Cuplajul arborelui cardanic, adesea denumit pur și simplu cuplaje universale, este un dispozitiv mecanic utilizat pentru a conecta doi arbori care nu sunt pe aceeași linie dreaptă și pentru a transmite cuplul și mișcarea de rotație.
Componentele structurale ale unui cuplaj universal
O cuplare tipică a articulației universale constă din următoarele componente principale:
1. Furci: Fixate la cei doi arbori de antrenare respectiv, utilizate pentru conectarea arborilor transversali.
2. Arborele transversal: Situat în centrul cuplajului, este componenta de bază pentru transmisia cuplului.
3. Rulmenți cu role sau lagăre simple: Asigurați-vă că arborele transversal se poate roti liber, reducând frecarea și uzura.
4. Flanșe de conectare sau dispozitive de prindere: Folosit pentru instalare și fixare, asigurând fiabilitatea transmisiei.
Cuplajele universale de-performanță înaltă sunt de obicei realizate din oțel aliat sau oțel-tratat termic pentru a îmbunătăți rezistența și rezistența la uzură.
Principiul de compensare al cuplajului universal
Cuplaje universalepoate transmite cuplul și viteza chiar și atunci când doi arbori nu sunt coliniari. Funcția lor de bază este de a compensa nealinierea unghiulară. Printr-o structură de arbore transversal-, acestea permit arborilor de intrare și de ieșire să se rotească liber într-un anumit interval unghiular. Când arborele de intrare se rotește, furcile de la ambele capete ale arborelui transversal-acționează arborele de ieșire cu viteze unghiulare alternative, realizând o conexiune flexibilă și compensând dezalinierea cauzată de erorile de instalare sau deformarea operațională.
Îmbinările universale cu o singură secțiune-sunt potrivite pentru mici abateri unghiulare (3 grade –15 grade); pentru unghiuri mai mari sau când este necesară o ieșire cu viteză constantă, se folosesc de obicei îmbinări universale duble. Prin aranjarea a două secțiuni la unghiuri egale, vitezele unghiulare de intrare și de ieșire devin consistente, realizând o transmisie lină.
Formula de calcul pentru compensarea unghiului
Când unghiul inclus între cele două axe este , unghiul axei de intrare este θ, iar unghiul axei de ieșire este ψ. Relația lor de mișcare este următoarea:
Prin urmare, raportul vitezei unghiulare poate fi obținut:
După cum se poate observa din formulă, dacă se folosește o singură articulație universală, viteza unghiulară fluctuează periodic cu θ. Pentru a reduce eroarea, se recomandă ca unghiul inclus mai mic sau egal cu 10 grade. Dacă este mare, se poate folosi o structură dublă a articulației universale, asigurându-se că unghiurile celor două articulații sunt egale ( ₁=₂) și că furcile sunt în fază, astfel:
Obțineți transmisie cu viteză constantă
Calcule reale de instalare și calibrare
La instalarea cuplajelor universale, mai întâi determinați unghiul de decalaj real _actual între axele de intrare și de ieșire, care poate fi măsurat folosind un raportor sau o mașină de măsurat cu coordonate. Dacă unghiul de compensare maxim admisibil în proiectarea echipamentului este _permis, atunci trebuie îndeplinite următoarele:
Pentru mașinile industriale generale, _allowable este de obicei setat la 5 grade –10 grade , în timp ce pentru transmisiile de sarcină grea-, aceasta poate fi redusă la 15 grade . Dacă _actual depășește limita, decalajul trebuie redus prin ajustarea poziției de instalare sau adăugarea unui arbore intermediar.
Pentru o îmbinare universală dublă, dacă unghiul total inclus este _total, unghiurile de distribuție ale celor două îmbinări ar trebui să satisfacă:
Acest lucru asigură că fluctuațiile vitezei unghiulare ale celor două secțiuni se anulează reciproc, rezultând o transmisie lină.
Exemplu de aplicație de inginerie
Presupunând că unghiul inclus _total=12 grad este măsurat după instalarea celor doi arbori de transmisie și este utilizată o conexiune dublă a articulației universale, atunci unghiul de compensare al fiecărei articulații universale ar trebui să fie:
Dacă unghiul nominal al unei structuri cu o singură-secțiune este de 10 grade, designul este rezonabil și poate asigura o funcționare stabilă. Dacă se utilizează o singură articulație universală, rata de fluctuație a vitezei unghiulare poate fi aproximată prin următoarea formulă:
Aceasta înseamnă că viteza de ieșire va fluctua cu aproximativ 1,1% în cadrul unui ciclu de rotație. Structura dublă a articulației universale poate elimina aproape complet această fluctuație.
Cuplajele de îmbinare universală compensează eficient dezalinierea unghiulară dintre doi arbori prin structura lor flexibilă de arbore transversal-. Miezul calculului de compensare constă în măsurarea cu acuratețe a unghiului inclus și alocarea rațională a unghiului în funcție de aranjamentul cu o singură-secțiune sau cu două-secțiuni. În proiectarea practică, trebuie să se asigure următoarele:
1. _real Mai puțin sau egal cu _admisibil;
2. Structurile cu secțiune dublă-trebuie să mențină unghiuri și faze egale;
3. Pentru echipamente de-viteză mare sau de-înaltă precizie, ar trebui să fie controlate în interval de 5 grade .
Stăpânirea principiilor de calcul și instalare de mai sus poate îmbunătăți semnificativ durata de viață și stabilitatea transmisiei cuplajelor universale.
