factory

Жорсткість та крутильні коливання шліцьових з'єднань

У цій статті ми описуємо деякі основні характеристики шліцьового зчеплення та досліджуємо його крутильні коливальні властивості. Ми також досліджуємо вплив неспіввісності шліців на зчеплення ротор-шліц. Ці результати допоможуть у розробці вдосконалених систем шліцьового зчеплення для різних застосувань. Результати представлені в таблиці 1.

Жорсткість шліцьового з'єднання

Жорсткість шліцьового зчеплення залежить від сили зачеплення між шліцями в системі роторно-шліцьового зчеплення та статичного коливального зміщення. Сила зачеплення залежить від параметрів зчеплення, таких як передавальний крутний момент та товщина шліца. Вона нелінійно зростає зі збільшенням товщини шліца.
Спрощена модель шліцьового зчеплення може бути використана для оцінки розподілу навантаження на шліци під впливом вібрації та перехідних навантажень. Шліцьова втулка осі зміщується в напрямку z, а до зовнішньої поверхні втулки прикладається момент опору T. Ця проста модель може задовольнити широкий спектр інженерних вимог, але може мати складні умови навантаження. Її асиметричний зазор може впливати на її поведінку в зачепленні та схеми розподілу напружень.
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.
Враховуючи геометрію сплайн-зчеплення, для розрахунку жорсткості використовується напіваналітична модель. Ця модель є спрощеною формою класичної моделі сплайн-зчеплення, з підматрицями, що визначають форму та жорсткість з'єднання. Оскільки розрахунковий зазор є відомим значенням, жорсткість системи сплайн-зчеплення можна проаналізувати за допомогою тієї ж формули.
Результати моделювання також показують, що систему шліцьового зчеплення можна моделювати за допомогою MASTA, високорівневого комерційного інструменту CAE для аналізу передачі. У цьому випадку шліцеві сегменти моделювалися як серія шліцьових сегментів зі змінною жорсткістю, яка розраховувалася на основі початкового зазору між зубцями шліца. Потім шліцеві сегменти моделювалися як серія шліців зі зростаючою жорсткістю, враховуючи різні варіації виробництва. Отриманий аналіз геометрії шліцьового зчеплення порівнюється з результатами методу скінченних елементів.
Незважаючи на високу жорсткість системи шліцьового зчеплення, стан контактних поверхонь часто змінюється. Крім того, шліцьове зчеплення впливає на поперечну вібрацію та деформацію ротора. Однак, нелінійність жорсткості недостатньо вивчена в шліцьових роторах через відсутність повноцінної аналітичної моделі.

Характеристики шліцьового з'єднання

Вивчення шліцьових з'єднань включає низку конструктивних факторів. До них належать вага, матеріали та вимоги до експлуатаційних характеристик. Вага особливо важлива в галузі аеронавтики. Вага часто є проблемою для інженерів-конструкторів, оскільки матеріали мають різну розмірну стабільність, вагу та довговічність. Крім того, обмеження простору та інші конфігураційні обмеження можуть вимагати використання шліцьових з'єднань у певних застосуваннях.
Основними параметрами, які слід враховувати для будь-якої конструкції шліцьового з'єднання, є максимальне головне напруження, коефіцієнт нерівномірного розподілу та максимальне напруження на опорі зуба. Величина кожного з цих параметрів повинна бути меншою або дорівнювати зовнішньому діаметру шліца, щоб забезпечити стійкість. Зовнішній діаметр шліца повинен бути щонайменше на 4 дюйми більшим за внутрішній діаметр шліца.
Після перевірки фізичного проекту створюється база знань про сплайн-зв'язок. Ця модель попередньо запрограмована та зберігає сигнали параметрів проекту, включаючи обмеження продуктивності та виробництва. Потім вона порівнює значення параметрів із сигналами правил проектування та будує геометричне представлення сплайн-зв'язку. Візуальна модель створюється з вхідних сигналів, якою можна маніпулювати, змінюючи різні параметри та специфікації.
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.
Діаметр шліцьового з'єднання має бути достатньо великим для передачі крутного моменту. Шліц більшого діаметра може мати більшу здатність передавати крутний момент, оскільки має меншу довжину кола. Однак, більший діаметр шліца тонший за вал, і останній може бути більш придатним, якщо крутний момент розподіляється на більшу кількість зубів.
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.

Жорсткість шліцьового зчеплення при аналізі крутильних коливань

У цій статті представлено загальні основи для дослідження крутильних коливань, спричинених жорсткістю шліцьових з'єднань в авіаційних двигунах. Вони базуються на попередньому дослідженні шліцьових з'єднань. Вони характеризуються такими 3 факторами: жорсткістю на згин, загальною гнучкістю та тангенціальною жорсткістю. Першим критерієм є еквівалентний діаметр зовнішніх та внутрішніх шліців. Як жорсткість шліцьового з'єднання, так і зміщення шліців оцінюються за допомогою похідної від загальної гнучкості.
Жорсткість шліцьового з'єднання може змінюватися залежно від розподілу навантаження вздовж шліца. Змінні, що впливають на жорсткість шліцьових з'єднань, включають рівень крутного моменту, похибки індексації зубців та перекіс. Для дослідження впливу цих змінних розроблено аналітичну формулу. Метод застосовний для різних видів шліцьових з'єднань, таких як шліци з кількома компонентами.
Незважаючи на складність розрахунку жорсткості шліцьового з'єднання, можливо змоделювати контакт між зубцями вала та маточиною за допомогою аналітичного підходу. Цей підхід допомагає визначити ключові величини роботи з'єднання, такі як пікові тиски контакту, моменти реакції та кутовий момент. Цей підхід дозволяє отримувати точні результати для шліцьових з'єднань і підходить як для аналізу крутильних коливань, так і для аналізу структурних коливань.
У динамічних моделях жорсткість шліцьового з'єднання зазвичай вважається жорсткою. Однак у високоточних моделях трансмісії необхідно враховувати різні динамічні явища, пов'язані зі шліцьовими з'єднаннями. Для досягнення цієї мети пропонується загальне аналітичне формулювання жорсткості на основі напіваналітичної моделі розподілу шліцьового навантаження. Отримана матриця жорсткості містить значення радіальної та нахилювальної жорсткості, а також жорсткості на кручення. Аналіз додатково спрощується за допомогою методу поблочного обернення.
Перед вибором муфти важливо враховувати крутильні коливання системи передачі енергії. Точний аналіз крутильних коливань має вирішальне значення для безпеки муфти. У цій статті також розглядаються тематичні дослідження зносу шліцьових валів та руйнувань, спричинених крученням. Обговорення завершиться розробкою надійного та ефективного методу моделювання цих проблем у реальних сценаріях.

Вплив перекосу шліців на зчеплення ротора та шліців

У цьому дослідженні досліджується вплив неспіввісності шліців у роторно-шліцовому зчепленні. Проаналізовано межу стійкості та механізм нестабільності ротора. Ми виявили, що сила зачеплення неспіввісного шліцьового зчеплення нелінійно зростає з товщиною шліца. Результати показують, що неспіввісність відповідає за нестабільність системи роторно-шліцьового зчеплення.
Для досягнення натягу та нульового люфту вводиться навмисне зміщення шліців. Це призводить до нерівномірного розподілу навантаження між зубцями шліців. Подальше зміщення шліців на 50 мкм може призвести до руйнування зчеплення ротор-шліц. За цієї умови максимальне напруження розтягу в корені змістилося ліворуч.
Позитивне зміщення шліців збільшує зміщення зачеплення шестерень. І навпаки, негативне зміщення шліців не має жодного ефекту. Правобічне зміщення шліців протилежне гвинтовому зміщенню. Площа високого контакту зміщується з центру вліво. В обох випадках зачеплення шестерень зміщується через прогин та нахил шестерні під навантаженням.
Ця зміна поверхні зуба вимірюється як зміна зазору в поперечній площині. Значення радіального та осьового зазорів однакові, тоді як різниця між ними менша. Окрім сили тертя, осьовий зазор шліців однаковий, що збільшує зміщення зачеплення зубчастих коліс. Отже, ту саму процедуру можна використовувати для визначення сили тертя зчеплення ротор-шліц.
Несуміщення зубчастих коліс впливає на характеристики шліцьового зчеплення з ротором. Це несуміщення змінює розподіл зубчастого зчеплення та змінює контактні та згинальні напруження. Тому важливо розуміти вплив несуміщення в шліцьових з'єднаннях. Використовуючи спрощену систему косозубої зубчастої пари, Хонг та ін. дослідили розподіл навантаження вздовж поверхні контакту зубців шліців. Це несуміщення призвело до зміни схеми контакту бічних поверхонь. Несуміщені зубці демонстрували прогин під навантаженням і створювали кидаючий момент на шестерні.
Вплив перекосу шліців у шліцьових з'єднаннях ротора мінімізується завдяки використанню механізму, що зменшує люфт. Механізм складається з шліцьових з'єднаних між собою зовнішніх та внутрішніх елементів. Один елемент утворений двома співвісно вирівняними шліцьовими сегментами з торцевими поверхнями, сформованими для ковзання. З'єднувальний пристрій прикладає осьові навантаження до цих сегментів, змушуючи їх обертатися один відносно одного.