トルク伝達: 回転動力を駆動モーターからカウンターシャフトに伝達し、カウンターシャフトがピニオンギアと偏心ブッシングを駆動して、最終的に破砕動作を駆動します。
ずれ補正: カウンターシャフトとドライブシャフト間の軸方向、半径方向、または角度のわずかなずれ(通常、軸方向 ≤0.5 んん、半径方向 ≤0.1 んん、角度 ≤1°)を吸収し、ベアリングとシャフトにかかるストレスを軽減します。
振動減衰: 急激な負荷変化(例:硬い材料を粉砕する場合)時に発生する衝撃や振動を吸収し、モーターやギアなどの精密部品を損傷から守ります。
過負荷保護一部の設計には、極度の過負荷時に故障するせん断ピンまたは摩擦ディスクが含まれており、駆動システムへの壊滅的な損傷を防止します。
カップリングハブ: 2つの円筒形のハブ(入力側と出力側)で、内径がカウンターシャフトとドライブシャフトに取り付けられます。ハブは高強度鋳鋼(例:ZG35CrMo)または鍛造鋼で作られることが多く、トルク伝達用のキー溝またはスプラインが設けられています。
フレキシブルエレメント: 次のような、ずれを許容しながら 2 つのハブを接続するコンポーネント:
ゴムまたはエラストマーディスク: 金属プレートに接着された弾性ディスクにより、柔軟性と振動減衰が実現します。
ギアの歯: 一方のハブの外歯または内歯ギアが、もう一方のハブの対応するギアとかみ合い(ギア型カップリング)、角度のずれを許容します。
ピンとブッシング: 片方のハブにスチール製のピンが取り付けられ、もう一方のハブのブッシングにフィットします。ブッシングは低摩擦のために青銅またはポリマーで作られています。
フランジプレート: ハブにボルトで固定された金属板がフレキシブルエレメントを固定します。フランジには均等間隔でボルト穴が開けられており、組み立て時に均一な荷重分散が確保されます。
ファスナー: ハブとフレキシブル エレメントを固定する高強度ボルト (グレード 8.8 または 10.9 など) とナット。緩みを防ぐためにロック ワッシャーまたはねじロック接着剤を使用します。
せん断ピン穴(オプション): 過度のトルクによって破損するせん断ピン用の放射状の穴。駆動システムを保護する安全機構として機能します。
材料の選択:
高強度鋳鋼(ZG35CrMo)は、引張強度700MPa以上、降伏強度500MPa以上、衝撃靭性35J/cm²以上という優れた機械的特性を備えているため、好まれています。鋳造性と機械加工性に優れ、トルク伝達に適しています。
パターンメイキング:
木材、フォーム、または3Dプリント樹脂を用いて、ハブの外径、内径、キー溝、フランジ、ボルト穴を再現した精密なパターンを作成します。収縮許容値(1.5~2%)が加えられ、厚肉部(フランジ根元など)にはより大きな許容値が設定されます。
パターンには内部の穴とキー溝を形成するためのコアが含まれており、寸法精度を保証します。
成形:
ハブの形状を形成するために、樹脂結合砂型を準備し、パターンと中子を配置します。鋳型のキャビティには、表面仕上げを向上させ、砂の混入を防ぐため、耐火性ワッシュ(アルミナ系)を塗布します。
溶かして注ぐ:
鋳鋼は電気炉で1520~1560℃で溶解され、強度と靭性のバランスをとるために化学成分がC 0.32~0.40%、Cr 0.8~1.1%、モ 0.15~0.25%に制御されます。
鋳込みは、取鍋を使用して 1480 ~ 1520°C で実行され、特にキー溝などの複雑な部分では、乱流を避けて鋳型への完全な充填を確実にするために一定の流量が保たれます。
冷却とシェイクアウト:
鋳物は熱応力を最小限に抑えるため、鋳型内で48~72時間冷却され、その後振動によって除去されます。残留砂はショットブラスト(G25鋼グリット)で除去され、表面粗さはRa25~50μmとなります。
熱処理:
焼準(850~900℃、空冷)により結晶構造が微細化され、続いて焼戻し(600~650℃)により硬度が180~230 HBWに低下し、加工性が向上します。
ハブ加工:
荒加工鋳造ハブをCNC旋盤に取り付け、外径、フランジ面、内径を2~3mmの仕上げ代を残して加工します。キー溝はCNCフライス盤で荒加工します。
仕上げ加工内径はホーニング加工により、寸法公差H7(シャフトとのすきまばめ)と表面粗さRa0.8μmを実現しています。キー溝またはスプラインはDIN 6885規格に準拠した仕上げ加工が施されており、シャフトキーとの正確な嵌合を保証します。
フレキシブルエレメント製造:
ゴム/エラストマー要素の場合: エラストマー化合物 (ニトリルゴム、ポリウレタンなど) を金属インサート付きのディスクに成形し、150 ~ 180°C で 10 ~ 20 分間硬化させてショア硬度 60 ~ 80 A を実現します。
ギアタイプの要素の場合: ギアの歯は、CNC ギアホブ盤を使用して 3 ~ 8 の係数と 20 度の圧力角で 1 つのハブに切削され、対応するハブとの互換性が確保されます。
フランジプレート加工:
フランジプレートは、鋼板(例:Q355B)からレーザー切断機で切断され、CNCドリルマシンでボルト穴(位置公差±0.1 んん)が開けられます。ハブとの密着性を高めるため、接合面は平坦度(≤0.05 んん/m)に研磨されます。
組み立て:
フレキシブル エレメントは 2 つのハブの間に挟まれ、フランジ プレートは高強度ボルト (グレード 8.8) を使用してボルト締めされ、指定されたトルク (通常 200~500 N·m) で締め付けられます。
せん断ピンの設計では、ピン(45#鋼製、HRC 30~35に熱処理済み)が事前に開けられた穴に挿入され、トルクパス内で最も弱いリンクとなることが保証されます。
表面処理:
ハブとフランジプレートは、耐腐食性を高めるため、エポキシ塗料または亜鉛メッキ(厚さ5~8μm)でコーティングされています。機械加工されたボア面には、取り付けを容易にするため、固着防止剤が塗布されています。
材料試験:
化学組成分析(分光分析)により、ハブ材料が基準を満たしていることが確認されます(例:ZG35CrMo:C 0.32~0.40%)。
ハブサンプルの引張試験により、引張強度 ≥ 700 MPa、伸び ≥ 12% であることが確認されました。
寸法精度チェック:
座標測定機 (CMM) は、ハブの寸法、ボア径 (H7 公差)、キー溝の深さ/幅 (±0.05 んん)、フランジの平坦度を検査します。
ボルト穴の位置は、ハブとフランジ間の位置合わせを確実にするために、固定具ゲージでチェックされます。
機械的特性試験:
硬度試験 (ブリネル) により、ハブの硬度が 180~230 HBW であることを確認します。ギアの歯 (該当する場合) は HRC 50~55 に誘導硬化され、ロックウェル試験で検証されます。
ねじり試験では、カップリングを定格トルクの 120% に 10 分間さらしますが、永久変形や亀裂は許可されません。
非破壊検査(非破壊検査):
磁性粒子試験 (MPT) では、ハブのキー溝とフランジの根元にある表面の亀裂を検出します。長さが 0.3 んん を超える欠陥は不合格となります。
超音波検査 (ユタ州) は、ハブ本体の荷重支持領域における内部欠陥 (収縮孔など) を検査します。
機能テスト:
ミスアライメントテスト: カップリングは、最大許容ミスアライメントで定格速度で動作し、振動レベル (加速度計で測定) は ≤5 んん/s に制限されます。
過負荷テスト: せん断ピン設計の場合、カップリングに定格トルクの 150% がかけられ、ハブまたはシャフトが損傷する前にせん断ピンが破損することを確認します。