Kina Standard Anpassad Stål Spur Spiral Pinion Tand Spline Shaft Gear Shaft med God Kvalitet

Hur man beräknar styvhet, centreringskraft, slitage och utmattningsbrott hos splinekopplingar

Det finns olika typer av splinekopplingar. Dessa kopplingar har flera viktiga egenskaper. Dessa egenskaper är: Styvhet, evolventa splinekopplingar, feljustering, slitage och utmattningsbrott. För att förstå hur dessa egenskaper relaterar till splinekopplingar, läs den här artikeln. Den ger dig den nödvändiga kunskapen för att avgöra vilken typ av koppling som bäst passar dina behov. Med tanke på att splinekopplingar vanligtvis är sfäriska till formen är de tillverkade av stål.

Involventa splines

Ett effektivt sidointerferensförhållande minimerar kugghjulsfeljustering. När två splines är kopplade utan splinesfeljustering förskjuts den maximala dragrotspänningen åt vänster med fem mm. En linjär variation i stigning, som är resultatet av flera anslutningar längs splineskontaktens längd, ökar det effektiva spelet eller interferensen med en given procentandel. Denna typ av feljustering är oönskad för koppling av höghastighetsutrustning.
Evolventa splines används ofta i växellådor. Dessa splines överför högt vridmoment och kan bättre fördela lasten mellan flera tänder längs kopplingens omkrets. Evolventprofilen och stigningsfelen är relaterade till avståndet mellan splinetänderna och kilspåren. För kopplingstillämpningar använder industripraxis splines med 25 till femtio procent av splinetänderna inkopplade. Denna lastfördelning är mer enhetlig än den för konventionella kopplingar med en kil.
För att bestämma det optimala tandingreppet för en involverad splinekoppling använde Xiangzhen Xue och kollegor en datormodell för att simulera den belastning som appliceras på splines. Resultaten från denna studie visade att en "tillåten" Ruiz-parameter bör användas vid koppling. Genom att förutsäga mängden slitage på en krönt spline kunde forskarna exakt förutsäga hur mycket skada komponenterna kommer att drabbas av under kopplingsprocessen.
Det finns flera sätt att bestämma den optimala tryckvinkeln för en evolvent spline. Evolventa splines mäts vanligtvis med en tryckvinkel på 30 grader. I likhet med kugghjul testas evolventa splines vanligtvis genom en mätning över stift. Detta innebär att man sätter in trådar av specifik storlek mellan kugghjulets tänder och mäter avståndet mellan dem. Denna metod kan avgöra om kugghjulet har en korrekt tandprofil.
Splinesystemet som visas i figur 1 illustrerar en vibrationsmodell. Denna simulering låter användaren förstå hur evolventa splines används vid koppling. Vibrationsmodellen visar fyra koncentrerade massblock som representerar drivmotorn, den inre splinen och lasten. Det är viktigt att notera att den ingripande deformationsfunktionen representerar de krafter som verkar på dessa tre komponenter.

Kopplingens styvhet

Beräkningen av styvheten hos en splinekoppling innefattar mätning av dess tandingrepp. I det följande analyserar vi styvheten hos en splinekoppling med olika typer av kuggar med hjälp av två olika metoder. Direkt inversion och blockvis inversion minskar båda CPU-tiden för styvhetsberäkning. De kräver dock utvärderingsundermatriser. Här diskuterar vi skillnaderna mellan dessa två metoder.
Den analytiska modellen för splinekopplingar härleds i det andra avsnittet. I det tredje avsnittet förklaras beräkningsprocessen i detalj. Vi validerar sedan denna modell mot FE-metoden. Slutligen diskuterar vi inverkan av styvhetens icke-linjäritet på rotordynamiken. Slutligen diskuterar vi fördelarna och nackdelarna med varje metod. Vi presenterar en enkel men effektiv metod för att uppskatta den laterala styvheten hos splinekopplingar.
Den numeriska beräkningen av splinekopplingen är baserad på den semianalytiska splinebelastningsfördelningsmodellen. Denna metod involverar förfinade kontaktnät och uppdatering av efterlevnadsmatrisen vid varje iteration. Därför förbrukar den betydande beräkningstid. Dessutom är det svårt att tillämpa denna metod på dynamisk analys av en rotor. Denna metod har sina egna begränsningar och bör endast användas när splinekopplingen är fullständigt undersökt.
Ingreppskraften är den kraft som genereras av en feljusterad splinekoppling. Den är relaterad till splinetjockleken och rotorns överförda vridmoment. Ingreppskraften är också relaterad till den dynamiska vibrationsförskjutningen. Resultatet från ingreppskraftsanalysen ges i figur 7, 8 och 9.
Analysen som presenteras i denna artikel syftar till att undersöka styvheten hos splinekopplingar med en feljusterad spline. Även om resultaten från tidigare studier var korrekta kvarstod vissa problem. Till exempel kan feljustering av spline orsaka kontaktskador. Syftet med denna artikel är att undersöka problemen i samband med feljusterade splinekopplingar och föreslå en analytisk metod för att uppskatta kontakttrycket i en splineförbindning. Vi jämför också våra resultat med de som erhållits med rena numeriska metoder.

Feljustering

För att bestämma centreringskraften måste den effektiva tryckvinkeln vara känd. Med hjälp av den effektiva tryckvinkeln beräknas centreringskraften baserat på de maximala axiella och radiella belastningarna och uppdaterade Dudley-feljusteringsfaktorer. Centreringskraften är den maximala axiella kraften som kan överföras genom friktion. Flera publicerade feljusteringsfaktorer ingår också i beräkningen. En ny metod presenteras i denna artikel som beaktar kameffekten i normalkraften.
I denna nya metod kan styvheten längs splinesförbandet integreras för att erhålla en global styvhet som är tillämplig för torsionsvibrationsanalys. Lagerstyvheten kan också beräknas vid givna nivåer av feljustering, vilket möjliggör en noggrann uppskattning av lagrens dimensioner. Det är lämpligt att kontrollera lagrens styvhet hela tiden för att säkerställa att de är korrekt dimensionerade och uppriktade.
En feljustering i en splinekoppling kan leda till slitage eller till och med fel. Detta orsakas av en felaktigt justerad stigningsprofil. Detta problem förbises ofta, eftersom tänderna är i kontakt genom hela den evolventa profilen. Detta gör att lasten inte fördelas jämnt längs kontaktlinjen. Följaktligen är det viktigt att beakta effekten av feljustering på kontaktkraften på splinekopplingens tänder.
Centrumet på hansplinen i figur 2 är överlagrat på honsplinen. Inriktningsavstånden är också identiska. Därför kommer inriktningskraftkurvorna att ändras beroende på den dynamiska vibrationsförskjutningen. Det är nödvändigt att känna till parametrarna för en splinekoppling innan den implementeras. I denna artikel presenteras modellen för feljustering för splinekopplingar och relaterade parametrar.
Med hjälp av en egentillverkad testrigg för splinekopplingar studeras effekterna av feljustering på en splinekoppling. Till skillnad från den typiska splinekopplingen orsakar feljustering i en splinekoppling nötningsslitage på en specifik position på tandytan. Detta är en ledande orsak till fel i dessa typer av kopplingar.

Slitage och utmattningsbrott

Fel i en splinekoppling på grund av slitage och utmattning bestäms av den första förekomsten av tandslitage och axelfeljustering. Standardkonstruktionsmetoder tar inte hänsyn till slitageskador och bedömer utmattningslivslängden med stora approximationer. Experimentella undersökningar har utförts för att bedöma slitage och utmattningsskador i splinekopplingar. Testerna utfördes på en dedikerad testrigg och en speciell anordning ansluten till en standardutmattningsmaskin. Arbetsparametrar som vridmoment, feljusteringsvinkel och axiellt avstånd har varierats för att mäta utmattningsskador. Överdimensionering har också bedömts.
Under utmattning och slitage sker mekanisk glidning mellan de yttre och inre splines och resulterar i katastrofala fel. Bristen på litteratur om slitage och utmattning av splineskopplingar i flygmotorer kan bero på bristen på data om kopplingens tillämpning. Slitage och utmattningsbrott i splines beror på ett antal faktorer, inklusive materialpar, geometri och smörjförhållanden.
Analysen av splinekopplingar visar att överdimensionering är vanligt och leder till olika skador i systemet. Några av de största skadorna är slitage, nötning, korrosion och tandutmattning. Bullerproblem har också observerats i industriella miljöer. Det är dock svårt att utvärdera kontaktbeteendet hos splinekopplingar, och numeriska simuleringar hindras ofta av användningen av specifika koder och randelementmetoden.
Felet i en splineskoppling orsakades av utmattning, och brottet började vid kilspårets nedre hörnradie. Kilspåret och splinesen hade överbelastats utöver sin sträckgräns, och betydande fjädring observerades i splinesväxelns kuggar. En brottring av icke-standardlegerat stål uppvisade en skarp hörnradie, vilket var en betydande spänningshöjare.
Flera komponenter studerades för att fastställa deras livslängd. Dessa komponenter inkluderar splinesaxeln, tätningsbulten och grafitringen. Var och en av dessa komponenter har sin egen uppsättning konstruktionsparametrar. Det finns dock likheter i fördelningarna av dessa komponenter. Slitage och utmattningsbrott hos splinekopplingar kan tillskrivas en kombination av de tre faktorerna. Ett felmod definieras ofta som en icke-linjär fördelning av spänningar och töjningar.

redaktör av CX 2023-05-26