ร้านจำหน่ายเพลาส่งกำลังแบบตีขึ้นรูปประสิทธิภาพสูงและแม่นยำจากจีน สินค้าขายดี

วิธีการวิเคราะห์เพื่อประมาณค่าแรงดันสัมผัสในข้อต่อแบบสไปลน์

ข้อต่อแบบสไปลน์เป็นข้อต่อเชิงกลชนิดหนึ่งที่เชื่อมต่อเพลาหมุนสองเพลาเข้าด้วยกัน ประกอบด้วยสองส่วน คือ ตัวเชื่อมต่อและตัวเชื่อมต่อ ทั้งสองส่วนมีฟันที่เกี่ยวกันและถ่ายโอนแรง อย่างไรก็ตาม โดยทั่วไปแล้ว ข้อต่อแบบสไปลน์มักมีขนาดใหญ่เกินไป ทำให้เสี่ยงต่อความล้าและพฤติกรรมทางสถิต นอกจากนี้ ปรากฏการณ์การสึกหรอยังอาจทำให้ข้อต่อเสียหายได้ ด้วยเหตุนี้ การออกแบบข้อต่อแบบสไปลน์ที่เหมาะสมจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการทำงานอย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด

การสร้างแบบจำลองการเชื่อมต่อแบบสปลายน์

ข้อต่อแบบสไปลน์กำลังได้รับความนิยมมากขึ้นในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ แต่ข้อต่อเหล่านี้ทำงานในสภาวะที่ไม่ตรงแนวเล็กน้อย ทำให้เกิดการสั่นสะเทือนและความเสียหายต่อพื้นผิวสัมผัส เพื่อแก้ปัญหานี้ บทความนี้จึงนำเสนอวิธีการวิเคราะห์เพื่อประมาณค่าแรงดันสัมผัสในข้อต่อแบบสไปลน์ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง บทความนี้จะเปรียบเทียบวิธีการวิเคราะห์กับวิธีการเชิงตัวเลขล้วนๆ เพื่อแสดงให้เห็นถึงข้อดีของวิธีการวิเคราะห์
ในการสร้างแบบจำลองข้อต่อแบบสปลายน์ ขั้นแรกคุณต้องสร้างฐานความรู้สำหรับข้อต่อแบบสปลายน์ก่อน ฐานความรู้นี้ประกอบด้วยค่าข้อกำหนดที่เป็นไปได้จำนวนมาก ซึ่งมีความสัมพันธ์กัน หากคุณแก้ไขข้อกำหนดใดข้อหนึ่ง อาจทำให้เกิดคำเตือนว่าละเมิดข้อกำหนดอื่น เพื่อให้การออกแบบถูกต้อง คุณต้องสร้างแบบจำลองข้อต่อแบบสปลายน์ที่ตรงตามค่าข้อกำหนดที่ระบุไว้
หลังจากที่คุณสร้างแบบจำลองทางเรขาคณิตแล้ว คุณต้องป้อนแรงดันสัมผัสของข้อต่อสไปลน์ทั้งสอง จากนั้น คุณต้องกำหนดตำแหน่งของวงกลมพิตช์ของสไปลน์ ในรูปที่ 2 จุดศูนย์กลางของข้อต่อตัวผู้จะซ้อนทับกับจุดศูนย์กลางของสไปลน์ตัวเมีย จากนั้น คุณต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าระยะการจับคู่ของสไปลน์ทั้งสองเท่ากัน
เมื่อคุณมีข้อมูลที่จำเป็นสำหรับการสร้างแบบจำลองการเชื่อมต่อแบบสไปลน์แล้ว คุณสามารถเริ่มต้นด้วยการป้อนข้อกำหนดสำหรับการออกแบบอินเทอร์เฟซ เมื่อคุณมีข้อมูลนี้แล้ว คุณต้องเลือกว่าจะปรับสไปลน์ภายในหรือสไปลน์ภายนอกให้เหมาะสมที่สุด คุณจะต้องระบุค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานของฟัน ซึ่งใช้ในการกำหนดความเค้นในแบบจำลองการเชื่อมต่อแบบสไปลน์ 20 ด้วย คุณควรป้อนระยะห่างนำร่อง ซึ่งเป็นระยะห่างระหว่างปลาย 186 ของฟัน 32 บนสไปลน์หนึ่งกับคุณลักษณะบนสไปลน์ที่ประกบกัน
หลังจากที่คุณป้อนข้อมูลจำเพาะที่ต้องการสำหรับสไปลน์ภายนอกแล้ว คุณสามารถป้อนพารามิเตอร์สำหรับสไปลน์ภายในได้ ตัวอย่างเช่น คุณสามารถป้อนขีดจำกัดเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก 154 ของสแนปหลัก 54 และสแนปย่อย 56 ของสไปลน์ภายใน ค่าของพารามิเตอร์เหล่านี้จะแสดงในช่องที่มีรหัสสีบนหน้าจอ GUI ของการป้อนข้อมูลและการกำหนดค่าสไปลน์ 80 เมื่อป้อนพารามิเตอร์แล้ว คุณจะเห็นภาพแสดงรูปทรงเรขาคณิตของแบบจำลองการเชื่อมต่อสไปลน์ 20

การสร้างแบบจำลองการเชื่อมต่อแบบสปลายน์ 20

แบบจำลองการเชื่อมต่อแบบสไปลน์ 20 ถูกสร้างขึ้นโดยโปรแกรมซอฟต์แวร์แบบจำลองผลิตภัณฑ์ 10 ซอฟต์แวร์จะตรวจสอบความถูกต้องของแบบจำลองการเชื่อมต่อแบบสไปลน์โดยเทียบกับฐานความรู้ของข้อจำกัดและข้อสัมพันธ์ของข้อกำหนดที่ขึ้นอยู่กับการกำหนดค่า รายงานนี้จะถูกป้อนเข้าสู่โปรแกรมวิเคราะห์ความเค้น ANSYS โดยจะแสดงรายการการกำหนดค่าทางเรขาคณิตและค่าข้อกำหนดสำหรับแต่ละคุณลักษณะของแบบจำลองการเชื่อมต่อแบบสไปลน์ 20 แบบจำลองการเชื่อมต่อแบบสไปลน์ 20 จะถูกสร้างขึ้นใหม่โดยอัตโนมัติทุกครั้งที่มีการแก้ไขการกำหนดค่าหรือข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพของแบบจำลองการเชื่อมต่อแบบสไปลน์ 20
สามารถกำหนดค่าข้อต่อแบบร่องฟันรุ่น 20 ได้โดยใช้โปรแกรมซอฟต์แวร์รุ่นผลิตภัณฑ์ 10 ผู้ใช้ระบุความยาวตามแนวแกนของชุดร่องฟัน ซึ่งอาจเป็นศูนย์หรือความยาวคงที่ ผู้ใช้ยังป้อนหน้าสัมผัสรัศมี 148 หากมี และเลือกค่าข้อกำหนดระยะห่างนำร่องที่ 14.5 องศาหรือ 30 องศา
จากนั้นผู้ใช้สามารถใช้เมาส์ 110 เพื่อแก้ไขแบบจำลองการเชื่อมต่อสปลาย 20 ได้ ฐานข้อมูลความรู้เกี่ยวกับการเชื่อมต่อสปลายประกอบด้วยค่าข้อกำหนดที่เป็นไปได้จำนวนมากและกฎการออกแบบการเชื่อมต่อสปลาย หากผู้ใช้พยายามเปลี่ยนแบบจำลองการเชื่อมต่อสปลาย แบบจำลองจะแสดงคำเตือนเกี่ยวกับการละเมิดข้อกำหนดอื่น ในบางกรณี การแก้ไขอาจทำให้การออกแบบไม่ถูกต้อง
ในแบบจำลองข้อต่อแบบร่องฟัน 20 ผู้ใช้จะป้อนข้อกำหนดความต้องการด้านประสิทธิภาพเพิ่มเติม ผู้ใช้เลือกตำแหน่งที่แรงบิดสูงสุดจะถูกส่งผ่านสำหรับร่องฟันภายในและภายนอก 38 และ 40 ตำแหน่งการถ่ายโอนแรงบิดสูงสุดจะถูกกำหนดโดยการกำหนดค่าการติดตั้งของฮาร์ดแวร์กับเพลา เมื่อเลือกแล้ว ผู้ใช้สามารถคลิก “ถัดไป” เพื่อบันทึกแบบจำลองได้ ตัวอย่างของแบบจำลองข้อต่อแบบร่องฟัน 20 จะปรากฏขึ้น
แบบจำลอง 20 เป็นตัวแทนของข้อต่อแบบสไปลน์ คุณสมบัติของข้อต่อแบบสไปลน์จะถูกป้อนตามลำดับและการจัดเรียงตามที่ระบุไว้ในหน้าจอ GUI ของแบบจำลองข้อต่อแบบสไปลน์ 20 เมื่อป้อนคุณสมบัติของข้อต่อแบบสไปลน์แล้ว โปรแกรมซอฟต์แวร์แบบจำลองผลิตภัณฑ์ 10 จะนำคุณสมบัติเหล่านั้นไปรวมเข้ากับแบบจำลองข้อต่อแบบสไปลน์ 20 นี่คือขั้นตอนสุดท้ายในการสร้างแบบจำลองข้อต่อแบบสไปลน์

การวิเคราะห์แบบจำลองการเชื่อมต่อสปลายน์ 20

การวิเคราะห์แบบจำลองการเชื่อมต่อแบบสไปลน์ประกอบด้วยการป้อนข้อมูลการกำหนดค่าและข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพ ข้อกำหนดเหล่านี้อาจสร้างขึ้นจากโปรแกรมคอมพิวเตอร์อื่น โปรแกรมซอฟต์แวร์แบบจำลองผลิตภัณฑ์ 10 จะใช้ฐานความรู้ภายในเกี่ยวกับความสัมพันธ์และข้อจำกัดของข้อกำหนดที่ขึ้นอยู่กับการกำหนดค่าเพื่อสร้างแบบจำลองพาราเมตริกสามมิติที่ถูกต้อง 20 แบบจำลองนี้มีข้อมูลที่อธิบายจำนวนและประเภทของฟันสไปลน์ 32, สแนป 34 และไหล่ 36
เมื่อคุณวิเคราะห์ข้อต่อแบบสปลายน์ โปรแกรมซอฟต์แวร์ 10 จะมีค่าเริ่มต้นสำหรับข้อกำหนดต่างๆ แบบจำลองข้อต่อแบบสปลายน์ 20 ประกอบด้วยสปลายน์ภายใน 38 และสปลายน์ภายนอก 40 สปลายน์แต่ละอันจะมีชุดพารามิเตอร์ของตัวเอง เช่น ความลึก ความกว้าง ความยาว และรัศมี สปลายน์ภายนอก 40 ก็จะมีชุดพารามิเตอร์ของตัวเองเช่นกัน เช่น ทิศทาง
เมื่อเลือกพารามิเตอร์เหล่านี้แล้ว โปรแกรมซอฟต์แวร์จะทำการวิเคราะห์ต่างๆ กับแบบจำลองข้อต่อสไปลน์ 20 โปรแกรมซอฟต์แวร์ 10 จะคำนวณความเค้นรับแรงของฟันเฟืองทั้งค่าปกติและค่าสูงสุด รวมถึงอายุการใช้งานของข้อต่อสไปลน์ นอกจากนี้ยังจะหาความแตกต่างของแรงบิดที่เกิดขึ้นระหว่างสไปลน์ภายในและภายนอก ไฟล์ผลลัพธ์จากการวิเคราะห์จะเป็นไฟล์รายงานที่มีข้อมูลการกำหนดค่าและข้อมูลจำเพาะของแบบจำลอง ไฟล์ผลลัพธ์นี้ยังสามารถนำไปใช้กับโปรแกรมคอมพิวเตอร์อื่นๆ เพื่อการวิเคราะห์เพิ่มเติมได้อีกด้วย
เมื่อตั้งค่าพารามิเตอร์เหล่านี้แล้ว ผู้ใช้จะป้อนเกณฑ์การออกแบบสำหรับแบบจำลองข้อต่อสไปลน์ 20 ในขั้นตอนนี้ ผู้ใช้จะระบุตำแหน่งการถ่ายโอนแรงบิดสูงสุดสำหรับทั้งสไปลน์ภายนอกและภายใน 38 ตำแหน่งการถ่ายโอนแรงบิดสูงสุดขึ้นอยู่กับการกำหนดค่าของฮาร์ดแวร์ที่ติดอยู่กับเพลา ผู้ใช้สามารถป้อนข้อกำหนดความต้องการประสิทธิภาพที่แตกต่างกันได้มากถึงสี่รายการสำหรับแต่ละสไปลน์
ผลการวิเคราะห์แสดงให้เห็นว่าการเชื่อมต่อแบบสไปลน์มีสองขั้นตอน ขั้นตอนแรกแสดงให้เห็นถึงการเพิ่มขึ้นอย่างมากของความเค้นและการสั่นสะเทือน ขั้นตอนที่สองแสดงให้เห็นถึงการลดลงของทั้งความเค้นและการสั่นสะเทือน ขั้นตอนที่สามแสดงให้เห็นถึงแรงขบกันคงที่ระหว่าง 300N ถึง 320N พฤติกรรมนี้ดำเนินต่อไปเป็นระยะเวลานาน จนกระทั่งถึงขั้นตอนสุดท้ายที่เชื่อมต่อกับพื้นผิว

การเยื้องศูนย์ของข้อต่อสไปลน์

งานวิจัยนี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อศึกษาตำแหน่งของแรงสัมผัสที่เกิดขึ้นในข้อต่อแบบสไปลน์ที่ฟันเฟืองสัมผัสกันภายใต้แรงบิดคงที่และการเยื้องศูนย์แบบหมุน งานวิจัยนี้ใช้วิธีการเชิงตัวเลขโดยใช้แบบจำลองวิธีไฟไนต์เอเลเมนต์ (FEM) ซึ่งได้ผลลัพธ์เชิงตัวเลขสำหรับสภาวะปกติและการเยื้องศูนย์แบบขนาน งานวิจัยนี้พิจารณาการเยื้องศูนย์สองระดับ คือ 0.02 มม. และ 0.08 มม. โดยมีระดับแรงกระทำที่แตกต่างกัน
ผลการวิจัยแสดงให้เห็นว่า การเยื้องศูนย์ระหว่างร่องฟันและโรเตอร์ทำให้แรงกัดเฟืองของระบบข้อต่อร่องฟัน-โรเตอร์เปลี่ยนแปลงไป พลวัตของระบบถูกควบคุมโดยแรงกัดเฟือง แรงกัดเฟืองของระบบข้อต่อร่องฟันที่เยื้องศูนย์มีความสัมพันธ์กับพารามิเตอร์ของระบบข้อต่อโรเตอร์-ร่องฟัน แรงบิดที่ส่งผ่าน และการกระจัดของการสั่นสะเทือนแบบไดนามิก
แม้จะไม่มีการวัดที่แม่นยำ แต่การเยื้องศูนย์ของสไปลน์เป็นปัญหาที่พบได้ทั่วไป ปัญหานี้รุนแรงขึ้นเนื่องจากสไปลน์มักมีระยะคลอน ซึ่งเป็นผลมาจากการเยื้องศูนย์ของสไปลน์ ผู้เขียนได้วิเคราะห์สไปลน์หลายแบบ โดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางพิทช์และอัตราส่วนความยาวต่อเส้นผ่านศูนย์กลางที่แตกต่างกัน
ข้อต่อแบบสไปลน์เป็นระบบกลไกสองมิติที่มีระยะคลอนเป็นบวก ข้อต่อแบบสไปลน์ประกอบด้วยดุมและเพลา และมีระยะห่างระหว่างปลายถึงโคนที่มากกว่าระยะคลอน ระยะห่างตามรูปทรงนั้นเพียงพอที่จะป้องกันการสัมผัสกันระหว่างปลายกับโคนของส่วนโค้ง แรงบิดบนสไปลน์จะถูกส่งผ่านโดยแรงเสียดทาน
เมื่อข้อต่อแบบสไปลน์ไม่ตรงแนว จะเกิดแรงผลักที่เอนเอียงไปทางแรงบิด ในสถานการณ์เช่นนี้ แรงผลักอาจมากกว่าแรงบิด ทำให้ชิ้นส่วนเสียแนว การส่งผ่านแรงบิดและแรงผลักแบบสองทิศทางได้รับการจำลองทางวิเคราะห์ในงานวิจัยนี้ วิธีการวิเคราะห์ให้คำตอบที่สามารถนำไปใช้ในกระบวนการออกแบบได้ ดังนั้น ครั้งต่อไปที่คุณพบปัญหาข้อต่อแบบสไปลน์ไม่ตรงแนว อย่าลืมใช้วิธีการวิเคราะห์!
ในการศึกษานี้ ได้ทำการวิเคราะห์การเชื่อมต่อแบบสไปลน์ภายใต้สภาวะปกติโดยไม่มีการเยื้องศูนย์แบบขนาน ค่าความแข็งที่ได้คือค่าความแตกต่างเป็นเปอร์เซ็นต์ระหว่างเส้นผ่านศูนย์กลางพิทช์ปกติและเส้นผ่านศูนย์กลางที่ใช้ในการรับแรง นอกจากนี้ ค่าความแตกต่างเป็นเปอร์เซ็นต์สูงสุดของเส้นผ่านศูนย์กลางพิทช์ที่วัดได้คือ 1.60% ภายใต้แรงบิด 5000 N*m โดยได้พิจารณาพารามิเตอร์อีกตัวหนึ่งคือ มุมพิทช์ ในการคำนวณด้วย

แก้ไขโดย CX 2023-05-23