Κίνα χονδρέμπορος από ανοξείδωτο χάλυβα Spline CZPT άξονα μεταλλικού άξονα 304 εξαρτήματα άξονα κίνησης με αυλάκι

Αναλυτικές προσεγγίσεις για την εκτίμηση των πιέσεων επαφής σε συνδέσμους spline

Ένας σύνδεσμος με αυλακωτή έλικα είναι ένας τύπος μηχανικής σύνδεσης μεταξύ δύο περιστρεφόμενων αξόνων. Αποτελείται από δύο μέρη - έναν σύνδεσμο και έναν σύνδεσμο. Και τα δύο μέρη έχουν δόντια που εμπλέκονται και μεταφέρουν φορτία. Ωστόσο, οι σύνδεσμοι με αυλακωτή έλικα έχουν συνήθως υπερβολικές διαστάσεις, γεγονός που τους καθιστά ευάλωτους σε κόπωση και στατική συμπεριφορά. Τα φαινόμενα φθοράς μπορούν επίσης να προκαλέσουν αστοχία του συνδέσμου. Για αυτόν τον λόγο, ο σωστός σχεδιασμός του συνδέσμου με αυλακωτή έλικα είναι απαραίτητος για την επίτευξη βέλτιστης απόδοσης.

Μοντελοποίηση μιας σύζευξης spline

Οι σύνδεσμοι spline γίνονται ολοένα και πιο δημοφιλείς στην αεροδιαστημική βιομηχανία, αλλά λειτουργούν σε ελαφρώς μη ευθυγραμμισμένη κατάσταση, προκαλώντας τόσο κραδασμούς όσο και ζημιές στις επιφάνειες επαφής. Για την επίλυση αυτού του προβλήματος, το παρόν άρθρο προσφέρει αναλυτικές προσεγγίσεις για την εκτίμηση των πιέσεων επαφής σε έναν σύνδεσμο spline. Συγκεκριμένα, το παρόν άρθρο συγκρίνει αναλυτικές προσεγγίσεις με καθαρά αριθμητικές προσεγγίσεις για να καταδείξει τα οφέλη μιας αναλυτικής προσέγγισης.
Για να μοντελοποιήσετε μια σύζευξη spline, πρώτα δημιουργείτε τη βάση γνώσεων για τη σύζευξη spline. Η βάση γνώσεων περιλαμβάνει έναν μεγάλο αριθμό πιθανών τιμών προδιαγραφών, οι οποίες σχετίζονται μεταξύ τους. Εάν τροποποιήσετε μια προδιαγραφή, μπορεί να οδηγήσει σε προειδοποίηση για παραβίαση μιας άλλης. Για να είναι έγκυρος ο σχεδιασμός, πρέπει να δημιουργήσετε ένα μοντέλο σύζευξης spline που να πληροί τις καθορισμένες τιμές προδιαγραφών.
Αφού μοντελοποιήσετε τη γεωμετρία, πρέπει να εισαγάγετε τις πιέσεις επαφής των δύο συνδέσμων spline. Στη συνέχεια, πρέπει να προσδιορίσετε τη θέση του κύκλου βήματος της spline. Στο Σχήμα 2, το κέντρο του αρσενικού συνδέσμου υπερτίθεται σε αυτό του θηλυκού spline. Στη συνέχεια, πρέπει να βεβαιωθείτε ότι η απόσταση ευθυγράμμισης εμπλοκής των δύο spline είναι η ίδια.
Μόλις έχετε τα δεδομένα που χρειάζεστε για να δημιουργήσετε ένα μοντέλο σύζευξης spline, μπορείτε να ξεκινήσετε εισάγοντας τις προδιαγραφές για τον σχεδιασμό της διεπαφής. Μόλις έχετε αυτά τα δεδομένα, πρέπει να επιλέξετε αν θα βελτιστοποιήσετε την εσωτερική spline ή την εξωτερική spline. Θα πρέπει επίσης να καθορίσετε τον συντελεστή τριβής των δοντιών, ο οποίος χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό των τάσεων στο μοντέλο σύζευξης spline 20. Θα πρέπει επίσης να εισαγάγετε την απόσταση πιλότου, η οποία είναι η απόσταση μεταξύ της άκρης 186 ενός δοντιού 32 σε μία spline και του χαρακτηριστικού στην αντίστοιχη spline.
Αφού εισαγάγετε τις επιθυμητές προδιαγραφές για την εξωτερική καμπύλη, μπορείτε να εισαγάγετε τις παραμέτρους για την εσωτερική καμπύλη. Για παράδειγμα, μπορείτε να εισαγάγετε το όριο εξωτερικής διαμέτρου 154 του κύριου κουμπώματος 54 και του δευτερεύοντος κουμπώματος 56 της εσωτερικής καμπύλης. Οι τιμές αυτών των παραμέτρων εμφανίζονται σε πλαίσια με χρωματική κωδικοποίηση στην οθόνη GUI 80 "Εισαγωγές καμπύλης και διαμόρφωση". Μόλις εισαχθούν οι παράμετροι, θα σας παρουσιαστεί μια γεωμετρική αναπαράσταση του μοντέλου σύζευξης καμπύλης 20.

Δημιουργία μοντέλου σύζευξης spline 20

Το μοντέλο σύζευξης spline 20 δημιουργείται από ένα πρόγραμμα λογισμικού μοντέλου προϊόντος 10. Το λογισμικό επικυρώνει το μοντέλο σύζευξης spline σε σχέση με μια βάση γνώσεων περιορισμών και σχέσεων προδιαγραφών που εξαρτώνται από τη διαμόρφωση. Αυτή η αναφορά εισάγεται στη συνέχεια στο πρόγραμμα ανάλυσης τάσεων ANSYS. Παραθέτει τις γεωμετρικές διαμορφώσεις του μοντέλου σύζευξης spline 20 και τις τιμές προδιαγραφών για κάθε χαρακτηριστικό. Το μοντέλο σύζευξης spline 20 αναδημιουργείται αυτόματα κάθε φορά που τροποποιούνται οι προδιαγραφές διαμόρφωσης ή απόδοσης του μοντέλου σύζευξης spline 20.
Το μοντέλο σύζευξης spline 20 μπορεί να διαμορφωθεί χρησιμοποιώντας το λογισμικό μοντέλου προϊόντος 10. Ένας χρήστης καθορίζει το αξονικό μήκος της στοίβας spline, το οποίο μπορεί να είναι μηδέν, ή ένα σταθερό μήκος. Ο χρήστης εισάγει επίσης μια ακτινική επιφάνεια ζεύξης 148, εάν υπάρχει, και επιλέγει μια τιμή προδιαγραφής απόστασης πιλότου 14,5 μοιρών ή 30 μοιρών.
Ένας χρήστης μπορεί στη συνέχεια να χρησιμοποιήσει το ποντίκι 110 για να τροποποιήσει το μοντέλο σύζευξης spline 20. Η βάση γνώσεων για τη σύζευξη spline περιέχει έναν μεγάλο αριθμό πιθανών τιμών προδιαγραφών και τον κανόνα σχεδιασμού σύζευξης spline. Εάν ο χρήστης προσπαθήσει να αλλάξει ένα μοντέλο σύζευξης spline, το μοντέλο θα εμφανίσει μια προειδοποίηση σχετικά με παραβίαση μιας άλλης προδιαγραφής. Σε ορισμένες περιπτώσεις, η τροποποίηση μπορεί να ακυρώσει το σχέδιο.
Στο μοντέλο σύζευξης spline 20, ο χρήστης εισάγει πρόσθετες προδιαγραφές απαιτήσεων απόδοσης. Ο χρήστης επιλέγει τις θέσεις όπου μεταφέρεται η μέγιστη ροπή για τις εσωτερικές και εξωτερικές spline 38 και 40. Η θέση μέγιστης μεταφοράς ροπής καθορίζεται από τη διαμόρφωση σύνδεσης του υλικού στους άξονες. Μόλις επιλεγεί αυτό, ο χρήστης μπορεί να κάνει κλικ στο "Επόμενο" για να αποθηκεύσει το μοντέλο. Εμφανίζεται μια προεπισκόπηση του μοντέλου σύζευξης spline 20.
Το μοντέλο 20 είναι μια αναπαράσταση μιας σύζευξης spline. Οι προδιαγραφές spline εισάγονται με τη σειρά και τη διάταξη όπως καθορίζεται στην οθόνη GUI του μοντέλου σύζευξης spline 20. Μόλις εισαχθούν οι προδιαγραφές σύζευξης spline, το πρόγραμμα λογισμικού μοντέλου προϊόντος 10 θα τις ενσωματώσει στο μοντέλο σύζευξης spline 20. Αυτό είναι το τελευταίο βήμα στη δημιουργία του μοντέλου σύζευξης spline.

Ανάλυση ενός μοντέλου σύζευξης spline 20

Μια ανάλυση ενός μοντέλου σύζευξης spline συνίσταται στην εισαγωγή των προδιαγραφών διαμόρφωσης και απόδοσης. Αυτές οι προδιαγραφές μπορούν να δημιουργηθούν από ένα άλλο πρόγραμμα υπολογιστή. Το λογισμικό μοντέλου προϊόντος 10 χρησιμοποιεί στη συνέχεια την εσωτερική βάση γνώσεων των σχέσεων και των περιορισμών προδιαγραφών που εξαρτώνται από τη διαμόρφωση για να δημιουργήσει ένα έγκυρο τρισδιάστατο παραμετρικό μοντέλο 20. Αυτό το μοντέλο περιέχει πληροφορίες που περιγράφουν τον αριθμό και τους τύπους των δοντιών spline 32, των ασφαλειών 34 και του ώμου 36.
Όταν αναλύετε μια σύζευξη spline, το πρόγραμμα λογισμικού 10 θα περιλαμβάνει προεπιλεγμένες τιμές για διάφορες προδιαγραφές. Το μοντέλο σύζευξης spline 20 περιλαμβάνει μια εσωτερική spline 38 και μια εξωτερική spline 40. Κάθε μία από τις splines περιλαμβάνει το δικό της σύνολο παραμέτρων, όπως το βάθος, το πλάτος, το μήκος και τις ακτίνες της. Η εξωτερική spline 40 θα περιέχει επίσης το δικό της σύνολο παραμέτρων, όπως τον προσανατολισμό της.
Μετά την επιλογή αυτών των παραμέτρων, το πρόγραμμα λογισμικού θα εκτελέσει διάφορες αναλύσεις στο μοντέλο σύζευξης spline 20. Το πρόγραμμα λογισμικού 10 υπολογίζει τις ονομαστικές και μέγιστες τάσεις των ρουλεμάν των δοντιών και τη διάρκεια ζωής σε κόπωση ενός συνδέσμου spline. Θα προσδιορίσει επίσης τη διαφορά στην στρεπτική περιέλιξη μεταξύ μιας εσωτερικής και μιας εξωτερικής spline. Το αρχείο εξόδου από την ανάλυση θα είναι ένα αρχείο αναφοράς που θα περιέχει δεδομένα διαμόρφωσης και προδιαγραφών του μοντέλου. Το αρχείο εξόδου μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί από άλλα προγράμματα υπολογιστή για περαιτέρω ανάλυση.
Μόλις οριστούν αυτές οι παράμετροι, ο χρήστης εισάγει τα κριτήρια σχεδιασμού για το μοντέλο σύζευξης spline 20. Σε αυτό το βήμα, ο χρήστης καθορίζει τις θέσεις μέγιστης μεταφοράς ροπής τόσο για την εξωτερική όσο και για την εσωτερική spline 38. Η θέση μέγιστης μεταφοράς ροπής εξαρτάται από τη διαμόρφωση του υλικού που είναι προσαρτημένο στους άξονες. Ο χρήστης μπορεί να εισάγει έως και τέσσερις διαφορετικές προδιαγραφές απαιτήσεων απόδοσης για κάθε spline.
Τα αποτελέσματα της ανάλυσης δείχνουν ότι υπάρχουν δύο φάσεις σύζευξης των σφηνοειδών σωλήνων. Η πρώτη φάση δείχνει μεγάλη αύξηση στην τάση και τους κραδασμούς. Η δεύτερη φάση δείχνει μείωση τόσο των επιπέδων τάσης όσο και των κραδασμών. Το τρίτο στάδιο δείχνει μια σταθερή δύναμη εμπλοκής μεταξύ 300N και 320N. Αυτή η συμπεριφορά συνεχίζεται για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα, μέχρι το τελικό στάδιο να έρθει σε επαφή με την επιφάνεια.

Κακή ευθυγράμμιση ενός συνδέσμου με σπλήνα

Μια μελέτη είχε ως στόχο να διερευνήσει τη θέση της προκύπτουσας δύναμης επαφής σε μια σύζευξη με σπλήνα που εμπλέκει δόντια υπό σταθερή ροπή και περιστρεφόμενη κακή ευθυγράμμιση. Η μελέτη χρησιμοποίησε αριθμητικές μεθόδους βασισμένες σε μοντέλα Μεθόδου Πεπερασμένων Στοιχείων (FEM). Παρήγαγε αριθμητικά αποτελέσματα για ονομαστικές συνθήκες και κακή ευθυγράμμιση παράλληλης μετατόπισης. Η μελέτη έλαβε υπόψη δύο επίπεδα κακής ευθυγράμμισης - 0,02 mm και 0,08 mm - με διαφορετικά επίπεδα φόρτισης.
Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η κακή ευθυγράμμιση μεταξύ των σφηνών και των δρομέων προκαλεί μια αλλαγή στη δύναμη εμπλοκής του συστήματος σύζευξης σφηνών-δρομέα. Η δυναμική του διέπεται από τη δύναμη εμπλοκής των σφηνών. Η δύναμη εμπλοκής μιας κακώς ευθυγραμμισμένης σύζευξης σφηνών σχετίζεται με τις παραμέτρους του συστήματος σύζευξης δρομέα-σφηνών, τη ροπή μετάδοσης και τη δυναμική μετατόπιση των κραδασμών.
Παρά την έλλειψη ακριβών μετρήσεων, η κακή ευθυγράμμιση των σφηνών είναι ένα κοινό πρόβλημα. Αυτό το πρόβλημα επιδεινώνεται από το γεγονός ότι οι σφηνές συνήθως παρουσιάζουν οπισθοδρόμηση. Αυτή η οπισθοδρόμηση είναι το αποτέλεσμα της κακής ευθυγράμμισης της σφηνός. Οι συγγραφείς ανέλυσαν αρκετές σφηνές, με ποικίλες διαμέτρους βήματος και αναλογίες μήκους/διαμέτρου.
Ένας σύνδεσμος με αυλακωτή ακίδα είναι ένα δισδιάστατο μηχανικό σύστημα, το οποίο έχει θετική οπισθοδρόμηση. Ο σύνδεσμος με αυλακωτή ακίδα αποτελείται από μια πλήμνη και έναν άξονα και έχει αποστάσεις από την άκρη στη ρίζα που είναι μεγαλύτερες από την οπισθοδρόμηση. Μια απόσταση από τη μορφή είναι επαρκής για να αποτρέψει την επαφή της άκρης με τη ρίζα. Η ροπή στις αυλακώσεις μεταδίδεται μέσω τριβής.
Όταν μια σύζευξη spline δεν είναι ευθυγραμμισμένη, παράγεται μια ωστική δύναμη πόλωσης που εξαρτάται από τη ροπή. Σε μια τέτοια περίπτωση, η δύναμη μπορεί να υπερβεί τη ροπή, προκαλώντας την απώλεια της ευθυγράμμισής του στο εξάρτημα. Η αμφίδρομη μετάδοση ροπής και ώσης μοντελοποιείται αναλυτικά στην παρούσα μελέτη. Η αναλυτική προσέγγιση παρέχει λύσεις που μπορούν να ενσωματωθούν στη διαδικασία σχεδιασμού. Έτσι, την επόμενη φορά που θα αντιμετωπίσετε ένα πρόβλημα σύζευξης spline με μη ευθυγραμμισμένη ροπή, φροντίστε να χρησιμοποιήσετε μια αναλυτική προσέγγιση!
Σε αυτήν τη μελέτη, η σύζευξη spline αναλύεται υπό ονομαστικές συνθήκες χωρίς παράλληλη μετατόπιση απόκλισης. Οι τιμές ακαμψίας που λαμβάνονται είναι η ποσοστιαία διαφορά μεταξύ της ονομαστικής διαμέτρου βήματος και της διαμέτρου εφαρμογής φορτίου. Επιπλέον, η μέγιστη ποσοστιαία διαφορά στη μετρούμενη διάμετρο βήματος είναι 1,60% υπό ροπή 5000 N*m. Η άλλη παράμετρος, η γωνία βήματος, λαμβάνεται υπόψη στον υπολογισμό.

επιμελητής από τον CX 2023-06-09