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Steifigkeit und Torsionsschwingungen von Keilwellenkupplungen<\/h2>\n
In diesem Beitrag beschreiben wir einige grundlegende Eigenschaften der Keilwellenkupplung und untersuchen ihr Torsionsschwingungsverhalten. Wir erforschen au\u00dferdem den Einfluss einer Keilwellenfehlausrichtung auf die Rotor-Keilwellenkupplung. Diese Ergebnisse tragen zur Entwicklung verbesserter Keilwellenkupplungssysteme f\u00fcr verschiedene Anwendungen bei. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.![\"Keilwelle\"](\"https:\/\/img.hzpt.com\/img\/spline_shaft\/T_splineshaft_4.webp\")
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Steifigkeit der Keilwellenkopplung<\/h2>\n
Die Steifigkeit einer Keilwellenkupplung ist eine Funktion der Eingriffskraft zwischen den Keilwellen in einem Rotor-Keilwellenkupplungssystem und der statischen Schwingungsamplitude. Die Eingriffskraft h\u00e4ngt von den Kupplungsparametern wie dem \u00fcbertragenen Drehmoment und der Keilwellendicke ab. Sie steigt nichtlinear mit der Keilwellendicke an.
Ein vereinfachtes Keilwellenkupplungsmodell kann zur Bewertung der Lastverteilung von Keilwellen unter Vibrationen und transienten Belastungen verwendet werden. Die Keilwellenh\u00fclse der Achse wird in z-Richtung verschoben, und ein Widerstandsmoment T wird auf die Au\u00dfenfl\u00e4che der H\u00fclse aufgebracht. Dieses einfache Modell erf\u00fcllt ein breites Spektrum an technischen Anforderungen, kann jedoch bei komplexen Belastungszust\u00e4nden Schw\u00e4chen aufweisen. Das asymmetrische Spiel kann das Eingriffsverhalten und die Spannungsverteilung beeinflussen.
Die Simulationsergebnisse zeigen, dass die maximale Schwingungsbeschleunigung in den Abbildungen 10 und 22 jeweils 3,03 g\/s betrug. Dies deutet darauf hin, dass eine Fehlausrichtung in Umfangsrichtung die Sto\u00dfbelastung erh\u00f6ht. Auch im Eingriff ist eine Asymmetrie der Kupplungsgeometrie erkennbar. Die Z\u00e4hne der rechten Verzahnung greifen fest ineinander, w\u00e4hrend die der linken Verzahnung nicht fluchten.
Unter Ber\u00fccksichtigung der Geometrie der Spline-Kupplung wird ein semi-analytisches Modell zur Berechnung der Steifigkeit verwendet. Dieses Modell ist eine vereinfachte Form eines klassischen Spline-Kupplungsmodells, wobei Submatrizen die Form und Steifigkeit der Verbindung definieren. Da das Auslegungsspiel bekannt ist, kann die Steifigkeit eines Spline-Kupplungssystems mit derselben Formel analysiert werden.
Die Simulationsergebnisse zeigen, dass sich das Keilwellenkupplungssystem mit MASTA, einem kommerziellen CAE-Tool der Leistungsklasse f\u00fcr Getriebeanalysen, modellieren l\u00e4sst. Dabei wurden die Keilwellensegmente zun\u00e4chst als eine Reihe von Segmenten mit variabler Steifigkeit modelliert, die auf Basis des anf\u00e4nglichen Zahnabstands berechnet wurde. Anschlie\u00dfend wurden die Keilwellensegmente als eine Reihe von Keilen mit zunehmender Steifigkeit modelliert, um Fertigungstoleranzen zu ber\u00fccksichtigen. Die resultierende Analyse der Keilwellenkupplungsgeometrie wird mit den Ergebnissen der Finite-Elemente-Methode verglichen.
Trotz der hohen Steifigkeit eines Keilwellenkupplungssystems \u00e4ndert sich der Kontaktzustand der Kontaktfl\u00e4chen h\u00e4ufig. Dar\u00fcber hinaus beeinflusst die Keilwellenkupplung die seitlichen Schwingungen und Verformungen des Rotors. Die Steifigkeitsnichtlinearit\u00e4t ist bei Keilwellenrotoren jedoch aufgrund des Fehlens eines vollst\u00e4ndig analytischen Modells noch nicht ausreichend erforscht.![\"Keilwelle\"](\"https:\/\/img.hzpt.com\/img\/spline_shaft\/C_splineshaft_4.webp\")
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Eigenschaften der Spline-Kopplung<\/h2>\n
Die Untersuchung von Keilwellenkupplungen umfasst eine Reihe von Konstruktionsfaktoren. Dazu geh\u00f6ren Gewicht, Werkstoffe und Leistungsanforderungen. Das Gewicht spielt insbesondere in der Luftfahrt eine wichtige Rolle. F\u00fcr Konstrukteure ist das Gewicht oft ein Problem, da Werkstoffe unterschiedliche Dimensionsstabilit\u00e4t, Gewichte und Haltbarkeiten aufweisen. Dar\u00fcber hinaus k\u00f6nnen Platzbeschr\u00e4nkungen und andere Konfigurationsvorgaben in bestimmten Anwendungen den Einsatz von Keilwellenkupplungen erforderlich machen.
Die wichtigsten Parameter f\u00fcr die Auslegung von Keilwellenkupplungen sind die maximale Hauptspannung, der Verteilungsfaktor und die maximale Zahnbelastung. Um Stabilit\u00e4t zu gew\u00e4hrleisten, muss jeder dieser Parameter kleiner oder gleich dem \u00e4u\u00dferen Keilwellendurchmesser sein. Der \u00e4u\u00dfere Keilwellendurchmesser muss mindestens vier Zoll gr\u00f6\u00dfer sein als der innere Keilwellendurchmesser.
Nach der Validierung des physikalischen Designs wird die Wissensbasis f\u00fcr die Spline-Kopplung erstellt. Dieses Modell ist vorprogrammiert und speichert die Designparametersignale, einschlie\u00dflich Leistungs- und Fertigungsbeschr\u00e4nkungen. Anschlie\u00dfend vergleicht es die Parameterwerte mit den Designregelsignalen und erstellt eine geometrische Darstellung der Spline-Kopplung. Aus den Eingangssignalen wird ein visuelles Modell generiert, das durch \u00c4ndern verschiedener Parameter und Spezifikationen angepasst werden kann.
Die Steifigkeit einer Keilwellenverbindung ist ein weiterer wichtiger Parameter zur Bestimmung der Steifigkeit der Keilwellenkupplung. Die Steifigkeitsverteilung der Keilwellenverbindung beeinflusst die seitlichen Schwingungen und Verformungen des Rotors. Die Finite-Elemente-Methode ist ein n\u00fctzliches Verfahren zur Ermittlung der seitlichen Steifigkeit von Keilwellenverbindungen. Diese Methode erfordert jedoch zahlreiche Netzverfeinerungen und einen hohen Rechenaufwand.
Der Durchmesser der Keilwellenkupplung muss ausreichend gro\u00df sein, um das Drehmoment zu \u00fcbertragen. Eine Keilwelle mit gr\u00f6\u00dferem Durchmesser kann aufgrund ihres kleineren Umfangs eine h\u00f6here Drehmoment\u00fcbertragungskapazit\u00e4t aufweisen. Allerdings ist der gr\u00f6\u00dfere Durchmesser einer Keilwelle d\u00fcnner als die Welle, und letztere kann besser geeignet sein, wenn das Drehmoment auf eine gr\u00f6\u00dfere Anzahl von Z\u00e4hnen verteilt wird.
Keilwellenkupplungen werden anhand ihres Zahnprofils in axialer und radialer Richtung klassifiziert. Das radiale und axiale Zahnprofil beeinflusst das Verhalten und den Verschlei\u00df des Bauteils. Keilwellen mit gekr\u00f6ntem Zahnprofil neigen zu Winkelabweichungen. Typischerweise sind diese Keilwellenkupplungen \u00fcberdimensioniert, um Langlebigkeit und Sicherheit zu gew\u00e4hrleisten.<\/p>\n
Steifigkeit der Spline-Kopplung in der Torsionsschwingungsanalyse<\/h2>\n
Dieser Artikel stellt ein allgemeines Rahmenwerk zur Untersuchung von Torsionsschwingungen vor, die durch die Steifigkeit von Keilwellenkupplungen in Triebwerken verursacht werden. Es basiert auf einer fr\u00fcheren Studie zu Keilwellenkupplungen und ist durch drei Faktoren charakterisiert: Biegesteifigkeit, Gesamtflexibilit\u00e4t und Tangentialsteifigkeit. Das erste Kriterium ist der \u00e4quivalente Durchmesser der \u00e4u\u00dferen und inneren Keilwellen. Sowohl die Steifigkeit der Keilwellenkupplung als auch die Verschiebung der Keilwellen werden mithilfe der Ableitung der Gesamtflexibilit\u00e4t ermittelt.
Die Steifigkeit einer Keilwellenverbindung kann je nach Lastverteilung entlang der Verzahnung variieren. Zu den Einflussfaktoren auf die Steifigkeit von Keilwellenverbindungen z\u00e4hlen das Drehmoment, Zahnteilungsfehler und Fluchtungsfehler. Um die Auswirkungen dieser Faktoren zu untersuchen, wurde eine analytische Formel entwickelt. Die Methode ist f\u00fcr verschiedene Arten von Keilwellenverbindungen anwendbar, beispielsweise f\u00fcr solche mit mehreren Komponenten.
Trotz der Schwierigkeit, die Steifigkeit von Keilwellenkupplungen zu berechnen, l\u00e4sst sich der Kontakt zwischen den Z\u00e4hnen der Welle und der Nabe analytisch modellieren. Dieser Ansatz hilft, wichtige Gr\u00f6\u00dfen des Kupplungsvorgangs wie Kontaktspitzendr\u00fccke, Reaktionsmomente und Drehimpuls zu bestimmen. Er erm\u00f6glicht pr\u00e4zise Ergebnisse f\u00fcr Keilwellenkupplungen und eignet sich sowohl f\u00fcr die Torsions- als auch f\u00fcr die Strukturschwingungsanalyse.
Die Steifigkeit von Keilwellenkupplungen wird in dynamischen Modellen \u00fcblicherweise als starr angenommen. In hochpr\u00e4zisen Antriebsstrangmodellen m\u00fcssen jedoch verschiedene dynamische Ph\u00e4nomene im Zusammenhang mit Keilwellenverbindungen erfasst werden. Zu diesem Zweck wird eine allgemeine analytische Steifigkeitsformulierung auf Basis eines semi-analytischen Modells der Keilwellen-Lastverteilung vorgeschlagen. Die resultierende Steifigkeitsmatrix enth\u00e4lt Werte f\u00fcr die Radial- und Kippsteifigkeit sowie die Torsionssteifigkeit. Die Analyse wird durch die blockweise Inversionsmethode weiter vereinfacht.
Vor der Auswahl der Kupplung muss unbedingt die Torsionsschwingung eines Kraft\u00fcbertragungssystems ber\u00fccksichtigt werden. Eine genaue Analyse der Torsionsschwingungen ist f\u00fcr die Sicherheit der Kupplung unerl\u00e4sslich. Dieser Artikel behandelt au\u00dferdem Fallstudien zum Verschlei\u00df von Keilwellen und zu durch Torsion verursachten Ausf\u00e4llen. Abschlie\u00dfend wird eine robuste und effiziente Methode zur Simulation dieser Probleme in realen Anwendungsszenarien entwickelt.![\"Keilwelle\"](\"https:\/\/img.hzpt.com\/img\/spline_shaft\/B_splineshaft_4.webp\")
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Auswirkung der Keilwellenfehlausrichtung auf die Rotor-Keilwellen-Kopplung<\/h2>\n
In dieser Studie wird der Einfluss einer Fehlausrichtung der Keilwellenverzahnung in der Rotor-Keilwellenkupplung untersucht. Die Stabilit\u00e4tsgrenze und der Mechanismus der Rotorinstabilit\u00e4t werden analysiert. Es zeigt sich, dass die Eingriffskraft einer fehlausgerichteten Keilwellenkupplung nichtlinear mit der Keilwellendicke zunimmt. Die Ergebnisse belegen, dass die Fehlausrichtung f\u00fcr die Instabilit\u00e4t des Rotor-Keilwellenkupplungssystems verantwortlich ist.
Um eine Presspassung und spielfreie Verbindung zu erreichen, wird eine absichtliche Verzahnungsabweichung eingef\u00fchrt. Dies f\u00fchrt zu einer ungleichm\u00e4\u00dfigen Lastverteilung auf die Verzahnungsz\u00e4hne. Eine weitere Verzahnungsabweichung von 50 \u00b5m kann zum Versagen der Rotor-Verzahnungs-Kupplung f\u00fchren. Die maximale Zugspannung an der Zahnwurzel verschiebt sich unter diesen Bedingungen nach links.
Eine positive Verzahnungsfluchtung erh\u00f6ht die Verzahnungsfluchtung. Eine negative Verzahnungsfluchtung hat hingegen keinen Einfluss. Die rechtsg\u00e4ngige Verzahnungsfluchtung wirkt der Schr\u00e4gungsfluchtung entgegen. Die gr\u00f6\u00dfte Kontaktfl\u00e4che verschiebt sich von der Mitte nach links. In beiden F\u00e4llen kommt es aufgrund der Durchbiegung und Verkippung des Zahnrads unter Last zu einer Verzahnungsfluchtung.
Diese Variation der Zahnoberfl\u00e4che wird als \u00c4nderung des Zahnflankenspiels in der Querebene gemessen. Die Werte f\u00fcr das radiale und axiale Zahnflankenspiel sind gleich, wobei die Differenz zwischen beiden gering ist. Zus\u00e4tzlich zur Reibungskraft ist das axiale Zahnflankenspiel gleich, was die Verzahnungsfluchtung erh\u00f6ht. Daher kann dasselbe Verfahren zur Bestimmung der Reibungskraft einer Rotor-Keilwellen-Kupplung verwendet werden.
Fehlausrichtungen im Zahneingriff beeinflussen die Leistungsf\u00e4higkeit von Keilwellen-Rotor-Kupplungen. Diese Fehlausrichtung ver\u00e4ndert die Verteilung des Zahneingriffs und beeinflusst die Kontakt- und Biegespannungen. Daher ist es unerl\u00e4sslich, die Auswirkungen von Fehlausrichtungen in Keilwellenkupplungen zu verstehen. Anhand eines vereinfachten Systems aus Schr\u00e4gverzahnungspaaren untersuchten Hong et al. die Lastverteilung entlang der Zahnflanke der Keilwelle. Diese Fehlausrichtung f\u00fchrte zu einer \u00c4nderung des Flankenkontaktmusters. Die fehlausgerichteten Z\u00e4hne zeigten unter Last eine Durchbiegung und erzeugten ein Kippmoment am Zahnrad.
Die Auswirkungen einer Verzahnungsfluchtung in Rotor-Verzahnungskupplungen werden durch einen Mechanismus minimiert, der das Zahnflankenspiel reduziert. Dieser Mechanismus besteht aus kooperativ verzahnten m\u00e4nnlichen und weiblichen Elementen. Ein Element setzt sich aus zwei koaxial ausgerichteten Verzahnungssegmenten zusammen, deren Endfl\u00e4chen so geformt sind, dass sie in Gleitbeziehung ineinandergreifen. Die Verbindungsvorrichtung \u00fcbt axiale Kr\u00e4fte auf diese Segmente aus und bewirkt so deren Rotation relativ zueinander.<\/p>\n
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Bearbeitet von czh am 19.02.2023<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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