Муфта карданного вала, часто называемая просто универсальной шарнирной муфтой, представляет собой механическое устройство, используемое для соединения двух валов, которые не находятся на одной прямой линии, а также для передачи крутящего момента и вращательного движения.
Структурные компоненты универсальной шарнирной муфты
Типичная карданная муфта состоит из следующих основных компонентов:
1. Вилы: прикреплены к двум приводным валам соответственно и используются для соединения поперечных валов.
2. Поперечный вал: расположен в центре муфты и является основным компонентом передачи крутящего момента.
3. Игольчатые роликоподшипники или подшипники скольжения: убедитесь, что поперечный вал может свободно вращаться, что снижает трение и износ.
4. Соединительные фланцы или зажимные устройства: используются для установки и фиксации, обеспечивая надежность передачи.
Высокопроизводительные универсальные шарнирные муфты-обычно изготавливаются из легированной стали или стали,-термически обработанной для повышения прочности и износостойкости.
Принцип компенсации универсального шарнирного соединения
Универсальные шарнирные муфтыможет передавать крутящий момент и скорость, даже если два вала не лежат на одной прямой. Их основная функция — компенсировать угловое смещение. Благодаря конструкции поперечного-вала они позволяют входному и выходному валам свободно вращаться в определенном угловом диапазоне. Когда входной вал вращается, вилки на обоих концах поперечного-вала приводят в движение выходной вал с переменными угловыми скоростями, обеспечивая гибкое соединение и компенсируя несоосность, вызванную ошибками установки или эксплуатационной деформацией.
Односекционные универсальные шарниры-подходят для небольших угловых отклонений (3–15 градусов); для больших углов или когда требуется постоянная скорость вращения, обычно используются двойные универсальные шарниры. Расположение двух секций под равными углами обеспечивает согласованность входной и выходной угловых скоростей, обеспечивая плавную передачу.
Формула расчета угловой компенсации
Когда угол между двумя осями равен , угол входной оси равен θ, а угол выходной оси равен ψ. Их взаимосвязь движения следующая:
Следовательно, отношение угловых скоростей можно получить:
Как видно из формулы, если используется один универсальный шарнир, угловая скорость периодически колеблется в зависимости от θ. Чтобы уменьшить ошибку, рекомендуется, чтобы включенный угол был меньше или равен 10 градусам. Если оно велико, можно использовать конструкцию с двойным универсальным шарниром, гарантируя, что углы двух шарниров равны ( ₁=₂) и что вилки находятся в фазе, таким образом:
Достижение постоянной скорости передачи
Фактические расчеты по установке и калибровке
При установке карданных соединений сначала определите фактический угол смещения _actual между входной и выходной осями, который можно измерить с помощью транспортира или координатно-измерительной машины. Если максимально допустимый угол компенсации в конструкции оборудования _допустимый, то должно быть выполнено следующее:
Для общепромышленного оборудования _allowable обычно устанавливается на уровне 5–10 градусов , а для трансмиссий,-тяжелых условий эксплуатации, это значение можно уменьшить до 15 градусов . Если _фактическое значение превышает предельное значение, смещение следует уменьшить, отрегулировав положение установки или добавив промежуточный вал.
Для двойного универсального шарнира, если общий включенный угол равен _total, углы распределения двух шарниров должны удовлетворять:
Это гарантирует, что колебания угловой скорости двух секций компенсируют друг друга, что приводит к плавной передаче.
Пример инженерного применения
Если предположить, что угол _total=12 градусов измерен после установки двух приводных валов и используется двойное карданное соединение, то угол компенсации каждого карданного шарнира должен составлять:
Если номинальный угол конструкции из одной-секции составляет 10 градусов, конструкция является разумной и может обеспечить стабильную работу. Если используется один универсальный шарнир, скорость изменения угловой скорости можно аппроксимировать следующей формулой:
Это означает, что выходная скорость будет колебаться примерно на 1,1% в течение одного цикла вращения. Двойная конструкция универсального шарнира может почти полностью устранить эти колебания.
Универсальные шарнирные муфты эффективно компенсируют угловое смещение между двумя валами благодаря своей гибкой поперечной-конструкции валов. Суть расчета компенсации заключается в точном измерении прилежащего угла и рациональном распределении угла в соответствии с расположением одной-или двойной-секции. При практическом проектировании должно быть обеспечено следующее:
1. _фактическое значение Меньше или равно _allowable;
2. Двухсекционные-конструкции должны сохранять равные углы и фазы;
3. Для высокоскоростного-или высокоточного-оборудования необходимо контролировать угол в пределах 5 градусов.
Овладение вышеизложенными принципами расчета и монтажа позволяет существенно повысить срок службы и устойчивость передачи карданных муфт.
