Kamalı Bağlantı Elemanlarının Rijitliğini, Merkezleme Kuvvetini, Aşınmasını ve Yorulma Hasarını Hesaplama Yöntemi

Çeşitli tipte kamalı bağlantı elemanları bulunmaktadır. Bu bağlantı elemanlarının birkaç önemli özelliği vardır. Bu özellikler şunlardır: Sertlik, İnvolüt kamalar, Hizalama hatası, Aşınma ve yorulma arızası. Bu özelliklerin kamalı bağlantı elemanlarıyla nasıl ilişkili olduğunu anlamak için bu makaleyi okuyun. Bu makale, ihtiyaçlarınıza en uygun bağlantı elemanı türünü belirlemeniz için gerekli bilgiyi sağlayacaktır. Kamalı bağlantı elemanlarının genellikle küresel şekilde olduğunu ve çelikten yapıldığını unutmayın.

İnvolüt spline'lar

Etkin bir yanal girişim durumu, dişli hizalama hatasını en aza indirir. İki kama, kama hizalama hatası olmadan birleştirildiğinde, maksimum çekme kök gerilimi beş mm sola kayar. Kama temasının uzunluğu boyunca birden fazla bağlantıdan kaynaklanan doğrusal bir adım değişimi, etkin boşluğu veya girişimi belirli bir yüzde oranında artırır. Bu tür bir hizalama hatası, yüksek hızlı ekipmanların birleştirilmesi için istenmeyen bir durumdur.
İnvolüt kamalar genellikle dişli kutularında kullanılır. Bu kamalar yüksek tork iletir ve kaplin çevresi boyunca birden fazla diş arasında yükü daha iyi dağıtabilir. İnvolüt profil ve adım hataları, kama dişleri ve kama yuvaları arasındaki mesafeyle ilgilidir. Kaplin uygulamaları için, endüstri uygulamalarında kama dişlerinin yüzde 25 ila 50'sinin temas halinde olduğu kamalar kullanılır. Bu yük dağılımı, geleneksel tek kamalı kaplinlere göre daha homojendir.
Karmaşık bir kama bağlantısı için en uygun diş temasını belirlemek amacıyla, Xiangzhen Xue ve meslektaşları, kamalara uygulanan gerilimi simüle etmek için bir bilgisayar modeli kullandılar. Bu çalışmanın sonuçları, bağlantıda "izin verilebilir" bir Ruiz parametresinin kullanılması gerektiğini gösterdi. Araştırmacılar, taçlı bir kamada meydana gelen aşınma ve yıpranma miktarını tahmin ederek, bileşenlerin bağlantı işlemi sırasında ne kadar hasar göreceğini doğru bir şekilde tahmin edebildiler.
İnvolüt kamalı dişliler için optimum basınç açısını belirlemenin birkaç yolu vardır. İnvolüt kamalı dişliler genellikle 30 derecelik bir basınç açısı kullanılarak ölçülür. Dişlilere benzer şekilde, involüt kamalı dişliler tipik olarak pimler üzerinden ölçüm yapılarak test edilir. Bu, dişli dişleri arasına belirli boyutlarda teller yerleştirmeyi ve aralarındaki mesafeyi ölçmeyi içerir. Bu yöntem, dişlinin uygun bir diş profiline sahip olup olmadığını gösterebilir.
Şekil 1'de gösterilen spline sistemi bir titreşim modelini göstermektedir. Bu simülasyon, kullanıcının involüt spline'ların birleştirmede nasıl kullanıldığını anlamasına olanak tanır. Titreşim modeli, ana tahrik milini, iç spline'ı ve yükü temsil eden dört yoğunlaştırılmış kütle bloğunu göstermektedir. Burada önemli olan, ağ oluşturma deformasyon fonksiyonunun bu üç bileşen üzerinde etkili olan kuvvetleri temsil etmesidir.

Bağlantının sertliği

Bir spline bağlantısının sertliğinin hesaplanması, dişlerinin birbirine geçme oranının ölçülmesini içerir. Aşağıda, iki farklı yöntem kullanarak çeşitli diş tiplerine sahip bir spline bağlantısının sertliğini analiz edeceğiz. Doğrudan ters çevirme ve blok bazlı ters çevirme yöntemlerinin her ikisi de sertlik hesaplaması için CPU süresini azaltır. Ancak, değerlendirme alt matrisleri gerektirirler. Burada, bu iki yöntem arasındaki farkları tartışacağız.
İkinci bölümde, spline bağlantıları için analitik model türetilmiştir. Üçüncü bölümde, hesaplama süreci ayrıntılı olarak açıklanmıştır. Daha sonra bu modeli sonlu elemanlar yöntemiyle doğrulamış bulunmaktayız. Son olarak, rijitlik doğrusal olmayanlığının rotor dinamiği üzerindeki etkisini tartışıyoruz. Son olarak, her yöntemin avantaj ve dezavantajlarını ele alıyoruz. Spline bağlantılarının yanal rijitliğini tahmin etmek için basit ama etkili bir yöntem sunuyoruz.
Kamalı bağlantının sayısal hesaplaması, yarı analitik kamalı yük dağıtım modeline dayanmaktadır. Bu yöntem, hassaslaştırılmış temas ızgaralarını ve her yinelemede uyumluluk matrisinin güncellenmesini içerir. Bu nedenle, önemli miktarda hesaplama süresi tüketir. Ayrıca, bu yöntemin bir rotorun dinamik analizine uygulanması zordur. Bu yöntemin kendi sınırlamaları vardır ve yalnızca kamalı bağlantı tamamen incelendiğinde kullanılmalıdır.
Dişli kavrama kuvveti, yanlış hizalanmış bir kama bağlantısının oluşturduğu kuvvettir. Kama kalınlığı ve rotorun ilettiği tork ile ilişkilidir. Dişli kavrama kuvveti ayrıca dinamik titreşim yer değiştirmesiyle de ilişkilidir. Dişli kavrama kuvveti analizinden elde edilen sonuçlar Şekil 7, 8 ve 9'da verilmiştir.
Bu makalede sunulan analiz, yanlış hizalanmış bir spline'a sahip spline bağlantılarının rijitliğini araştırmayı amaçlamaktadır. Önceki çalışmaların sonuçları doğru olsa da, bazı sorunlar devam etmektedir. Örneğin, spline'ın yanlış hizalanması temas hasarlarına neden olabilir. Bu makalenin amacı, yanlış hizalanmış spline bağlantılarıyla ilgili sorunları araştırmak ve bir spline bağlantısında temas basıncını tahmin etmek için analitik bir yaklaşım önermektir. Ayrıca sonuçlarımızı tamamen sayısal yaklaşımlarla elde edilen sonuçlarla karşılaştırıyoruz.

Hizalama hatası

Merkezleme kuvvetini belirlemek için etkin basınç açısının bilinmesi gerekir. Etkin basınç açısı kullanılarak, maksimum eksenel ve radyal yükler ve güncellenmiş Dudley hizalama faktörleri temel alınarak merkezleme kuvveti hesaplanır. Merkezleme kuvveti, sürtünme yoluyla iletilebilen maksimum eksenel kuvvettir. Hesaplamaya, yayınlanmış çeşitli hizalama faktörleri de dahil edilmiştir. Bu makalede, normal kuvvetteki kam etkisini dikkate alan yeni bir yöntem sunulmaktadır.
Bu yeni yöntemde, kama bağlantısı boyunca rijitlik entegre edilerek burulma titreşim analizine uygulanabilen küresel bir rijitlik elde edilebilir. Rulmanların rijitliği, belirli hizalama sapma seviyelerinde de hesaplanabilir ve bu da rulman boyutlarının doğru bir şekilde tahmin edilmesini sağlar. Rulmanların doğru boyutlandırıldığından ve hizalandığından emin olmak için rijitliklerinin her zaman kontrol edilmesi önerilir.
Kamalı bağlantıdaki bir hizalama hatası aşınmaya hatta arızaya yol açabilir. Bu, yanlış hizalanmış bir adım profili nedeniyle oluşur. Dişler involüt profil boyunca temas halinde olduğundan bu sorun genellikle göz ardı edilir. Bu durum, yükün temas hattı boyunca eşit olarak dağılmamasına neden olur. Sonuç olarak, hizalama hatasının kamalı bağlantının dişleri üzerindeki temas kuvveti üzerindeki etkisini dikkate almak önemlidir.
Şekil 2'deki erkek spline'ın merkezi dişi spline'ın üzerine yerleştirilmiştir. Hizalama dişli mesafeleri de aynıdır. Bu nedenle, dişli kuvvet eğrileri dinamik titreşim yer değiştirmesine göre değişecektir. Bir spline bağlantısını uygulamadan önce parametrelerini bilmek gereklidir. Bu makalede, spline bağlantıları için yanlış hizalama modeli ve ilgili parametreler sunulmuştur.
Kendi geliştirdiğimiz bir kamalı bağlantı test düzeneği kullanılarak, kamalı bağlantıda hizalama hatasının etkileri incelenmiştir. Tipik kamalı bağlantının aksine, kamalı bağlantıda hizalama hatası, diş yüzeyinde belirli bir konumda sürtünme aşınmasına neden olur. Bu, bu tip bağlantılarda arızanın önde gelen nedenlerinden biridir.

Aşınma ve yorulma kaynaklı arıza

Aşınma ve yorulma nedeniyle kamalı bağlantıların arızalanması, diş aşınmasının ve şaft hizalama hatasının ilk ortaya çıkmasıyla belirlenir. Standart tasarım yöntemleri aşınma hasarını hesaba katmaz ve yorulma ömrünü büyük yaklaşımlarla değerlendirir. Kamalı bağlantılarda aşınma ve yorulma hasarını değerlendirmek için deneysel araştırmalar yapılmıştır. Testler, standart bir yorulma makinesine bağlı özel bir cihaz ve özel bir test düzeneği üzerinde gerçekleştirilmiştir. Yorulma hasarını ölçmek için tork, hizalama açısı ve eksenel mesafe gibi çalışma parametreleri değiştirilmiştir. Aşırı boyutlandırma da değerlendirilmiştir.
Yorulma ve aşınma sırasında, dış ve iç kamalar arasında mekanik kayma meydana gelir ve bu da felaketle sonuçlanan arızaya yol açar. Havacılık motorlarındaki kama bağlantılarının aşınması ve yorulmasıyla ilgili literatür eksikliği, bağlantının uygulamasına ilişkin verilerin yetersizliğinden kaynaklanıyor olabilir. Kama bağlantılarındaki aşınma ve yorulma arızası, malzeme çifti, geometri ve yağlama koşulları da dahil olmak üzere bir dizi faktöre bağlıdır.
Kamalı bağlantıların analizi, aşırı boyutlandırmanın yaygın olduğunu ve sistemde çeşitli hasarlara yol açtığını göstermektedir. Başlıca hasarlar arasında aşınma, sürtünme, korozyon ve diş yorgunluğu yer almaktadır. Endüstriyel ortamlarda gürültü sorunları da gözlemlenmiştir. Bununla birlikte, kamalı bağlantıların temas davranışını değerlendirmek zordur ve sayısal simülasyonlar genellikle belirli kodların ve sınır eleman yönteminin kullanımıyla engellenmektedir.
Kamalı dişli kaplinindeki arıza yorulma nedeniyle meydana gelmiş ve kırılma kama yuvasının alt köşe yarıçapında başlamıştır. Kama yuvası ve kamalar, akma dayanımının ötesinde aşırı yüklenmiş ve kamalı dişli dişlerinde önemli bir akma gözlemlenmiştir. Standart olmayan alaşımlı çelikten yapılmış bir kırılma halkası, önemli bir gerilim yoğunlaştırıcı olan keskin bir köşe yarıçapı sergilemiştir.
Ömürlerini belirlemek için çeşitli bileşenler incelenmiştir. Bu bileşenler arasında kama mili, sızdırmazlık cıvatası ve grafit halka bulunur. Bu bileşenlerin her birinin kendine özgü tasarım parametreleri vardır. Bununla birlikte, bu bileşenlerin dağılımlarında benzerlikler mevcuttur. Kamalı bağlantıların aşınma ve yorulma arızası, bu üç faktörün bir kombinasyonuna bağlanabilir. Bir arıza modu genellikle gerilim ve gerinimlerin doğrusal olmayan bir dağılımı olarak tanımlanır.

CX tarafından düzenlendi, 23.10.2023