Kako izračunati krutost, silu centriranja, habanje i zamor materijala kod spojnica sa žljebovima

Postoje različite vrste spojnica sa žljebovima. Ove spojnice imaju nekoliko važnih svojstava. Ta svojstva su: krutost, evolventni žljebovi, neusklađenost, habanje i zamor materijala. Da biste razumjeli kako se ove karakteristike odnose na spojnice sa žljebovima, pročitajte ovaj članak. On će vam dati potrebno znanje da odredite koja vrsta spojnice najbolje odgovara vašim potrebama. Imajući na umu da su spojnice sa žljebovima obično sfernog oblika, izrađene su od čelika.

Evolventni utori

Efektivni uslov bočne interferencije minimizira neusklađenost zupčanika. Kada su dva žljeba spojena bez neusklađenosti žljeba, maksimalni zatezni napon u korijenu pomiče se ulijevo za pet mm. Linearna varijacija koraka, koja je rezultat višestrukih veza duž dužine kontakta žljeba, povećava efektivni zazor ili interferenciju za dati procenat. Ova vrsta neusklađenosti je nepoželjna za spajanje opreme velike brzine.
Evolventni žljebovi se često koriste u mjenjačima. Ovi žljebovi prenose veliki obrtni moment i bolje raspoređuju opterećenje između više zuba po obodu spojnice. Profil evolvente i greške u vođenju povezane su s razmakom između zuba žljebova i žljebova za klin. Za primjene spojnica, industrijska praksa koristi žljebove sa 25 do 50 posto zahvaćenih zuba žljebova. Ova raspodjela opterećenja je ravnomjernija nego kod konvencionalnih spojnica s jednim klinom.
Da bi odredili optimalno zahvatanje zuba za uključeno spajanje splajnom, Xiangzhen Xue i kolege koristili su računarski model za simulaciju naprezanja primijenjenog na splajnove. Rezultati ove studije pokazali su da bi se pri spajanju trebao koristiti "dozvoljeni" Ruizov parametar. Predviđanjem količine habanja na zaobljenom splajnu, istraživači su mogli precizno predvidjeti koliko će oštećenja komponente pretrpjeti tokom procesa spajanja.
Postoji nekoliko načina za određivanje optimalnog ugla pritiska za evolventni žljeb. Evolventni žljebovi se obično mjere pomoću ugla pritiska od 30 stepeni. Slično zupčanicima, evolventni žljebovi se obično testiraju mjerenjem preko klinova. To uključuje umetanje žica određene veličine između zuba zupčanika i mjerenje udaljenosti između njih. Ova metoda može utvrditi da li zupčanik ima odgovarajući profil zuba.
Sistem splineova prikazan na Slici 1 ilustruje model vibracija. Ova simulacija omogućava korisniku da shvati kako se evolventni splineovi koriste u sprezi. Model vibracija prikazuje četiri bloka koncentrirane mase koji predstavljaju primarni pokretač, unutrašnji spline i opterećenje. Važno je napomenuti da funkcija deformacije mreže predstavlja sile koje djeluju na ove tri komponente.

Krutost spojnice

Proračun krutosti spline spoja uključuje mjerenje njegovog zahvata zuba. U nastavku analiziramo krutost spline spoja s različitim vrstama zuba koristeći dvije različite metode. Direktna inverzija i blokovna inverzija smanjuju vrijeme CPU-a za proračun krutosti. Međutim, one zahtijevaju podmatrice evaluacije. Ovdje razmatramo razlike između ove dvije metode.
Analitički model za spline spojnice izveden je u drugom odjeljku. U trećem odjeljku detaljno je objašnjen proces proračuna. Zatim validiramo ovaj model u odnosu na FE metodu. Na kraju, razmatramo utjecaj nelinearnosti krutosti na dinamiku rotora. Konačno, razmatramo prednosti i nedostatke svake metode. Predstavljamo jednostavnu, ali efikasnu metodu za procjenu bočne krutosti spline spojnica.
Numerički proračun spline sprege zasniva se na poluanalitičkom modelu raspodjele opterećenja spline. Ova metoda uključuje profinjene kontaktne mreže i ažuriranje matrice usklađenosti u svakoj iteraciji. Stoga, troši značajno računarsko vrijeme. Nadalje, teško je primijeniti ovu metodu na dinamičku analizu rotora. Ova metoda ima svoja ograničenja i treba je koristiti samo kada je spline sprega u potpunosti istražena.
Sila zahvata je sila koju generira neusklađena spojnica sa žljebovima. Povezana je s debljinom žljebova i prijenosnim momentom rotora. Sila zahvata je također povezana s dinamičkim pomakom vibracija. Rezultat dobiven analizom sile zahvata prikazan je na slikama 7, 8 i 9.
Analiza predstavljena u ovom radu ima za cilj istraživanje krutosti spojeva sa neusklađenim spojem. Iako su rezultati prethodnih studija bili tačni, neki problemi su ostali. Na primjer, neusklađenost spoja može uzrokovati oštećenja kontakta. Cilj ovog članka je istražiti probleme povezane sa neusklađenim spojevima i predložiti analitički pristup za procjenu kontaktnog pritiska u spoju sa spojem. Također upoređujemo naše rezultate sa onima dobijenim čisto numeričkim pristupima.

Neusklađenost

Da bi se odredila sila centriranja, mora biti poznat efektivni ugao pritiska. Koristeći efektivni ugao pritiska, sila centriranja se izračunava na osnovu maksimalnih aksijalnih i radijalnih opterećenja i ažuriranih Dudleyjevih faktora neusklađenosti. Sila centriranja je maksimalna aksijalna sila koja se može prenijeti trenjem. U proračun je uključeno i nekoliko objavljenih faktora neusklađenosti. U ovom radu je predstavljena nova metoda koja uzima u obzir efekat bregastog vratila u normalnoj sili.
U ovoj novoj metodi, krutost duž klinastog spoja može se integrirati kako bi se dobila globalna krutost koja je primjenjiva na analizu torzijskih vibracija. Krutost ležajeva se također može izračunati pri datim nivoima neusklađenosti, što omogućava tačnu procjenu dimenzija ležaja. Preporučljivo je provjeravati krutost ležajeva u svakom trenutku kako bi se osiguralo da su pravilno dimenzionirani i poravnati.
Neusklađenost u spoju sa žljebovima može rezultirati habanjem ili čak kvarom. To je uzrokovano nepravilno poravnatim profilom koraka. Ovaj problem se često zanemaruje, jer su zubi u kontaktu po cijelom evolventnom profilu. Zbog toga opterećenje nije ravnomjerno raspoređeno duž kontaktne linije. Shodno tome, važno je uzeti u obzir utjecaj neusklađenosti na kontaktnu silu na zubima spoja sa žljebovima.
Središte muškog klina na Slici 2 je superponirano na ženski klin. Udaljenosti poravnanja mreže su također identične. Stoga će se krivulje sile mreže mijenjati u skladu s dinamičkim pomakom vibracija. Potrebno je znati parametre klinastog spoja prije njegove implementacije. U ovom radu predstavljen je model za neusklađenost za klinaste spojeve i povezane parametre.
Korištenjem samostalno izrađenog ispitnog uređaja za spojnice sa žljebovima, proučavaju se efekti neusklađenosti na spojnice sa žljebovima. Za razliku od tipične spojnice sa žljebovima, neusklađenost kod spojnice sa žljebovima uzrokuje habanje usljed trenja na određenoj poziciji na površini zuba. Ovo je vodeći uzrok kvara kod ovih vrsta spojnica.

Habanje i zamor zbog oštećenja

Kvar klinaste spojnice zbog habanja i zamora materijala određen je prvom pojavom habanja zuba i neusklađenosti vratila. Standardne metode projektovanja ne uzimaju u obzir oštećenja od habanja i procjenjuju vijek trajanja od zamora s velikim aproksimacijama. Eksperimentalna istraživanja su provedena za procjenu oštećenja od habanja i zamora kod klinastih spojnica. Ispitivanja su provedena na namjenskoj ispitnoj platformi i posebnom uređaju povezanom sa standardnom mašinom za mjerenje zamora materijala. Radni parametri kao što su obrtni moment, ugao neusklađenosti i aksijalna udaljenost su varirani kako bi se izmjerila oštećenja od zamora materijala. Također je procijenjeno i predimenzioniranje.
Tokom zamora i habanja, dolazi do mehaničkog klizanja između vanjskih i unutrašnjih žljebova, što rezultira katastrofalnim kvarom. Nedostatak literature o habanju i zamoru žljebova kod avio-motora može biti posljedica nedostatka podataka o primjeni spojnice. Habanje i zamor kod žljebova zavise od niza faktora, uključujući materijalni par, geometriju i uslove podmazivanja.
Analiza spojnica sa klinovima pokazuje da je predimenzioniranje uobičajeno i dovodi do različitih oštećenja u sistemu. Neka od glavnih oštećenja su habanje, trenje, korozija i zamor zuba. Problemi sa bukom su također uočeni u industrijskim okruženjima. Međutim, teško je procijeniti kontaktno ponašanje spojnica sa klinovima, a numeričke simulacije su često otežane korištenjem specifičnih kodova i metode graničnih elemenata.
Kvar spojnice zupčanika sa klinastim profilom uzrokovan je zamorom materijala, a lom je započeo na donjem radijusu ugla žlijeba za klin. Žlijeb i žljebovi su bili preopterećeni preko granice tečenja, te je uočeno značajno tečenje u zubima zupčanika sa klinastim profilom. Prsten loma od nestandardnog legiranog čelika pokazao je oštar radijus ugla, što je bio značajan faktor povećanja napona.
Proučeno je nekoliko komponenti kako bi se odredio njihov vijek trajanja. Ove komponente uključuju osovinu s klinovima, zaptivni vijak i grafitni prsten. Svaka od ovih komponenti ima svoj vlastiti skup parametara dizajna. Međutim, postoje sličnosti u raspodjeli ovih komponenti. Habanje i zamor spojnica s klinovima mogu se pripisati kombinaciji tri faktora. Način otkazivanja se često definira kao nelinearna raspodjela napona i deformacija.

urednik CX 23.10.2023.