoplamentos de garra. Se estiver à procura de informações sobre o cálculo de caixas de velocidades neste contexto, o nosso artigo "Calcular várias caixas de velocidades" irá ajudá-lo.

Outras propriedades dos encaixes de elastómero

As pastilhas de acoplamento do elastómero não só têm propriedades de amortecimento, como também proporcionam alguma flexibilidade e resistência. Esta flexibilidade permite compensação de desvio entre ambos os eixos para desvios radiais, axiais ou angulares. Pequenas imprecisões são compensadas pela inserção de elastómero sem afetar a transmissão de energia. De um modo geral, as inserções de elastómero protegem diretamente os componentes ligados contra cargas não uniformes e prolongam a vida útil de todo o sistema.

Mas a flexibilidade também tem os seus limites: a probabilidade é alta de que picos de torque extremos façam com que a inserção de elastómero falhe. No entanto, isto pode certamente ter um efeito positivo: esta proteção contra sobrecarga evita danos adicionais a outros componentes em tempo útil, primeiro fazendo com que o acoplamento falhe, quebrando assim a ligação. Esta propriedade é explorada por acoplamentos à prova de falhas ou de sobrecarga.

Materiais adequados para inserções de elastómero

As inserções de acoplamento de precisão são normalmente feitas de poliuretano termoplástico (abreviatura: TPU), um material termicamente estável num intervalo de temperatura de -30 °C a +120 °C. O material HYTREL também pode ser usado porque tem uma estrutura especial e é usado principalmente para aplicações com temperaturas extremas. Outros materiais podem incluir:

• Borracha nitrílica (NBR): Este material é particularmente resistente a óleos e massas lubrificantes. A utilização em caixas de velocidades ou bombas é, portanto, óbvia. No entanto, a borracha de nitrilo é sensível à temperatura e pode tornar-se quebradiça e endurecer para além dos 100 °C. A borracha de nitrilo hidrogenada (HNBR), que tem maior resistência à temperatura, está disponível como um avanço adicional. No entanto, não tem a mesma elasticidade que a NBR.
• Borracha de dieno de etileno propileno (EPDM): O EPDM tem uma elevada resistência à radiação UV, temperaturas elevadas e ozono e é adequado para aplicações exteriores ou sistemas AVAC. No entanto, não pode ser utilizado em ambientes que utilizem óleos ou massas lubrificantes.
• Borracha de silicone (SI): O silicone tem resistência a altas temperaturas (até 180 °C), mas baixa resistência à abrasão e resistência a óleos, ácidos, etc. Por conseguinte, é apenas adequado a uma extensão limitada em ambientes industriais.

Por fim, como é habitual, a escolha do material adequado depende da aplicação específica. O intervalo de temperatura, a resistência química e a capacidade de suporte de carga mecânica são certamente os critérios de seleção mais importantes. No entanto, o poliuretano é considerado uma boa solução para fins gerais.

Dureza da costa em ligação com as inserções de acoplamento de elastómero

A dureza da costa é geralmente um critério importante para selecionar inserções de acoplamento de elastómero. A dureza de Shore influencia diretamente a rigidez e as propriedades de amortecimento do elastómero e do acoplamento como um todo. Quanto maior for a dureza de Shore, mais duro será o elastómero. Consequentemente, permite menos deformação, como resultado do que o próprio acoplamento se torna mais rígido e o torque pode ser transferido com mais precisão. No entanto, isso também reduz as propriedades de amortecimento. Deve ser utilizado um elastómero mais suave com baixa dureza de Shore se o amortecimento da vibração e a absorção do choque forem critérios chave.

A dureza de Shore de materiais elásticos, como plástico ou borracha, pode ser classificada utilizando métodos de teste de dureza. Todos os métodos têm em comum que um objeco estranho é introduzido numa amostra de teste com uma força definida, seguida pela medição da profundidade de penetração. São utilizadas várias escalas, dependendo da dureza do material em teste. A dureza de Shore A e a dureza de Shore D são relevantes para os elastómeros. O método Shore-A baseia-se na introdução de uma esfera ou ponta plana com um diâmetro de 0,79 mm como objeto estranho. É utilizado para elastómeros mais macios. Para elastómeros mais duros, aplica-se a escala Shore-D e um objeto estranho com uma pirâmide de bordos afiados é introduzido como ponta.

Encontre mais informações sobre a dureza dos materiais no nosso artigo sobre níveis de dureza e testes de dureza.

Várias durezas de Shore para elastómeros em geral

As inserções de acoplamento do elastómero podem ser classificadas de acordo com o seu grau de dureza da seguinte forma:

• Grau médio de dureza: Tipo A
• Grau baixo de dureza: Tipo C
• Grau alto de dureza: Tipo B, D e E

A MISUMI dispõe de estrelas de elastómero ou anéis de elastómero em diferentes durezas:

• A = Dureza de Shore 98 Sh A
• B = Dureza de Shore 64 Sh D
• C = Dureza de Shore 80 Sh A
• D = Dureza de Shore 65 Sh D
• E = Dureza de Shore 64 Sh D

Tipo A

Os encaixes de elastómero tipo A são os encaixes de elastómero mais utilizados. Têm um nível de dureza de 98 Sh A e uma boa combinação de absorção de vibrações e capacidade de carga.

Tipo C

O tipo C é o tipo de elastómero mais suave com uma dureza de 80 Sh A. Este tipo tem as melhores propriedades de amortecimento.

Tipo B, D e E

Os tipos B, D e E são o grupo mais duro de chumbadores de elastómero com uma dureza em terra de 64-65 Sh D. Têm uma rigidez de torção relativamente elevada, mas uma potência de amortecimento bastante baixa.