China wholesaler Suj2 Bearing Steel Material Hardness Chrome Plated 3D Printer Spline Shaft drive shaft carrier bearing

Analytiske tilgange til estimering af kontakttryk i splinekoblinger

En splinekobling er en type mekanisk forbindelse mellem to roterende aksler. Den består af to dele – en kobling og en kobling. Begge dele har tænder, der griber ind og overfører belastninger. Splinekoblinger er dog typisk overdimensionerede, hvilket gør dem modtagelige for træthed og statisk adfærd. Slidfænomener kan også forårsage, at koblingen svigter. Af denne grund er korrekt design af splinekoblinger afgørende for at opnå optimal ydeevne.

Modellering af en spline-kobling

Splinekoblinger bliver mere og mere populære i luftfartsindustrien, men de fungerer i en lidt skævt justeret tilstand, hvilket forårsager både vibrationer og beskadigelse af kontaktfladerne. For at løse dette problem tilbyder denne artikel analytiske tilgange til estimering af kontakttrykkene i en splinekobling. Specifikt sammenligner denne artikel analytiske tilgange med rene numeriske tilgange for at demonstrere fordelene ved en analytisk tilgang.
For at modellere en spline-kobling skal du først oprette en vidensbase for spline-koblingen. Vidensbasen indeholder et stort antal mulige specifikationsværdier, som er relateret til hinanden. Hvis du ændrer én specifikation, kan det føre til en advarsel om overtrædelse af en anden. For at gøre designet gyldigt skal du oprette en spline-koblingsmodel, der opfylder de angivne specifikationsværdier.
Når du har modelleret geometrien, skal du indtaste kontakttrykkene for de to splinekoblinger. Derefter skal du bestemme positionen af ​​splinekoblingens stigningscirkel. I figur 2 er midten af ​​hankoblingen overlejret midten af ​​hunsplinen. Derefter skal du sørge for, at justeringsindgrebsafstanden for de to splines er den samme.
Når du har de data, du skal bruge til at oprette en spline-koblingsmodel, kan du begynde med at indtaste specifikationerne for grænsefladedesignet. Når du har disse data, skal du vælge, om du vil optimere den interne spline eller den eksterne spline. Du skal også angive tandfriktionskoefficienten, som bruges til at bestemme spændingerne i spline-koblingsmodellen 20. Du skal også indtaste pilotfrigangen, som er frigangen mellem spidsen 186 af en tand 32 på den ene spline og funktionen på den modstående spline.
Når du har indtastet de ønskede specifikationer for den eksterne spline, kan du indtaste parametrene for den interne spline. For eksempel kan du indtaste den ydre diametergrænse 154 for det store snap 54 og det lille snap 56 for den interne spline. Værdierne for disse parametre vises i farvekodede bokse på Spline Inputs and Configuration GUI-skærmen 80. Når parametrene er indtastet, vil du blive præsenteret for en geometrisk repræsentation af spline-koblingsmodellen 20.

Oprettelse af en splinekoblingsmodel 20

Spline-koblingsmodellen 20 oprettes af et produktmodel-softwareprogram 10. Softwaren validerer spline-koblingsmodellen i forhold til en vidensbase af konfigurationsafhængige specifikationsbegrænsninger og relationer. Denne rapport sendes derefter til ANSYS stressanalysatorprogrammet. Den viser spline-koblingsmodellen 20's geometriske konfigurationer og specifikationsværdier for hver funktion. Spline-koblingsmodellen 20 genskabes automatisk, hver gang konfigurations- eller ydeevnespecifikationerne for spline-koblingsmodellen 20 ændres.
Splinekoblingsmodellen 20 kan konfigureres ved hjælp af produktmodelsoftwareprogrammet 10. En bruger specificerer den aksiale længde af splinestakken, som kan være nul eller en fast længde. Brugeren indtaster også en radial modflade 148, hvis der er en, og vælger en specifikationsværdi for pilotfrigang på 14,5 grader eller 30 grader.
En bruger kan derefter bruge musen 110 til at ændre spline-koblingsmodellen 20. Vidensbasen for spline-kobling indeholder et stort antal mulige specifikationsværdier og spline-koblingsdesignreglen. Hvis brugeren forsøger at ændre en spline-koblingsmodel, viser modellen en advarsel om en overtrædelse af en anden specifikation. I nogle tilfælde kan ændringen ugyldiggøre designet.
I splinekoblingsmodellen 20 indtaster brugeren yderligere specifikationer for ydeevnekrav. Brugeren vælger de steder, hvor det maksimale moment overføres for de interne og eksterne splines 38 og 40. Placeringen for den maksimale momentoverførsel bestemmes af hardwarens fastgørelseskonfiguration til akslerne. Når dette er valgt, kan brugeren klikke på "Næste" for at gemme modellen. Der vises et eksempel på splinekoblingsmodellen 20.
Modellen 20 er en repræsentation af en spline-kobling. Spline-specifikationerne indtastes i den rækkefølge og placering, der er angivet på GUI-skærmen til spline-koblingsmodellen 20. Når spline-koblingsspecifikationerne er indtastet, vil produktmodel-softwareprogrammet 10 inkorporere dem i spline-koblingsmodellen 20. Dette er det sidste trin i oprettelsen af ​​spline-koblingsmodellen.

Analyse af en spline-koblingsmodel 20

En analyse af en spline-koblingsmodel består i at indtaste dens konfigurations- og ydeevnespecifikationer. Disse specifikationer kan genereres fra et andet computerprogram. Produktmodel-softwareprogrammet 10 bruger derefter sin interne vidensbase af konfigurationsafhængige specifikationsrelationer og begrænsninger til at oprette en gyldig tredimensionel parametrisk model 20. Denne model indeholder information, der beskriver antallet og typerne af spline-tænder 32, snaps 34 og skulder 36.
Når du analyserer en spline-kobling, vil softwareprogrammet 10 inkludere standardværdier for forskellige specifikationer. Spline-koblingsmodellen 20 omfatter en intern spline 38 og en ekstern spline 40. Hver af splines inkluderer sit eget sæt parametre, såsom dens dybde, bredde, længde og radius. Den eksterne spline 40 vil også indeholde sit eget sæt parametre, såsom dens orientering.
Når disse parametre er valgt, udfører softwareprogrammet forskellige analyser på splinekoblingsmodellen 20. Softwareprogrammet 10 beregner de nominelle og maksimale tandlejespændinger og udmattelseslevetiden for en splinekobling. Det bestemmer også forskellen i torsionsvikling mellem en intern og en ekstern spline. Outputfilen fra analysen vil være en rapportfil, der indeholder modelkonfigurations- og specifikationsdata. Outputfilen kan også bruges af andre computerprogrammer til yderligere analyse.
Når disse parametre er indstillet, indtaster brugeren designkriterierne for splinekoblingsmodellen 20. I dette trin specificerer brugeren placeringen af ​​maksimal momentoverførsel for både den eksterne og interne spline 38. Placeringen af ​​maksimal momentoverførsel afhænger af konfigurationen af ​​den hardware, der er fastgjort til akslerne. Brugeren kan indtaste op til fire forskellige ydelseskravspecifikationer for hver spline.
Resultaterne af analysen viser, at der er to faser af splinekobling. Den første fase viser en stor stigning i spænding og vibration. Den anden fase viser et fald i både spændings- og vibrationsniveauer. Den tredje fase viser en konstant indgrebskraft mellem 300 N og 320 N. Denne adfærd fortsætter i en længere periode, indtil den sidste fase griber ind i overfladen.

Forkert justering af en splinekobling

En undersøgelse havde til formål at undersøge positionen af ​​den resulterende kontaktkraft i en splinekobling, der griber ind i tænder under et konstant moment og roterende forskydning. Undersøgelsen anvendte numeriske metoder baseret på Finite Element Method (FEM)-modeller. Den producerede numeriske resultater for nominelle forhold og parallel forskydningsforskydning. Undersøgelsen betragtede to niveauer af forskydning – 0,02 mm og 0,08 mm – med forskellige belastningsniveauer.
Resultaterne viste, at den forkerte justering mellem splines og rotorer forårsager en ændring i indgrebskraften i spline-rotor-koblingssystemet. Dens dynamik styres af splines' indgrebskraft. Indgrebskraften i en forkert justeret spline-kobling er relateret til rotor-spline-koblingssystemets parametre, det transmitterende drejningsmoment og den dynamiske vibrationsforskydning.
Trods manglen på præcise målinger er fejljustering af splines et almindeligt problem. Dette problem forværres af, at splines normalt har slør. Dette slør er resultatet af den fejljusterede spline. Forfatterne analyserede adskillige splines med varierende stigningsdiametre og længde/diameterforhold.
En splinekobling er et todimensionelt mekanisk system med positivt slør. Splinekoblingen består af et nav og en aksel og har spids-til-rod-frigange, der er større end sløret. Et formfrigang er tilstrækkeligt til at forhindre kontakt mellem spids og rod-filet. Drejningsmomentet på splines overføres via friktion.
Når en splinekobling er forkert justeret, genereres en momentforspændt trykkraft. I en sådan situation kan kraften overstige momentet, hvilket får komponenten til at miste sin justering. Tovejsoverførslen af ​​moment og tryk modelleres analytisk i denne undersøgelse. Den analytiske tilgang giver løsninger, der kan integreres i designprocessen. Så næste gang du står over for et problem med en forkert justeret splinekobling, skal du sørge for at bruge en analytisk tilgang!
I denne undersøgelse analyseres splinekoblingen under nominelle forhold uden parallelforskydning. De opnåede stivhedsværdier er den procentvise forskel mellem den nominelle stigningsdiameter og belastningspåføringsdiameteren. Desuden er den maksimale procentvise forskel i den målte stigningsdiameter 1,60% under et moment på 5000 N*m. Den anden parameter, stigningsvinklen, tages i betragtning i beregningen.

editor by CX 2023-04-21