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Rigidez e vibra\u00e7\u00e3o torsional de acoplamentos estriados<\/h2>\n
Neste artigo, descrevemos algumas caracter\u00edsticas b\u00e1sicas do acoplamento por estrias e examinamos seu comportamento de vibra\u00e7\u00e3o torsional. Tamb\u00e9m exploramos o efeito do desalinhamento das estrias no acoplamento rotor-estria\u00e7\u00e3o. Esses resultados auxiliar\u00e3o no projeto de sistemas de acoplamento por estrias aprimorados para diversas aplica\u00e7\u00f5es. Os resultados s\u00e3o apresentados na Tabela 1.![\"eixo](\"https:\/\/img.hzpt.com\/img\/spline_shaft\/T_splineshaft_4.webp\")
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Rigidez do acoplamento spline<\/h2>\n
A rigidez de um acoplamento estriado \u00e9 fun\u00e7\u00e3o da for\u00e7a de engrenamento entre as estrias em um sistema de acoplamento rotor-estriado e do deslocamento de vibra\u00e7\u00e3o est\u00e1tica. A for\u00e7a de engrenamento depende dos par\u00e2metros de acoplamento, como o torque transmitido e a espessura da estria. Ela aumenta de forma n\u00e3o linear com a espessura da estria.
Um modelo simplificado de acoplamento por estrias pode ser usado para avaliar a distribui\u00e7\u00e3o de carga em estrias sob vibra\u00e7\u00e3o e cargas transit\u00f3rias. A bucha da estria do eixo \u00e9 deslocada na dire\u00e7\u00e3o z e um momento de resist\u00eancia T \u00e9 aplicado \u00e0 face externa da bucha. Este modelo simples pode atender a uma ampla gama de requisitos de engenharia, mas pode apresentar problemas em condi\u00e7\u00f5es de carregamento complexas. Sua folga assim\u00e9trica pode afetar o comportamento de engate e os padr\u00f5es de distribui\u00e7\u00e3o de tens\u00e3o.
Os resultados das simula\u00e7\u00f5es mostram que a acelera\u00e7\u00e3o m\u00e1xima de vibra\u00e7\u00e3o nas Figuras 10 e 22 foi de 3,03 g\/s\u00b2. Esses resultados indicam que um desalinhamento na dire\u00e7\u00e3o circunferencial aumenta o impacto instant\u00e2neo. A assimetria na geometria de acoplamento tamb\u00e9m \u00e9 observada na malha. Os dentes da spline do lado direito se encaixam perfeitamente, enquanto os do lado esquerdo est\u00e3o desalinhados.
Considerando a geometria de acoplamento por spline, um modelo semi-anal\u00edtico \u00e9 utilizado para calcular a rigidez. Este modelo \u00e9 uma forma simplificada de um modelo cl\u00e1ssico de acoplamento por spline, com submatrizes que definem a forma e a rigidez da junta. Como a folga de projeto \u00e9 um valor conhecido, a rigidez de um sistema de acoplamento por spline pode ser analisada utilizando a mesma f\u00f3rmula.
Os resultados das simula\u00e7\u00f5es tamb\u00e9m mostram que o sistema de acoplamento por estrias pode ser modelado usando o MASTA, uma ferramenta CAE comercial de alto n\u00edvel para an\u00e1lise de transmiss\u00f5es. Nesse caso, os segmentos de estrias foram modelados como uma s\u00e9rie de segmentos com rigidez vari\u00e1vel, calculada com base na folga inicial entre os dentes das estrias. Em seguida, os segmentos de estrias foram modelados como uma s\u00e9rie de estrias com rigidez crescente, considerando diferentes varia\u00e7\u00f5es de fabrica\u00e7\u00e3o. A an\u00e1lise resultante da geometria do acoplamento por estrias \u00e9 comparada \u00e0quela obtida pela abordagem de elementos finitos.
Apesar da alta rigidez de um sistema de acoplamento por estrias, o estado de contato das superf\u00edcies de contato frequentemente se altera. Al\u00e9m disso, o acoplamento por estrias afeta a vibra\u00e7\u00e3o lateral e a deforma\u00e7\u00e3o do rotor. Contudo, a n\u00e3o linearidade da rigidez em rotores com estrias n\u00e3o \u00e9 bem estudada devido \u00e0 falta de um modelo anal\u00edtico completo.![\"eixo](\"https:\/\/img.hzpt.com\/img\/spline_shaft\/C_splineshaft_4.webp\")
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Caracter\u00edsticas do acoplamento spline<\/h2>\n
O estudo de acoplamentos por estrias envolve diversos fatores de projeto, incluindo peso, materiais e requisitos de desempenho. O peso \u00e9 particularmente importante na \u00e1rea aeron\u00e1utica, pois frequentemente representa um problema para os engenheiros de projeto devido \u00e0 varia\u00e7\u00e3o na estabilidade dimensional, peso e durabilidade dos materiais. Al\u00e9m disso, restri\u00e7\u00f5es de espa\u00e7o e outras limita\u00e7\u00f5es de configura\u00e7\u00e3o podem exigir o uso de acoplamentos por estrias em determinadas aplica\u00e7\u00f5es.
Os principais par\u00e2metros a serem considerados em qualquer projeto de acoplamento por estrias s\u00e3o a tens\u00e3o principal m\u00e1xima, o fator de m\u00e1 distribui\u00e7\u00e3o e a tens\u00e3o m\u00e1xima de apoio do dente. A magnitude de cada um desses par\u00e2metros deve ser menor ou igual ao di\u00e2metro externo da estria, para garantir a estabilidade. O di\u00e2metro externo da estria deve ser pelo menos quatro polegadas maior que o di\u00e2metro interno da estria.
Ap\u00f3s a valida\u00e7\u00e3o do projeto f\u00edsico, cria-se a base de conhecimento do acoplamento spline. Este modelo \u00e9 pr\u00e9-programado e armazena os sinais dos par\u00e2metros de projeto, incluindo restri\u00e7\u00f5es de desempenho e de fabrica\u00e7\u00e3o. Em seguida, compara os valores dos par\u00e2metros com os sinais das regras de projeto e constr\u00f3i uma representa\u00e7\u00e3o geom\u00e9trica do acoplamento spline. Um modelo visual \u00e9 criado a partir dos sinais de entrada e pode ser manipulado alterando-se diferentes par\u00e2metros e especifica\u00e7\u00f5es.
A rigidez de uma junta estriada \u00e9 outro par\u00e2metro importante para determinar a rigidez do acoplamento estriado. A distribui\u00e7\u00e3o da rigidez da junta estriada afeta a vibra\u00e7\u00e3o lateral e a deforma\u00e7\u00e3o do rotor. O m\u00e9todo dos elementos finitos \u00e9 uma t\u00e9cnica \u00fatil para obter a rigidez lateral de juntas estriadas. Este m\u00e9todo envolve muitos refinamentos de malha e requer um alto custo computacional.
O di\u00e2metro do acoplamento estriado deve ser suficientemente grande para transmitir o torque. Uma estria com di\u00e2metro maior pode ter maior capacidade de transmiss\u00e3o de torque por ter uma circunfer\u00eancia menor. No entanto, o di\u00e2metro maior de uma estria \u00e9 menor que o do eixo, e este \u00faltimo pode ser mais adequado se o torque for distribu\u00eddo por um n\u00famero maior de dentes.
Os acoplamentos estriados s\u00e3o classificados de acordo com o perfil de seus dentes nas dire\u00e7\u00f5es axial e radial. Os perfis dos dentes, tanto axial quanto radial, afetam o comportamento do componente e os danos por desgaste. Estrias com perfil de dente abaulado s\u00e3o propensas a desalinhamento angular. Normalmente, esses acoplamentos estriados s\u00e3o superdimensionados para garantir durabilidade e seguran\u00e7a.<\/p>\n
Rigidez do acoplamento spline na an\u00e1lise de vibra\u00e7\u00e3o torsional<\/h2>\n
Este artigo apresenta uma estrutura geral para o estudo da vibra\u00e7\u00e3o torsional causada pela rigidez de acoplamentos estriados em motores aeron\u00e1uticos. Baseia-se em um estudo anterior sobre acoplamentos estriados e \u00e9 caracterizada pelos seguintes tr\u00eas fatores: rigidez \u00e0 flex\u00e3o, flexibilidade total e rigidez tangencial. O primeiro crit\u00e9rio \u00e9 o di\u00e2metro equivalente das estrias externas e internas. Tanto a rigidez do acoplamento estriado quanto o deslocamento das estrias s\u00e3o avaliados utilizando-se a derivada da flexibilidade total.
A rigidez de uma junta estriada pode variar de acordo com a distribui\u00e7\u00e3o da carga ao longo da estria. As vari\u00e1veis \u200b\u200bque afetam a rigidez das juntas estriadas incluem o n\u00edvel de torque, os erros de indexa\u00e7\u00e3o dos dentes e o desalinhamento. Para explorar os efeitos dessas vari\u00e1veis, desenvolveu-se uma f\u00f3rmula anal\u00edtica. O m\u00e9todo \u00e9 aplic\u00e1vel a diversos tipos de juntas estriadas, como juntas com m\u00faltiplos componentes.
Apesar da dificuldade em calcular a rigidez do acoplamento por estrias, \u00e9 poss\u00edvel modelar o contato entre os dentes do eixo e o cubo utilizando uma abordagem anal\u00edtica. Essa abordagem auxilia na determina\u00e7\u00e3o de grandezas-chave da opera\u00e7\u00e3o do acoplamento, como press\u00f5es de pico de contato, momentos de rea\u00e7\u00e3o e momento angular. Ela permite obter resultados precisos para acoplamentos por estrias e \u00e9 adequada tanto para an\u00e1lises de vibra\u00e7\u00e3o torsional quanto para an\u00e1lises de vibra\u00e7\u00e3o estrutural.
Em modelos din\u00e2micos, assume-se geralmente que a rigidez do acoplamento estriado \u00e9 r\u00edgida. No entanto, diversos fen\u00f4menos din\u00e2micos associados \u00e0s juntas estriadas devem ser considerados em modelos de alta fidelidade da transmiss\u00e3o. Para isso, prop\u00f5e-se uma formula\u00e7\u00e3o anal\u00edtica geral de rigidez baseada em um modelo semi-anal\u00edtico de distribui\u00e7\u00e3o de carga na junta estriada. A matriz de rigidez resultante cont\u00e9m valores de rigidez radial e de inclina\u00e7\u00e3o, bem como rigidez torsional. A an\u00e1lise \u00e9 ainda simplificada com o m\u00e9todo de invers\u00e3o por blocos.
\u00c9 essencial considerar a vibra\u00e7\u00e3o torsional de um sistema de transmiss\u00e3o de pot\u00eancia antes de selecionar o acoplamento. Uma an\u00e1lise precisa da vibra\u00e7\u00e3o torsional \u00e9 crucial para a seguran\u00e7a do acoplamento. Este artigo tamb\u00e9m discute estudos de caso de desgaste de eixos estriados e falhas induzidas por tor\u00e7\u00e3o. A discuss\u00e3o concluir\u00e1 com o desenvolvimento de um m\u00e9todo robusto e eficiente para simular esses problemas em cen\u00e1rios reais.![\"eixo](\"https:\/\/img.hzpt.com\/img\/spline_shaft\/B_splineshaft_4.webp\")
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Efeito do desalinhamento da estria no acoplamento rotor-espinha<\/h2>\n
Neste estudo, investiga-se o efeito do desalinhamento da spline no acoplamento rotor-spline. Analisam-se o limite de estabilidade e o mecanismo de instabilidade do rotor. Constatou-se que a for\u00e7a de engrenamento de um acoplamento spline desalinhado aumenta de forma n\u00e3o linear com a espessura da spline. Os resultados demonstram que o desalinhamento \u00e9 respons\u00e1vel pela instabilidade do sistema de acoplamento rotor-spline.
Um desalinhamento intencional da estria \u00e9 introduzido para obter um ajuste por interfer\u00eancia e folga zero. Isso leva a uma distribui\u00e7\u00e3o desigual da carga entre os dentes da estria. Um desalinhamento adicional de 50 \u00b5m na estria pode resultar na falha do acoplamento rotor-estria. A tens\u00e3o m\u00e1xima de tra\u00e7\u00e3o na raiz desloca-se para a esquerda sob essa condi\u00e7\u00e3o.
O desalinhamento positivo das estrias aumenta o desalinhamento do engrenamento. Por outro lado, o desalinhamento negativo das estrias n\u00e3o tem efeito. O desalinhamento das estrias no sentido hor\u00e1rio \u00e9 oposto ao do sentido anti-hor\u00e1rio. A \u00e1rea de maior contato desloca-se do centro para a esquerda. Em ambos os casos, o engrenamento fica desalinhado devido \u00e0 deflex\u00e3o e inclina\u00e7\u00e3o da engrenagem sob carga.
Essa varia\u00e7\u00e3o da superf\u00edcie do dente \u00e9 medida como a mudan\u00e7a na folga no plano transversal. Os valores de folga radial e axial s\u00e3o os mesmos, enquanto a diferen\u00e7a entre os dois \u00e9 menor. Al\u00e9m da for\u00e7a de atrito, a folga axial das estrias \u00e9 a mesma, o que aumenta o desalinhamento da engrenagem. Portanto, o mesmo procedimento pode ser usado para determinar a for\u00e7a de atrito de um acoplamento rotor-estria.
O desalinhamento da malha de engrenagem influencia o desempenho do acoplamento rotor-espiga. Esse desalinhamento altera a distribui\u00e7\u00e3o da malha de engrenagem e modifica as tens\u00f5es de contato e flex\u00e3o. Portanto, \u00e9 essencial compreender os efeitos do desalinhamento em acoplamentos estriados. Utilizando um sistema simplificado de par de engrenagens helicoidais, Hong et al. examinaram a distribui\u00e7\u00e3o de carga ao longo da interface do dente da estria. Esse desalinhamento causou uma altera\u00e7\u00e3o no padr\u00e3o de contato do flanco. Os dentes desalinhados apresentaram deflex\u00e3o sob carga e desenvolveram um momento de inclina\u00e7\u00e3o na engrenagem.
O efeito do desalinhamento das estrias em acoplamentos rotor-estria\u00e7\u00e3o \u00e9 minimizado por meio de um mecanismo que reduz a folga. O mecanismo compreende elementos macho e f\u00eamea com estrias interconectadas. Um dos elementos \u00e9 formado por dois segmentos com estrias alinhados coaxialmente, cujas superf\u00edcies terminais s\u00e3o moldadas para se engatarem em rela\u00e7\u00e3o deslizante. O dispositivo de conex\u00e3o aplica cargas axiais a esses segmentos, fazendo com que girem um em rela\u00e7\u00e3o ao outro.<\/p>\n
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Editor por czh 2023-02-19<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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