wholesaler

Аналітичні підходи до оцінки контактних тисків у шліцьових з'єднаннях

A spline coupling is a type of mechanical connection between 2 rotating shafts. It consists of 2 parts – a coupler and a coupling. Both parts have teeth which engage and transfer loads. However, spline couplings are typically over-dimensioned, which makes them susceptible to fatigue and static behavior. Wear phenomena can also cause the coupling to fail. For this reason, proper spline coupling design is essential for achieving optimum performance.

Моделювання шліцевого зчеплення

Шлицьові з'єднання стають дедалі популярнішими в аерокосмічній промисловості, але вони працюють у дещо неспіввісному стані, що призводить до вібрацій та пошкодження контактних поверхонь. Щоб вирішити цю проблему, у цій статті пропонуються аналітичні підходи для оцінки контактного тиску в шлицьовому з'єднанні. Зокрема, у статті порівнюються аналітичні підходи з чисто числовими підходами, щоб продемонструвати переваги аналітичного підходу.
To model a spline coupling, first you create the knowledge base for the spline coupling. The knowledge base includes a large number of possible specification values, which are related to each other. If you modify 1 specification, it may lead to a warning for violating another. To make the design valid, you must create a spline coupling model that meets the specified specification values.
After you have modeled the geometry, you must enter the contact pressures of the 2 spline couplings. Then, you need to determine the position of the pitch circle of the spline. In Figure 2, the centre of the male coupling is superposed to that of the female spline. Then, you need to make sure that the alignment meshing distance of the 2 splines is the same.
Once you have the data you need to create a spline coupling model, you can begin by entering the specifications for the interface design. Once you have this data, you need to choose whether to optimize the internal spline or the external spline. You’ll also need to specify the tooth friction coefficient, which is used to determine the stresses in the spline coupling model 20. You should also enter the pilot clearance, which is the clearance between the tip 186 of a tooth 32 on 1 spline and the feature on the mating spline.
After you have entered the desired specifications for the external spline, you can enter the parameters for the internal spline. For example, you can enter the outer diameter limit 154 of the major snap 54 and the minor snap 56 of the internal spline. The values of these parameters are displayed in color-coded boxes on the Spline Inputs and Configuration GUI screen 80. Once the parameters are entered, you’ll be presented with a geometric representation of the spline coupling model 20.

Створення моделі сплайнового з'єднання 20

The spline coupling model 20 is created by a product model software program 10. The software validates the spline coupling model against a knowledge base of configuration-dependent specification constraints and relationships. This report is then input to the ANSYS stress analyzer program. It lists the spline coupling model 20’s geometric configurations and specification values for each feature. The spline coupling model 20 is automatically recreated every time the configuration or performance specifications of the spline coupling model 20 are modified.
Модель шліцьового з'єднання 20 може бути налаштована за допомогою програмного забезпечення для моделей виробу 10. Користувач вказує осьову довжину шліцьового стеку, яка може бути нульовою або фіксованою. Користувач також вводить радіальну сполучну поверхню 148, якщо така є, та вибирає значення зазору для пілотного з'єднання 14,5 градусів або 30 градусів.
Потім користувач може використовувати мишу 110 для зміни моделі сплайнового з'єднання 20. База знань про сплайнове з'єднання містить велику кількість можливих значень специфікацій та правило проектування сплайнового з'єднання. Якщо користувач спробує змінити модель сплайнового з'єднання, модель покаже попередження про порушення іншої специфікації. У деяких випадках модифікація може зробити проект недійсним.
In the spline coupling model 20, the user enters additional performance requirement specifications. The user chooses the locations where maximum torque is transferred for the internal and external splines 38 and 40. The maximum torque transfer location is determined by the attachment configuration of the hardware to the shafts. Once this is selected, the user can click “Next” to save the model. A preview of the spline coupling model 20 is displayed.
Модель 20 є представленням шліцевого з'єднання. Специфікації шліців вводяться в порядку та розташуванні, як зазначено на екрані графічного інтерфейсу моделі шліцевого з'єднання 20. Після введення специфікацій шліцівного з'єднання програмне забезпечення моделі виробу 10 включить їх у модель шліцевого з'єднання 20. Це останній крок у створенні моделі шліцівного з'єднання.

Аналіз моделі сплайнового зчеплення 20

Аналіз моделі шліцьового з'єднання полягає у введенні її конфігураційних та експлуатаційних характеристик. Ці характеристики можуть бути згенеровані за допомогою іншої комп'ютерної програми. Програмне забезпечення для моделювання виробу 10 потім використовує свою внутрішню базу знань про залежні від конфігурації специфікації, взаємозв'язки та обмеження, для створення дійсної тривимірної параметричної моделі 20. Ця модель містить інформацію, що описує кількість та типи шліцьових зубців 32, засувок 34 та плеча 36.
Під час аналізу сплайнового з'єднання програмне забезпечення 10 включатиме значення за замовчуванням для різних специфікацій. Модель сплайнового з'єднання 20 складається з внутрішнього сплайна 38 та зовнішнього сплайна 40. Кожен зі сплайнів має власний набір параметрів, таких як глибина, ширина, довжина та радіуси. Зовнішній сплайн 40 також міститиме власний набір параметрів, таких як його орієнтація.
Після вибору цих параметрів програмне забезпечення виконає різні аналізи моделі шліцьового з'єднання 20. Програмне забезпечення 10 розраховує номінальні та максимальні напруження в опорі зубців та довговічність шліцьового з'єднання. Воно також визначить різницю в крутильному натягу між внутрішнім та зовнішнім шліцом. Вихідним файлом аналізу буде файл звіту, що містить дані конфігурації та специфікації моделі. Вихідний файл також може використовуватися іншими комп'ютерними програмами для подальшого аналізу.
Once these parameters are set, the user enters the design criteria for the spline coupling model 20. In this step, the user specifies the locations of maximum torque transfer for both the external and internal spline 38. The maximum torque transfer location depends on the configuration of the hardware attached to the shafts. The user may enter up to 4 different performance requirement specifications for each spline.
The results of the analysis show that there are 2 phases of spline coupling. The first phase shows a large increase in stress and vibration. The second phase shows a decline in both stress and vibration levels. The third stage shows a constant meshing force between 300N and 320N. This behavior continues for a longer period of time, until the final stage engages with the surface.

Неспіввісність шліцьового з'єднання

A study aimed to investigate the position of the resultant contact force in a spline coupling engaging teeth under a steady torque and rotating misalignment. The study used numerical methods based on Finite Element Method (FEM) models. It produced numerical results for nominal conditions and parallel offset misalignment. The study considered 2 levels of misalignment – 0.02 mm and 0.08 mm – with different loading levels.
Результати показали, що неспіввісність між шліцями та роторами призводить до зміни сили зачеплення системи шліцьового зчеплення ротор-ротор. Її динаміка визначається силою зачеплення шліців. Сила зачеплення неспіввісного шліцьового зчеплення пов'язана з параметрами системи шліцьового зчеплення ротор-шліц, переданим крутним моментом та динамічним вібраційним зміщенням.
Незважаючи на відсутність точних вимірювань, перекіс шліців є поширеною проблемою. Ця проблема ускладнюється тим фактом, що шліци зазвичай мають люфт. Цей люфт є результатом перекісу шліців. Автори проаналізували кілька шліців з різними діаметрами кроку та співвідношеннями довжини/діаметра.
Шлицьове з'єднання — це двовимірна механічна система з позитивним люфтом. Шлицьове з'єднання складається з маточини та вала, і має зазори між кінчиком і корінцем з'єднання, які більші за люфт. Зазор форми достатній для запобігання контакту між кінчиком і корінцем з'єднання. Крутний момент на шліцах передається через тертя.
Коли шліцеве з'єднання зміщене, виникає сила тяги, зміщена крутним моментом. У такій ситуації сила може перевищувати крутний момент, що призводить до втрати вирівнювання компонента. У цьому дослідженні аналітично моделюється двостороння передача крутного моменту та тяги. Аналітичний підхід пропонує рішення, які можна інтегрувати в процес проектування. Тож наступного разу, коли ви зіткнетеся з проблемою зміщеного шліцевого з'єднання, обов'язково використовуйте аналітичний підхід!
У цьому дослідженні шліцьове з'єднання аналізується за номінальних умов без паралельного зміщення. Отримані значення жорсткості є відсотковою різницею між номінальним діаметром ділильного отвору та діаметром прикладання навантаження. Більше того, максимальна відсоткова різниця у виміряному діаметрі ділильного отвору становить 1,601 TP3T при крутному моменті 5000 Н*м. Інший параметр, кут нахилу, враховується в розрахунку.