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

Analytische methoden voor het schatten van contactdrukken in splinekoppelingen

Een spieverbinding is een type mechanische verbinding tussen twee roterende assen. Deze bestaat uit twee delen: een koppelingsstuk en een koppelingsas. Beide delen hebben tanden die in elkaar grijpen en krachten overbrengen. Spieverbindingen zijn echter vaak overgedimensioneerd, waardoor ze gevoelig zijn voor vermoeiing en statisch gedrag. Slijtage kan er ook voor zorgen dat de koppeling defect raakt. Daarom is een goed ontwerp van de spieverbinding essentieel voor optimale prestaties.

Het modelleren van een splinekoppeling

Splinekoppelingen worden steeds populairder in de lucht- en ruimtevaartindustrie, maar ze werken in een licht scheve stand, wat zowel trillingen als schade aan de contactoppervlakken veroorzaakt. Om dit probleem op te lossen, biedt dit artikel analytische methoden voor het schatten van de contactdrukken in een splinekoppeling. In het bijzonder vergelijkt dit artikel analytische methoden met puur numerieke methoden om de voordelen van een analytische aanpak aan te tonen.
Om een ​​splinekoppeling te modelleren, moet je eerst de kennisbasis voor de splinekoppeling creëren. Deze kennisbasis bevat een groot aantal mogelijke specificatiewaarden die met elkaar samenhangen. Als je één specificatie wijzigt, kan dit leiden tot een waarschuwing omdat een andere specificatie wordt overtreden. Om het ontwerp geldig te maken, moet je een splinekoppelingmodel creëren dat voldoet aan de gespecificeerde specificatiewaarden.
Nadat u de geometrie hebt gemodelleerd, moet u de contactdrukken van de twee splinekoppelingen invoeren. Vervolgens moet u de positie van de steekcirkel van de spline bepalen. In figuur 2 is het middelpunt van de mannelijke koppeling overgelegd op dat van de vrouwelijke spline. Daarna moet u ervoor zorgen dat de uitlijningsafstand van de twee splines gelijk is.
Zodra u de gegevens hebt die u nodig hebt om een ​​splinekoppelingsmodel te maken, kunt u beginnen met het invoeren van de specificaties voor het interfaceontwerp. Nadat u deze gegevens hebt, moet u kiezen of u de interne of de externe spline wilt optimaliseren. U moet ook de wrijvingscoëfficiënt van de tanden specificeren, die wordt gebruikt om de spanningen in het splinekoppelingsmodel 20 te bepalen. Daarnaast moet u de pilotspeling invoeren, dit is de speling tussen de punt 186 van een tand 32 op de ene spline en het kenmerk op de tegenspline.
Nadat u de gewenste specificaties voor de externe spline hebt ingevoerd, kunt u de parameters voor de interne spline invoeren. U kunt bijvoorbeeld de buitendiameterlimiet 154 van de hoofdbevestiging 54 en de secundaire bevestiging 56 van de interne spline invoeren. De waarden van deze parameters worden weergegeven in gekleurde vakjes op het scherm 80 van de GUI voor spline-invoer en -configuratie. Zodra de parameters zijn ingevoerd, krijgt u een geometrische weergave van het spline-koppelingsmodel 20 te zien.

Een spline-koppelingsmodel maken 20

Het splinekoppelingsmodel 20 wordt gegenereerd door een productmodelleringssoftwareprogramma 10. De software valideert het splinekoppelingsmodel aan de hand van een kennisbank met configuratieafhankelijke specificatiebeperkingen en -relaties. Dit rapport wordt vervolgens ingevoerd in het ANSYS-spanningsanalyseprogramma. Het geeft een overzicht van de geometrische configuraties en specificatiewaarden van het splinekoppelingsmodel 20 voor elk onderdeel. Het splinekoppelingsmodel 20 wordt automatisch opnieuw gegenereerd telkens wanneer de configuratie of prestatiespecificaties van het splinekoppelingsmodel 20 worden gewijzigd.
Het splinekoppelingsmodel 20 kan worden geconfigureerd met behulp van het productmodelsoftwareprogramma 10. De gebruiker specificeert de axiale lengte van de splinestapel, die nul of een vaste lengte kan zijn. De gebruiker voert ook een radiaal contactvlak 148 in, indien aanwezig, en selecteert een specificatiewaarde voor de geleidespeling van 14,5 graden of 30 graden.
Een gebruiker kan vervolgens met de muis 110 het splinekoppelingsmodel 20 wijzigen. De kennisbank voor splinekoppelingen bevat een groot aantal mogelijke specificatiewaarden en de ontwerpregel voor splinekoppelingen. Als de gebruiker een splinekoppelingsmodel probeert te wijzigen, geeft het model een waarschuwing weer over een schending van een andere specificatie. In sommige gevallen kan de wijziging het ontwerp ongeldig maken.
In het splinekoppelingsmodel 20 voert de gebruiker aanvullende prestatie-eisen in. De gebruiker kiest de locaties waar het maximale koppel wordt overgebracht voor de interne en externe splines 38 en 40. De locatie voor de maximale koppeloverdracht wordt bepaald door de bevestigingsconfiguratie van de hardware aan de assen. Nadat dit is geselecteerd, kan de gebruiker op "Volgende" klikken om het model op te slaan. Een voorbeeld van het splinekoppelingsmodel 20 wordt weergegeven.
Model 20 is een weergave van een splinekoppeling. De splinespecificaties worden ingevoerd in de volgorde en opstelling zoals aangegeven op het GUI-scherm van splinekoppelingmodel 20. Zodra de splinespecificaties zijn ingevoerd, zal het productmodelleringssoftwareprogramma 10 deze in het splinekoppelingmodel 20 verwerken. Dit is de laatste stap in het aanmaken van een splinekoppelingmodel.

Analyse van een spline-koppelingsmodel 20

Een analyse van een splinekoppelingsmodel bestaat uit het invoeren van de configuratie- en prestatiespecificaties. Deze specificaties kunnen door een ander computerprogramma worden gegenereerd. Het productmodelleringssoftwareprogramma 10 gebruikt vervolgens zijn interne kennisbank met configuratieafhankelijke specificatierelaties en -beperkingen om een ​​geldig driedimensionaal parametrisch model 20 te creëren. Dit model bevat informatie over het aantal en de typen spline-tanden 32, snaps 34 en schouders 36.
Bij het analyseren van een splinekoppeling zal het softwareprogramma 10 standaardwaarden voor verschillende specificaties bevatten. Het splinekoppelingsmodel 20 bestaat uit een interne spline 38 en een externe spline 40. Elk van de splines heeft zijn eigen set parameters, zoals de diepte, breedte, lengte en straal. De externe spline 40 heeft ook zijn eigen set parameters, zoals de oriëntatie.
Na het selecteren van deze parameters voert het softwareprogramma verschillende analyses uit op het splinekoppelingsmodel 20. Het softwareprogramma 10 berekent de nominale en maximale tandlagerspanningen en de vermoeiingslevensduur van een splinekoppeling. Het bepaalt ook het verschil in torsiewinding tussen een interne en een externe spline. Het uitvoerbestand van de analyse is een rapportbestand met modelconfiguratie- en specificatiegegevens. Dit uitvoerbestand kan ook door andere computerprogramma's worden gebruikt voor verdere analyses.
Nadat deze parameters zijn ingesteld, voert de gebruiker de ontwerpvereisten in voor het splinekoppelingsmodel 20. In deze stap specificeert de gebruiker de locaties van maximale koppeloverdracht voor zowel de externe als de interne spline 38. De locatie van maximale koppeloverdracht is afhankelijk van de configuratie van de hardware die aan de assen is bevestigd. De gebruiker kan maximaal vier verschillende prestatie-eisen voor elke spline invoeren.
De resultaten van de analyse tonen aan dat er twee fasen zijn in de koppeling van de splines. De eerste fase kenmerkt zich door een sterke toename van spanning en trillingen. De tweede fase laat een afname zien van zowel spanning als trillingen. De derde fase vertoont een constante koppelingskracht tussen 300 N en 320 N. Dit gedrag houdt gedurende een langere periode aan, totdat de laatste fase het oppervlak raakt.

Verkeerde uitlijning van een splinekoppeling

Een onderzoek had als doel de positie van de resulterende contactkracht in een spieverbinding tussen tanden te onderzoeken onder een constant koppel en roterende uitlijningsfout. Het onderzoek maakte gebruik van numerieke methoden gebaseerd op eindige-elementenmodellen (FEM). Het leverde numerieke resultaten op voor nominale omstandigheden en parallelle offset-uitlijningsfouten. In het onderzoek werden twee niveaus van uitlijningsfout – 0,02 mm en 0,08 mm – met verschillende belastingniveaus beschouwd.
De resultaten toonden aan dat de verkeerde uitlijning tussen de splines en rotoren een verandering in de aangrijpkracht van het spline-rotor-koppelingssysteem veroorzaakt. De dynamiek ervan wordt bepaald door de aangrijpkracht van de splines. De aangrijpkracht van een verkeerd uitgelijnde splinekoppeling is gerelateerd aan de parameters van het rotor-spline-koppelingssysteem, het overgedragen koppel en de dynamische trillingsverplaatsing.
Ondanks het gebrek aan precieze metingen is de verkeerde uitlijning van spiebanen een veelvoorkomend probleem. Dit probleem wordt verergerd door het feit dat spiebanen meestal speling vertonen. Deze speling is het gevolg van de verkeerde uitlijning van de spiebaan. De auteurs analyseerden verschillende spiebanen met variërende steekdiameters en lengte/diameterverhoudingen.
Een spieverbinding is een tweedimensionaal mechanisch systeem met positieve speling. De spieverbinding bestaat uit een naaf en een as, en heeft een speling tussen de punt en de basis die groter is dan de speling. Een vormspeling is voldoende om contact tussen de punt en de basis te voorkomen. Het koppel op de spiebanen wordt overgebracht door wrijving.
Wanneer een splinekoppeling niet goed is uitgelijnd, ontstaat er een koppelgedreven stuwkracht. In zo'n situatie kan de kracht het koppel overtreffen, waardoor het onderdeel zijn uitlijning verliest. De tweezijdige overdracht van koppel en stuwkracht wordt in deze studie analytisch gemodelleerd. De analytische aanpak biedt oplossingen die in het ontwerpproces kunnen worden geïntegreerd. Dus, de volgende keer dat u te maken krijgt met een probleem met een verkeerd uitgelijnde splinekoppeling, gebruik dan zeker een analytische aanpak!
In deze studie wordt de splinekoppeling geanalyseerd onder nominale omstandigheden zonder parallelle offset-uitlijningsfout. De verkregen stijfheidswaarden zijn het procentuele verschil tussen de nominale steekdiameter en de diameter waarop de belasting wordt uitgeoefend. Bovendien bedraagt ​​het maximale procentuele verschil in de gemeten steekdiameter 1,60% bij een koppel van 5000 N*m. De steekhoek wordt ook meegenomen in de berekening.

editor by CX 2023-04-21