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C\u00f3mo calcular la rigidez, la fuerza de centrado, el desgaste y la falla por fatiga de los acoplamientos estriados.<\/h2>\n
Existen diversos tipos de acoplamientos estriados. Estos acoplamientos poseen varias propiedades importantes, tales como: rigidez, estr\u00edas de evolvente, desalineaci\u00f3n, desgaste y fatiga. Para comprender c\u00f3mo se relacionan estas caracter\u00edsticas con los acoplamientos estriados, lea este art\u00edculo. Le proporcionar\u00e1 el conocimiento necesario para determinar qu\u00e9 tipo de acoplamiento se adapta mejor a sus necesidades. Tenga en cuenta que los acoplamientos estriados suelen ser esf\u00e9ricos y est\u00e1n fabricados de acero.![\"eje](\"https:\/\/img.hzpt.com\/img\/spline_shaft\/T_splineshaft_4.webp\")
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Splines involutas<\/h2>\n
Una interferencia lateral efectiva minimiza la desalineaci\u00f3n de los engranajes. Cuando dos estr\u00edas se acoplan sin desalineaci\u00f3n, la tensi\u00f3n m\u00e1xima en la ra\u00edz se desplaza cinco mil\u00edmetros hacia la izquierda. Una variaci\u00f3n lineal en el avance, resultante de m\u00faltiples conexiones a lo largo del contacto de la estr\u00eda, aumenta la holgura efectiva o la interferencia en un porcentaje determinado. Este tipo de desalineaci\u00f3n es indeseable para el acoplamiento de equipos de alta velocidad.
Las estr\u00edas evolventes se utilizan frecuentemente en cajas de engranajes. Estas estr\u00edas transmiten un par elevado y distribuyen mejor la carga entre los m\u00faltiples dientes a lo largo de la circunferencia del acoplamiento. El perfil evolvente y los errores de avance est\u00e1n relacionados con el espaciado entre los dientes de la estr\u00eda y las chavetas. En aplicaciones de acoplamiento, la industria utiliza estr\u00edas con entre un 25 % y un 50 % de los dientes acoplados. Esta distribuci\u00f3n de carga es m\u00e1s uniforme que la de los acoplamientos convencionales de una sola chaveta.
Para determinar el acoplamiento \u00f3ptimo de los dientes en un acoplamiento de estr\u00edas complejo, Xiangzhen Xue y sus colegas utilizaron un modelo inform\u00e1tico para simular la tensi\u00f3n aplicada a las estr\u00edas. Los resultados de este estudio demostraron que se debe utilizar un par\u00e1metro de Ruiz \"admisible\" en el acoplamiento. Al predecir el desgaste de una estr\u00eda coronada, los investigadores pudieron predecir con precisi\u00f3n el da\u00f1o que sufrir\u00e1n los componentes durante el proceso de acoplamiento.
Existen varias maneras de determinar el \u00e1ngulo de presi\u00f3n \u00f3ptimo para una estr\u00eda evolvente. Generalmente, las estr\u00edas evolventes se miden con un \u00e1ngulo de presi\u00f3n de 30 grados. Al igual que los engranajes, las estr\u00edas evolventes se suelen probar mediante una medici\u00f3n con pasadores. Esto implica insertar alambres de un tama\u00f1o espec\u00edfico entre los dientes del engranaje y medir la distancia entre ellos. Este m\u00e9todo permite determinar si el engranaje tiene un perfil de diente adecuado.
El sistema de splines que se muestra en la Figura 1 ilustra un modelo de vibraci\u00f3n. Esta simulaci\u00f3n permite comprender c\u00f3mo se utilizan los splines de evolvente en el acoplamiento. El modelo de vibraci\u00f3n muestra cuatro bloques de masa concentrada que representan el motor principal, el spline interno y la carga. Es importante destacar que la funci\u00f3n de deformaci\u00f3n de mallado representa las fuerzas que act\u00faan sobre estos tres componentes.![\"eje](\"https:\/\/img.hzpt.com\/img\/spline_shaft\/C_splineshaft_4.webp\")
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Rigidez del acoplamiento<\/h2>\n
El c\u00e1lculo de la rigidez de un acoplamiento spline implica la medici\u00f3n del acoplamiento de sus dientes. A continuaci\u00f3n, analizamos la rigidez de un acoplamiento spline con distintos tipos de dientes mediante dos m\u00e9todos diferentes. Tanto la inversi\u00f3n directa como la inversi\u00f3n por bloques reducen el tiempo de CPU para el c\u00e1lculo de la rigidez. Sin embargo, requieren submatrices de evaluaci\u00f3n. Aqu\u00ed, analizamos las diferencias entre estos dos m\u00e9todos.
En la segunda secci\u00f3n se deriva el modelo anal\u00edtico para acoplamientos spline. En la tercera secci\u00f3n, se explica detalladamente el proceso de c\u00e1lculo. A continuaci\u00f3n, validamos este modelo compar\u00e1ndolo con el m\u00e9todo de elementos finitos (MEF). Finalmente, analizamos la influencia de la no linealidad de la rigidez en la din\u00e1mica del rotor. Por \u00faltimo, discutimos las ventajas y desventajas de cada m\u00e9todo. Presentamos un m\u00e9todo sencillo pero eficaz para estimar la rigidez lateral de los acoplamientos spline.
El c\u00e1lculo num\u00e9rico del acoplamiento spline se basa en el modelo semianal\u00edtico de distribuci\u00f3n de carga spline. Este m\u00e9todo implica mallas de contacto refinadas y la actualizaci\u00f3n de la matriz de cumplimiento en cada iteraci\u00f3n. Por lo tanto, consume un tiempo de c\u00e1lculo considerable. Adem\u00e1s, resulta dif\u00edcil aplicar este m\u00e9todo al an\u00e1lisis din\u00e1mico de un rotor. Este m\u00e9todo presenta limitaciones y solo debe utilizarse cuando el acoplamiento spline se haya investigado exhaustivamente.
La fuerza de engranaje es la fuerza generada por un acoplamiento de estr\u00edas desalineado. Est\u00e1 relacionada con el espesor de las estr\u00edas y el par de transmisi\u00f3n del rotor. La fuerza de engranaje tambi\u00e9n est\u00e1 relacionada con el desplazamiento de vibraci\u00f3n din\u00e1mica. El resultado obtenido del an\u00e1lisis de la fuerza de engranaje se muestra en las figuras 7, 8 y 9.
El an\u00e1lisis presentado en este art\u00edculo tiene como objetivo investigar la rigidez de los acoplamientos de espiga con una espiga desalineada. Si bien los resultados de estudios previos fueron precisos, persist\u00edan algunos problemas. Por ejemplo, la desalineaci\u00f3n de la espiga puede causar da\u00f1os por contacto. El objetivo de este art\u00edculo es investigar los problemas asociados con los acoplamientos de espiga desalineados y proponer un enfoque anal\u00edtico para estimar la presi\u00f3n de contacto en una conexi\u00f3n de espiga. Tambi\u00e9n comparamos nuestros resultados con los obtenidos mediante m\u00e9todos puramente num\u00e9ricos.<\/p>\n
Desalineaci\u00f3n<\/h2>\n
Para determinar la fuerza de centrado, es necesario conocer el \u00e1ngulo de presi\u00f3n efectivo. Utilizando este \u00e1ngulo, la fuerza de centrado se calcula en funci\u00f3n de las cargas axiales y radiales m\u00e1ximas y los factores de desalineaci\u00f3n de Dudley actualizados. La fuerza de centrado es la fuerza axial m\u00e1xima que puede transmitirse por fricci\u00f3n. En el c\u00e1lculo tambi\u00e9n se incluyen varios factores de desalineaci\u00f3n publicados. En este art\u00edculo se presenta un nuevo m\u00e9todo que considera el efecto de leva en la fuerza normal.
En este nuevo m\u00e9todo, la rigidez a lo largo de la junta estriada se puede integrar para obtener una rigidez global aplicable al an\u00e1lisis de vibraciones torsionales. La rigidez de los cojinetes tambi\u00e9n se puede calcular para diferentes niveles de desalineaci\u00f3n, lo que permite estimar con precisi\u00f3n sus dimensiones. Es recomendable verificar la rigidez de los cojinetes peri\u00f3dicamente para asegurar que tengan el tama\u00f1o y la alineaci\u00f3n adecuados.
Una desalineaci\u00f3n en un acoplamiento estriado puede provocar desgaste o incluso fallos. Esto se debe a un perfil de paso incorrectamente alineado. Este problema suele pasarse por alto, ya que los dientes est\u00e1n en contacto a lo largo de todo el perfil de evolvente. Esto provoca que la carga no se distribuya uniformemente a lo largo de la l\u00ednea de contacto. Por consiguiente, es importante considerar el efecto de la desalineaci\u00f3n en la fuerza de contacto sobre los dientes del acoplamiento estriado.
En la Figura 2, el centro de la spline macho se superpone a la spline hembra. Las distancias de engranaje de alineaci\u00f3n tambi\u00e9n son id\u00e9nticas. Por lo tanto, las curvas de fuerza de engranaje variar\u00e1n seg\u00fan el desplazamiento de vibraci\u00f3n din\u00e1mica. Es necesario conocer los par\u00e1metros de un acoplamiento de spline antes de implementarlo. En este art\u00edculo, se presenta el modelo de desalineaci\u00f3n para acoplamientos de spline y sus par\u00e1metros correspondientes.
Mediante un banco de pruebas de acoplamiento estriado de fabricaci\u00f3n propia, se estudian los efectos de la desalineaci\u00f3n en este tipo de acoplamiento. A diferencia de los acoplamientos estriados convencionales, la desalineaci\u00f3n en un acoplamiento estriado provoca desgaste por fricci\u00f3n en una posici\u00f3n espec\u00edfica de la superficie del diente. Esta es una de las principales causas de fallo en este tipo de acoplamientos.![\"eje](\"https:\/\/img.hzpt.com\/img\/spline_shaft\/B_splineshaft_4.webp\")
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Fallo por desgaste y fatiga<\/h2>\n
La falla de un acoplamiento estriado debido al desgaste y la fatiga se determina por la primera aparici\u00f3n de desgaste dentado y desalineaci\u00f3n del eje. Los m\u00e9todos de dise\u00f1o est\u00e1ndar no consideran el da\u00f1o por desgaste y eval\u00faan la vida \u00fatil por fatiga con grandes aproximaciones. Se han realizado investigaciones experimentales para evaluar el da\u00f1o por desgaste y fatiga en acoplamientos estriados. Las pruebas se llevaron a cabo en un banco de pruebas espec\u00edfico y un dispositivo especial conectado a una m\u00e1quina de fatiga est\u00e1ndar. Se variaron par\u00e1metros de trabajo como el par, el \u00e1ngulo de desalineaci\u00f3n y la distancia axial para medir el da\u00f1o por fatiga. Tambi\u00e9n se evalu\u00f3 el sobredimensionamiento.
Durante la fatiga y el desgaste, se produce un deslizamiento mec\u00e1nico entre las estr\u00edas externas e internas, lo que resulta en una falla catastr\u00f3fica. La escasez de bibliograf\u00eda sobre el desgaste y la fatiga de los acoplamientos estriados en motores aeron\u00e1uticos puede deberse a la falta de datos sobre su aplicaci\u00f3n. El desgaste y la falla por fatiga en las estr\u00edas dependen de varios factores, incluyendo el par de materiales, la geometr\u00eda y las condiciones de lubricaci\u00f3n.
El an\u00e1lisis de los acoplamientos estriados muestra que el sobredimensionamiento es frecuente y provoca diversos da\u00f1os en el sistema. Algunos de los da\u00f1os m\u00e1s importantes son el desgaste, la fricci\u00f3n, la corrosi\u00f3n y la fatiga de los dientes. Tambi\u00e9n se han observado problemas de ruido en entornos industriales. Sin embargo, resulta dif\u00edcil evaluar el comportamiento de contacto de los acoplamientos estriados, y las simulaciones num\u00e9ricas suelen verse limitadas por el uso de c\u00f3digos espec\u00edficos y el m\u00e9todo de elementos de contorno.
La falla de un acoplamiento de engranajes estriados se debi\u00f3 a fatiga, y la fractura se inici\u00f3 en el radio de la esquina inferior del chavetero. El chavetero y las estr\u00edas se hab\u00edan sobrecargado m\u00e1s all\u00e1 de su l\u00edmite el\u00e1stico, y se observ\u00f3 una deformaci\u00f3n pl\u00e1stica significativa en los dientes del engranaje estriado. Un anillo de fractura de acero de aleaci\u00f3n no est\u00e1ndar presentaba un radio de esquina agudo, lo que constitu\u00eda un importante concentrador de tensiones.
Se estudiaron varios componentes para determinar su vida \u00fatil. Estos componentes incluyen el eje estriado, el perno de sellado y el anillo de grafito. Cada uno de estos componentes tiene sus propios par\u00e1metros de dise\u00f1o. Sin embargo, existen similitudes en la distribuci\u00f3n de estos componentes. El desgaste y la fatiga de los acoplamientos estriados pueden atribuirse a una combinaci\u00f3n de estos tres factores. Un modo de falla se define a menudo como una distribuci\u00f3n no lineal de tensiones y deformaciones.<\/p>\n
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Editor por czh 17\/02\/2023<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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