โอลด์แฮม ข้อต่อ

คู่มือวิศวกรรม

ทำความเข้าใจเกี่ยวกับการออกแบบข้อต่อแบบ Oldham: การเลือกใช้ ประสิทธิภาพ และการใช้งาน

สถาปัตยกรรมสามชิ้น

ข้อต่อแบบโอลด์แฮม (Oldham coupling) ได้ชื่อมาจากจอห์น โอลด์แฮม ผู้จดสิทธิบัตรกลไกแผ่นเลื่อนสามชิ้นในปี 1821 เพื่อส่งผ่านการเคลื่อนที่แบบหมุนระหว่างเพลาคู่ขนานแต่เยื้องศูนย์ การออกแบบนี้ยังคงไม่เปลี่ยนแปลงโดยพื้นฐาน เนื่องจากสามารถแก้ปัญหาทางกลที่สำคัญมาอย่างยาวนานได้อย่างงดงาม นั่นคือ วิธีการเชื่อมต่อเพลาสองอันที่ไม่อยู่ในแนวเดียวกันโดยไม่ก่อให้เกิดโมเมนต์ดัดที่ทำให้ตลับลูกปืนเสียหาย

ชุดประกอบนี้ประกอบด้วยดุมด้านนอกสองอันและแผ่นดิสก์ตรงกลาง ดุมแต่ละอันมีลิ้นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าที่กลึงตั้งฉากกับหน้าของมัน แผ่นดิสก์ตรงกลางมีร่องสองร่องที่ทำมุม 90° ต่อกัน โดยอยู่บนแต่ละด้าน ลิ้นของดุม A เลื่อนไปในร่องหนึ่งของแผ่นดิสก์ ส่วนลิ้นของดุม B เลื่อนไปในร่องตรงข้าม การจัดเรียงนี้ทำให้มั่นใจได้ว่าไม่ว่าระยะห่างด้านข้างระหว่างเส้นศูนย์กลางของเพลาทั้งสองจะเป็นเท่าใด แผ่นดิสก์ตรงกลางจะส่งแรงบิดเต็มที่ในขณะที่เลื่อนไปในแนวรัศมีเพื่อดูดซับความคลาดเคลื่อนนั้น — โดยไม่ก่อให้เกิดแรงปฏิกิริยาตามแนวแกนบนเพลาใดๆ

การเลือกวัสดุเพื่อประสิทธิภาพของจานกลาง

แผ่นดิสก์ตรงกลางเป็นชิ้นส่วนสึกหรอที่ต้องเปลี่ยนในข้อต่อแบบโอลด์แฮม และการเลือกวัสดุมีผลโดยตรงต่อความสามารถในการรับแรงบิด อายุการใช้งาน ความเร็วในการทำงาน และระดับเสียงของระบบ

ไนลอน PA66 เป็นวัสดุแผ่นดิสก์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดสำหรับการใช้งานมอเตอร์เซอร์โวและมอเตอร์สเต็ปเปอร์มาตรฐาน มีคุณสมบัติที่สมดุลระหว่างความแข็งแรงดึง ความแข็งของพื้นผิว และคุณสมบัติการหล่อลื่นในตัว การสัมผัสแบบเลื่อนระหว่างลิ้นดุมอลูมิเนียมและร่องไนลอนทำให้เกิดแรงเสียดทานต่ำและอัตราการสึกหรอที่ยอมรับได้ที่ความเร็วเซอร์โวทั่วไป 1,000 ถึง 3,000 รอบต่อนาที

POM (โพลีออกซีเมทิลีน / เดลริน) provides higher dimensional stability than nylon, lower moisture absorption, and improved surface finish. These properties make POM the preferred disc material in semiconductor and optical equipment where dimensional consistency across temperature cycles is critical. POM discs also exhibit better chemical resistance against cutting fluids and cleanroom solvents.

Polyurethane (PU) discs are specified where torque peaks and vibration damping are priorities rather than maximum speed. PU material absorbs shock loads and reduces transmission of rotational vibration, making it effective in packaging lines with cyclic indexing loads. The trade-off is higher sliding friction compared to nylon, so PU discs are not recommended above 3,000 rpm without specific verification.

Hub Material and Surface Treatment

Hub bodies are machined from 6061 aluminium alloy as standard. The alloy offers an excellent strength-to-weight ratio, high machinability for tight bore tolerances, and natural corrosion resistance. Black anodising provides additional surface hardness and a professional finish that prevents galvanic wear at the tongue contact faces. For applications in wet, hygienic, or chemically aggressive environments, SS304 stainless steel hubs are available at a material premium.

Selecting Bore and Fixation Method

Both set screw and clamping hub designs are offered across the product range. Set screw fixation uses one or two radial grub screws that bear against the shaft surface or a flat machined on the shaft. This provides adequate holding torque for light and medium duty cycles and is the lower-cost option for high-volume machine builds. However, repeated assembly and disassembly of set screw hubs can damage shaft surfaces over time.

Clamp-style hubs use a split bore and a tangential bolt to generate uniform radial clamping force around the shaft circumference. This method causes no localised stress concentration and preserves shaft surface integrity through many assembly cycles. Clamp hubs are the preferred choice for servo motor output shafts where shaft surface condition must be maintained for warranty compliance.

Bore diameters are available in standard metric and inch sizes. Custom bores and keyways are machined to order when standard dimensions do not match a specific shaft specification.

Coupling Selection Procedure

Correct Oldham coupling selection involves four key parameters: required torque capacity, shaft bore diameters, maximum operating speed, and radial misalignment. Begin by calculating the peak torque, including application service factors for start-stop cycles, load reversals, and shock loads. Choose a coupling series whose rated torque exceeds this figure by at least 20% as a safety margin.

Verify that the bore size range of the selected series accommodates both shaft diameters — they do not need to be equal. Check the operating speed against the maximum rpm rating of the series and disc material combination. Finally, measure or estimate the expected shaft-to-shaft parallel offset in the assembled machine and verify it sits within the ±0.5 mm to ±1.5 mm range depending on coupling size.

If your application parameters are at the boundary of a series rating, contact our technical team at [email protected] with your drive data. We will assess the duty cycle and recommend the most appropriate configuration, including disc material and fixation method.

Installation and Alignment Best Practices

An Oldham coupling tolerates misalignment, but the installation should still aim to minimise offset to preserve disc life. Use a dial gauge or laser alignment tool to bring shaft centres as close as practical — residual misalignment below 0.3 mm produces negligible disc wear and is entirely acceptable. Excessive deliberate misalignment beyond rated values will reduce disc service life proportionally and may introduce rotational torque ripple in precision servo axes.

Tighten set screws to the manufacturer torque specification and verify that both hubs are positioned so that the disc can be removed axially without disturbing either shaft mounting. This preserves the quick-change maintenance advantage that the Oldham design provides.

For further guidance on installation and maintenance, our technical team is available through the contact page. technical documentation models in dimensional are provided with all orders to facilitate digital verification in your machine assembly environment.