Professional

ஸ்ப்லைன்-கப்ளிங்குகளின் விறைப்புத்தன்மை மற்றும் முறுக்கு அதிர்வு

இந்த ஆய்வுக் கட்டுரையில், ஸ்ப்லைன்-இணைப்பின் சில அடிப்படைப் பண்புகளை விவரித்து, அதன் முறுக்கு அதிர்வு நடத்தையை ஆராய்கிறோம். மேலும், ரோட்டார்-ஸ்ப்லைன் இணைப்பில் ஸ்ப்லைன் சீரற்ற நிலையின் விளைவையும் நாங்கள் ஆய்வு செய்கிறோம். இந்த முடிவுகள், பல்வேறு பயன்பாடுகளுக்கான மேம்படுத்தப்பட்ட ஸ்ப்லைன்-இணைப்பு அமைப்புகளை வடிவமைக்க உதவும். முடிவுகள் அட்டவணை 1-இல் வழங்கப்பட்டுள்ளன.

ஸ்ப்லைன்-இணைப்பின் விறைப்புத்தன்மை

ஒரு ஸ்ப்லைன் இணைப்பின் விறைப்புத்தன்மையானது, ரோட்டார்-ஸ்ப்லைன் இணைப்பு அமைப்பில் உள்ள ஸ்ப்லைன்களுக்கு இடையேயான பிணைப்பு விசை மற்றும் நிலையான அதிர்வு இடப்பெயர்வு ஆகியவற்றின் சார்புச் செயல்பாடு ஆகும். இந்தப் பிணைப்பு விசையானது, செலுத்தும் முறுக்கு விசை மற்றும் ஸ்ப்லைன் தடிமன் போன்ற இணைப்பு அளவுருக்களைச் சார்ந்துள்ளது. இது ஸ்ப்லைன் தடிமனுடன் நேரியல் அல்லாத முறையில் அதிகரிக்கிறது.
அதிர்வு மற்றும் நிலைமாறும் சுமைகளின் கீழ் ஸ்ப்லைன்களின் சுமைப் பரவலை மதிப்பிடுவதற்கு, ஒரு எளிமைப்படுத்தப்பட்ட ஸ்ப்லைன்-இணைப்பு மாதிரியைப் பயன்படுத்தலாம். அச்சு ஸ்ப்லைன் ஸ்லீவ் z-திசையில் இடப்பெயர்வு செய்யப்பட்டு, ஸ்லீவின் வெளிப்புற முகத்தில் T என்ற ஒரு எதிர்ப்புத் திருப்புவிசை செலுத்தப்படுகிறது. இந்த எளிய மாதிரி பரந்த அளவிலான பொறியியல் தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்ய முடியும், ஆனால் சிக்கலான சுமை நிலைமைகளால் பாதிக்கப்படலாம். அதன் சமச்சீரற்ற இடைவெளி, அதன் இணைப்பு நடத்தை மற்றும் அழுத்தப் பரவல் வடிவங்களைப் பாதிக்கக்கூடும்.
The results of the simulations show that the maximum vibration acceleration in both Figures 10 and 22 was 3.03 g/s. This results indicate that a misalignment in the circumferential direction increases the instantaneous impact. Asymmetry in the coupling geometry is also found in the meshing. The right-side spline’s teeth mesh tightly while those on the left side are misaligned.
ஸ்ப்லைன்-கப்ளிங் வடிவவியலைக் கருத்தில் கொண்டு, விறைப்புத்தன்மையைக் கணக்கிட ஒரு பகுதி-பகுப்பாய்வு மாதிரி பயன்படுத்தப்படுகிறது. இந்த மாதிரி, இணைப்பின் வடிவம் மற்றும் விறைப்புத்தன்மையை வரையறுக்கும் துணை அணிகளைக் கொண்ட, ஒரு பாரம்பரிய ஸ்ப்லைன்-கப்ளிங் மாதிரியின் எளிமைப்படுத்தப்பட்ட வடிவமாகும். வடிவமைப்பு இடைவெளி ஒரு அறியப்பட்ட மதிப்பாக இருப்பதால், அதே சூத்திரத்தைப் பயன்படுத்தி ஒரு ஸ்ப்லைன்-கப்ளிங் அமைப்பின் விறைப்புத்தன்மையை பகுப்பாய்வு செய்ய முடியும்.
இந்த உருவகப்படுத்துதல்களின் முடிவுகள், பரிமாற்றப் பகுப்பாய்விற்கான ஒரு உயர்நிலை வணிக CAE கருவியான MASTA-வைப் பயன்படுத்தி ஸ்ப்லைன்-இணைப்பு அமைப்பை மாதிரியாக்க முடியும் என்பதையும் காட்டுகின்றன. இந்த நிலையில், ஸ்ப்லைன் பற்களுக்கு இடையேயான ஆரம்ப இடைவெளியின் அடிப்படையில் கணக்கிடப்பட்ட, மாறுபடும் விறைப்புத்தன்மை கொண்ட தொடர் ஸ்ப்லைன் பிரிவுகளாக ஸ்ப்லைன் பிரிவுகள் மாதிரியாக்கப்பட்டன. பின்னர், வெவ்வேறு உற்பத்தி மாறுபாடுகளைக் கணக்கில் கொண்டு, அதிகரிக்கும் விறைப்புத்தன்மை கொண்ட தொடர் ஸ்ப்லைன்களாக ஸ்ப்லைன் பிரிவுகள் மாதிரியாக்கப்பட்டன. இதன் விளைவாகக் கிடைத்த ஸ்ப்லைன்-இணைப்பு வடிவவியலின் பகுப்பாய்வு, வரையறுக்கப்பட்ட-மூலக அணுகுமுறையின் முடிவுகளுடன் ஒப்பிடப்படுகிறது.
ஸ்ப்லைன்-இணைப்பு அமைப்பின் அதிக விறைப்புத்தன்மை இருந்தபோதிலும், தொடர்புப் பரப்புகளின் தொடர்பு நிலை அடிக்கடி மாறுகிறது. மேலும், ஸ்ப்லைன் இணைப்பு ரோட்டரின் பக்கவாட்டு அதிர்வு மற்றும் உருக்குலைவைப் பாதிக்கிறது. இருப்பினும், முழுமையான பகுப்பாய்வு மாதிரி இல்லாததால், ஸ்ப்லைன் ரோட்டர்களில் விறைப்புத்தன்மை நேரியலற்ற தன்மை நன்கு ஆய்வு செய்யப்படவில்லை.

ஸ்ப்லைன்-இணைப்பின் பண்புகள்

ஸ்ப்லைன்-கப்ளிங் பற்றிய ஆய்வில் பல வடிவமைப்பு காரணிகள் அடங்கியுள்ளன. இவற்றில் எடை, பொருட்கள் மற்றும் செயல்திறன் தேவைகள் ஆகியவை அடங்கும். வானூர்தியியல் துறையில் எடை குறிப்பாக முக்கியமானது. பொருட்களின் பரிமாண நிலைத்தன்மை, எடை மற்றும் நீடித்துழைக்கும் தன்மை ஆகியவை மாறுபடுவதால், வடிவமைப்புப் பொறியாளர்களுக்கு எடை பெரும்பாலும் ஒரு சிக்கலாக உள்ளது. மேலும், இட வரம்புகள் மற்றும் பிற உள்ளமைவு கட்டுப்பாடுகள் காரணமாக, சில பயன்பாடுகளில் ஸ்ப்லைன்-கப்ளிங்குகளைப் பயன்படுத்த வேண்டியிருக்கலாம்.
எந்தவொரு ஸ்ப்லைன்-கப்ளிங் வடிவமைப்பிற்கும் கருத்தில் கொள்ள வேண்டிய முக்கிய அளவுருக்கள், அதிகபட்ச முதன்மை அழுத்தம், சீரற்ற பரவல் காரணி மற்றும் அதிகபட்ச பல் தாங்கும் அழுத்தம் ஆகியவை ஆகும். நிலைத்தன்மையை வழங்குவதற்காக, இந்த அளவுருக்கள் ஒவ்வொன்றின் மதிப்பும் வெளிப்புற ஸ்ப்லைன் விட்டத்தை விட சிறியதாகவோ அல்லது சமமாகவோ இருக்க வேண்டும். ஸ்ப்லைனின் வெளிப்புற விட்டம், அதன் உள் விட்டத்தை விட குறைந்தது 4 அங்குலம் பெரியதாக இருக்க வேண்டும்.
பௌதீக வடிவமைப்பு சரிபார்க்கப்பட்டவுடன், ஸ்ப்லைன் கப்ளிங் அறிவுத்தளம் உருவாக்கப்படுகிறது. இந்த மாதிரி முன்கூட்டியே நிரலாக்கம் செய்யப்பட்டு, செயல்திறன் மற்றும் உற்பத்தி கட்டுப்பாடுகள் உட்பட வடிவமைப்பு அளவுரு சமிக்ஞைகளைச் சேமிக்கிறது. பின்னர் அது அளவுரு மதிப்புகளை வடிவமைப்பு விதி சமிக்ஞைகளுடன் ஒப்பிட்டு, ஸ்ப்லைன் கப்ளிங்கின் ஒரு வடிவியல் பிரதிநிதித்துவத்தை உருவாக்குகிறது. உள்ளீட்டு சமிக்ஞைகளிலிருந்து ஒரு காட்சி மாதிரி உருவாக்கப்படுகிறது, மேலும் வெவ்வேறு அளவுருக்கள் மற்றும் விவரக்குறிப்புகளை மாற்றுவதன் மூலம் அதை மாற்றியமைக்க முடியும்.
The stiffness of a spline joint is another important parameter for determining the spline-coupling stiffness. The stiffness distribution of the spline joint affects the rotor’s lateral vibration and deformation. A finite element method is a useful technique for obtaining lateral stiffness of spline joints. This method involves many mesh refinements and requires a high computational cost.
முறுக்குவிசையைக் கடத்துவதற்கு ஸ்ப்ளைன்-இணைப்பின் விட்டம் போதுமான அளவு பெரியதாக இருக்க வேண்டும். பெரிய விட்டம் கொண்ட ஒரு ஸ்ப்ளைன், சிறிய சுற்றளவைக் கொண்டிருப்பதால், அதிக முறுக்குவிசையைக் கடத்தும் திறனைக் கொண்டிருக்கலாம். இருப்பினும், ஒரு ஸ்ப்ளைனின் பெரிய விட்டம், ஷாஃப்டை விட மெல்லியதாக இருக்கும், மேலும் முறுக்குவிசை அதிக எண்ணிக்கையிலான பற்களில் பரவும்போது பிந்தையது மிகவும் பொருத்தமானதாக இருக்கலாம்.
Spline-couplings are classified according to their tooth profile along the axial and radial directions. The radial and axial tooth profiles affect the component’s behavior and wear damage. Splines with a crowned tooth profile are prone to angular misalignment. Typically, these spline-couplings are oversized to ensure durability and safety.

முறுக்கு அதிர்வு பகுப்பாய்வில் ஸ்ப்லைன்-இணைப்பின் விறைப்புத்தன்மை

விமான இயந்திரங்களில் உள்ள ஸ்ப்லைன்-கப்ளிங்குகளின் விறைப்புத்தன்மையால் ஏற்படும் முறுக்கு அதிர்வைப் பற்றிய ஆய்விற்கான ஒரு பொதுவான கட்டமைப்பை இந்தக் கட்டுரை முன்வைக்கிறது. இது ஸ்ப்லைன்-கப்ளிங்குகள் குறித்த முந்தைய ஆய்வை அடிப்படையாகக் கொண்டது. இது வளைவு விறைப்புத்தன்மை, மொத்த நெகிழ்வுத்தன்மை மற்றும் தொடுகோட்டு விறைப்புத்தன்மை ஆகிய 3 காரணிகளால் வகைப்படுத்தப்படுகிறது. முதல் அளவுகோல், வெளிப்புற மற்றும் உட்புற ஸ்ப்லைன்களின் சமமான விட்டம் ஆகும். ஸ்ப்லைன்-கப்ளிங் விறைப்புத்தன்மை மற்றும் ஸ்ப்லைன்களின் இடப்பெயர்வு ஆகிய இரண்டும் மொத்த நெகிழ்வுத்தன்மையின் வகைக்கெழுவைப் பயன்படுத்தி மதிப்பிடப்படுகின்றன.
ஒரு ஸ்ப்லைன் இணைப்பின் விறைப்புத்தன்மையானது, ஸ்ப்லைன் நெடுகிலும் உள்ள சுமைப் பரவலைப் பொறுத்து மாறுபடலாம். ஸ்ப்லைன் இணைப்புகளின் விறைப்புத்தன்மையைப் பாதிக்கும் மாறிகளில் முறுக்கு விசை அளவு, பல் குறியீட்டுப் பிழைகள் மற்றும் சீரற்ற நிலை ஆகியவை அடங்கும். இந்த மாறிகளின் விளைவுகளை ஆராய்வதற்காக, ஒரு பகுப்பாய்வுச் சூத்திரம் உருவாக்கப்பட்டுள்ளது. இந்த முறையானது, பல கூறுகளைக் கொண்ட ஸ்ப்லைன்கள் போன்ற பல்வேறு வகையான ஸ்ப்லைன் இணைப்புகளுக்குப் பொருந்தும்.
ஸ்ப்லைன்-கப்ளிங் விறைப்புத்தன்மையைக் கணக்கிடுவதில் உள்ள சிரமம் இருந்தபோதிலும், ஒரு பகுப்பாய்வு அணுகுமுறையைப் பயன்படுத்தி ஷாஃப்ட்டின் பற்களுக்கும் ஹப்பிற்கும் இடையிலான தொடர்பை மாதிரியாக்கம் செய்வது சாத்தியமாகும். இந்த அணுகுமுறை, தொடர்பு உச்ச அழுத்தங்கள், எதிர்வினைத் திருப்புவிசைகள் மற்றும் கோண உந்தம் போன்ற கப்ளிங் செயல்பாட்டின் முக்கிய அளவுகளைத் தீர்மானிக்க உதவுகிறது. இந்த அணுகுமுறை ஸ்ப்லைன்-கப்ளிங்குகளுக்குத் துல்லியமான முடிவுகளை அளிக்கிறது, மேலும் இது முறுக்கு அதிர்வு மற்றும் கட்டமைப்பு அதிர்வு பகுப்பாய்வு ஆகிய இரண்டிற்கும் பொருத்தமானது.
இயக்கவியல் மாதிரிகளில், ஸ்ப்லைன்-இணைப்பின் விறைப்புத்தன்மை பொதுவாக விறைப்பானதாகக் கருதப்படுகிறது. இருப்பினும், ஸ்ப்லைன் இணைப்புகளுடன் தொடர்புடைய பல்வேறு இயக்கவியல் நிகழ்வுகள் உயர்-துல்லியமான டிரைவ்டிரெய்ன் மாதிரிகளில் உள்ளடக்கப்பட வேண்டும். இதைச் சாதிப்பதற்காக, ஒரு பகுதி-பகுப்பாய்வு ஸ்ப்லைன் சுமைப் பரவல் மாதிரியின் அடிப்படையில் ஒரு பொதுவான பகுப்பாய்வு விறைப்புத்தன்மை சூத்திரம் முன்மொழியப்படுகிறது. இதன் விளைவாகக் கிடைக்கும் விறைப்புத்தன்மை அணி, முறுக்கு விறைப்புத்தன்மையுடன் ஆர மற்றும் சாய்வு விறைப்புத்தன்மை மதிப்புகளையும் கொண்டுள்ளது. தொகுதிவாரியான நேர்மாற்று முறையின் மூலம் இந்தப் பகுப்பாய்வு மேலும் எளிமையாக்கப்பட்டுள்ளது.
இணைப்பைத் தேர்ந்தெடுப்பதற்கு முன், ஒரு சக்தி பரிமாற்ற அமைப்பின் முறுக்கு அதிர்வைக் கருத்தில் கொள்வது அவசியம். இணைப்பின் பாதுகாப்பிற்கு முறுக்கு அதிர்வின் துல்லியமான பகுப்பாய்வு மிக முக்கியமானது. இந்தக் கட்டுரை, ஸ்ப்லைன் ஷாஃப்ட் தேய்மானம் மற்றும் முறுக்கினால் ஏற்படும் செயலிழப்புகள் குறித்த நிகழ்வு ஆய்வுகளையும் விவாதிக்கிறது. நிஜ வாழ்க்கைச் சூழல்களில் இந்தப் பிரச்சனைகளை உருவகப்படுத்துவதற்கான ஒரு வலுவான மற்றும் திறமையான முறையை உருவாக்குவதோடு இந்த விவாதம் நிறைவடையும்.

ரோட்டார்-ஸ்ப்லைன் இணைப்பில் ஸ்ப்லைன் சீரற்ற நிலையின் விளைவு

இந்த ஆய்வில், ரோட்டார்-ஸ்ப்லைன் இணைப்பில் உள்ள ஸ்ப்லைன் சீரற்ற நிலையின் விளைவு ஆராயப்படுகிறது. ரோட்டார் நிலைத்தன்மையின்மையின் நிலைத்தன்மை எல்லை மற்றும் பொறிமுறை ஆகியவை பகுப்பாய்வு செய்யப்படுகின்றன. சீரற்ற ஸ்ப்லைன் இணைப்பின் பிணைப்பு விசையானது, ஸ்ப்லைன் தடிமனுடன் நேரியல் அல்லாத முறையில் அதிகரிக்கிறது என்பதை நாங்கள் கண்டறிகிறோம். ரோட்டார்-ஸ்ப்லைன் இணைப்பு அமைப்பின் நிலைத்தன்மையின்மைக்கு இந்த சீரற்ற நிலையே காரணம் என்பதை முடிவுகள் நிரூபிக்கின்றன.
குறுக்கீட்டுப் பொருத்தம் மற்றும் பூஜ்ஜிய பின்னடைவு நிலையை அடைவதற்காக, வேண்டுமென்றே ஒரு ஸ்ப்லைன் சீரற்ற நிலை ஏற்படுத்தப்படுகிறது. இது ஸ்ப்லைன் பற்களுக்கு இடையில் சீரற்ற சுமைப் பரவலுக்கு வழிவகுக்கிறது. மேலும் 50 மைக்ரோமீட்டர் அளவிலான ஸ்ப்லைன் சீரற்ற நிலை, ரோட்டார்-ஸ்ப்லைன் இணைப்புத் தோல்விக்கு வழிவகுக்கும். இந்த நிலையில், அதிகபட்ச இழுவிசை வேர் அழுத்தம் இடதுபுறமாக நகர்ந்தது.
நேர்மறை ஸ்ப்லைன் சீரற்ற நிலை, பற்சக்கரப் பிணைப்பு சீரற்ற நிலையை அதிகரிக்கிறது. இதற்கு நேர்மாறாக, எதிர்மறை ஸ்ப்லைன் சீரற்ற நிலை எந்த விளைவையும் ஏற்படுத்துவதில்லை. வலது கை ஸ்ப்லைன் சீரற்ற நிலை, ஹெலிக்ஸ் கைக்கு எதிரானது. அதிக தொடர்புப் பகுதி மையத்திலிருந்து இடது பக்கத்திற்கு நகர்த்தப்படுகிறது. இரண்டு நிலைகளிலும், பளுவின் கீழ் பற்சக்கரத்தின் விலகல் மற்றும் சாய்வு காரணமாக பற்சக்கரப் பிணைப்பு சீரற்றதாகிறது.
பல் மேற்பரப்பின் இந்த மாறுபாடு, குறுக்குத் தளத்தில் உள்ள இடைவெளியில் ஏற்படும் மாற்றமாக அளவிடப்படுகிறது. ஆர மற்றும் அச்சு இடைவெளி மதிப்புகள் சமமாக இருக்கும், அதே சமயம் அவற்றுக்கு இடையேயான வேறுபாடு குறைவாக இருக்கும். உராய்வு விசைக்குக் கூடுதலாக, ஸ்ப்லைன்களின் அச்சு இடைவெளியும் சமமாக இருப்பதால், இது பற்சக்கரப் பிணைப்பின் சீரற்ற தன்மையை அதிகரிக்கிறது. எனவே, ஒரு ரோட்டார்-ஸ்ப்லைன் இணைப்பின் உராய்வு விசையைத் தீர்மானிக்க இதே செயல்முறையைப் பயன்படுத்தலாம்.
பற்சக்கரப் பிணைப்பு சீரற்ற நிலை, ஸ்ப்லைன்-ரோட்டார் இணைப்பின் செயல்திறனைப் பாதிக்கிறது. இந்த சீரற்ற நிலை, பற்சக்கரப் பிணைப்பின் பரவலை மாற்றி, தொடுகை மற்றும் வளைவு அழுத்தங்களையும் மாற்றியமைக்கிறது. எனவே, ஸ்ப்லைன் இணைப்புகளில் ஏற்படும் சீரற்ற நிலையின் விளைவுகளைப் புரிந்துகொள்வது அவசியமாகும். எளிமைப்படுத்தப்பட்ட சுருள் பற்சக்கர ஜோடி அமைப்பைப் பயன்படுத்தி, ஹாங் மற்றும் அவரது குழுவினர், ஸ்ப்லைனின் பல் இடைமுகத்தில் உள்ள சுமைப் பரவலை ஆய்வு செய்தனர். இந்த சீரற்ற நிலை, பக்கவாட்டுத் தொடுகை அமைப்பை மாற்றியது. சீரற்ற நிலையில் உள்ள பற்கள், சுமையின் கீழ் விலகலைக் காட்டி, பற்சக்கரத்தின் மீது ஒரு சாய்வுத் திருப்புவிசையை உருவாக்கின.
ரோட்டார்-ஸ்ப்லைன் இணைப்புகளில் ஏற்படும் ஸ்ப்லைன் சீரற்ற நிலையின் விளைவானது, பின்னடைவைக் குறைக்கும் ஒரு பொறிமுறையைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம் குறைக்கப்படுகிறது. இந்தப் பொறிமுறையானது, இணைந்து செயல்படும் வகையில் ஸ்ப்லைன் பொருத்தப்பட்ட ஆண் மற்றும் பெண் உறுப்புகளைக் கொண்டுள்ளது. ஒரு உறுப்பானது, நழுவும் உறவில் ஈடுபடும் வகையில் வடிவமைக்கப்பட்ட இறுதிப் பரப்புகளைக் கொண்ட, ஒரே அச்சில் சீரமைக்கப்பட்ட இரண்டு ஸ்ப்லைன் துண்டுகளால் உருவாக்கப்படுகிறது. இணைக்கும் சாதனம் இந்தத் துண்டுகளின் மீது அச்சுச் சுமைகளைப் பிரயோகித்து, அவை ஒன்றுக்கொன்று சார்பாகச் சுழலச் செய்கிறது.