Sprzęgło wału kardana, często określane po prostu jako uniwersalne sprzęgła przegubowe, jest urządzeniem mechanicznym służącym do łączenia dwóch wałów, które nie znajdują się na tej samej linii prostej oraz do przenoszenia momentu obrotowego i ruchu obrotowego.
Elementy konstrukcyjne uniwersalnego złącza przegubowego
Typowe sprzęgło uniwersalne składa się z następujących głównych elementów:
1. Widły: Mocowane odpowiednio do dwóch wałów napędowych, używane do łączenia półosi.
2. Wał poprzeczny: Znajduje się pośrodku sprzęgła i jest głównym elementem przenoszącym moment obrotowy.
3. Łożyska igiełkowe lub ślizgowe: Upewnij się, że wał poprzeczny może się swobodnie obracać, zmniejszając tarcie i zużycie.
4. Kołnierze łączące lub urządzenia zaciskowe: Stosowane do montażu i mocowania, zapewniające niezawodność transmisji.
Wysokowydajne-sprzęgła z przegubami uniwersalnymi są zazwyczaj wykonane ze stali stopowej lub stali-poddanej obróbce cieplnej w celu poprawy wytrzymałości i odporności na zużycie.
Zasada kompensacji uniwersalnego złącza przegubowego
Złącza uniwersalnemoże przenosić moment obrotowy i prędkość nawet wtedy, gdy dwa wały nie są współliniowe. Ich podstawową funkcją jest kompensacja niewspółosiowości kątowej. Dzięki konstrukcji-krzyżowego wału umożliwiają one swobodny obrót wałów wejściowego i wyjściowego w określonym zakresie kątowym. Gdy wał wejściowy się obraca, widełki na obu końcach-wału poprzecznego napędzają wał wyjściowy ze zmiennymi prędkościami kątowymi, uzyskując elastyczne połączenie i kompensując niewspółosiowość spowodowaną błędami montażowymi lub deformacjami operacyjnymi.
Przeguby uniwersalne-jednosekcyjne nadają się do małych odchyleń kątowych (3–15 stopni); w przypadku większych kątów lub gdy wymagana jest stała prędkość wyjściowa, zwykle stosuje się podwójne przeguby uniwersalne. Układając dwie sekcje pod równymi kątami, wejściowe i wyjściowe prędkości kątowe są spójne, co zapewnia płynną transmisję.
Wzór na obliczenie kompensacji kąta
Gdy kąt zawarty między dwiema osiami wynosi , kąt osi wejściowej wynosi θ, a kąt osi wyjściowej wynosi ψ. Ich zależność ruchu jest następująca:
Dlatego można otrzymać stosunek prędkości kątowej:
Jak widać ze wzoru, w przypadku zastosowania pojedynczego przegubu uniwersalnego prędkość kątowa zmienia się okresowo z θ. Aby zmniejszyć błąd, zaleca się, aby kąt zawarty był mniejszy lub równy 10 stopni. Jeśli jest duży, można zastosować podwójną konstrukcję przegubu uniwersalnego, zapewniając, że kąty dwóch przegubów są równe ( ₁=₂) i że widły są w fazie, a zatem:
Osiągnij transmisję ze stałą prędkością
Rzeczywiste obliczenia instalacyjne i kalibracyjne
Podczas montażu sprzęgieł przegubowych należy najpierw określić rzeczywisty kąt przesunięcia _rzeczywisty pomiędzy osią wejściową i wyjściową, który można zmierzyć za pomocą kątomierza lub współrzędnościowej maszyny pomiarowej. Jeżeli maksymalny dopuszczalny kąt kompensacji w projekcie urządzenia jest dopuszczalny, wówczas muszą być spełnione następujące warunki:
W przypadku ogólnych maszyn przemysłowych wartość _allowable jest zwykle ustawiana na poziomie 5–10 stopni, natomiast w przypadku-przekładni o dużym obciążeniu wartość tę można zmniejszyć do 15 stopni. Jeżeli _rzeczywisty przekracza limit, należy zmniejszyć przesunięcie poprzez dostosowanie pozycji montażowej lub dodanie wału pośredniego.
W przypadku podwójnego przegubu uniwersalnego, jeśli całkowity kąt zawarty wynosi _całkowity, kąty rozkładu dwóch przegubów powinny spełniać:
Zapewnia to, że wahania prędkości kątowej obu sekcji znoszą się wzajemnie, co zapewnia płynną transmisję.
Przykład zastosowania inżynierskiego
Zakładając, że kąt zawarty _całkowity=12 stopień jest mierzony po zamontowaniu dwóch wałów napędowych i zastosowano podwójne połączenie przegubowe, to kąt kompensacji każdego przegubu uniwersalnego powinien wynosić:
Jeśli kąt znamionowy konstrukcji jednosekcyjnej- wynosi 10 stopni, projekt jest rozsądny i może zapewnić stabilną pracę. W przypadku zastosowania pojedynczego przegubu uniwersalnego współczynnik wahań prędkości kątowej można przybliżyć za pomocą następującego wzoru:
Oznacza to, że prędkość wyjściowa będzie się zmieniać o około 1,1% w ciągu jednego cyklu obrotowego. Podwójna uniwersalna konstrukcja złącza może prawie całkowicie wyeliminować te wahania.
Sprzęgła przegubowe uniwersalne skutecznie kompensują niewspółosiowość kątową pomiędzy dwoma wałami dzięki elastycznej konstrukcji-wału krzyżowego. Istota obliczeń kompensacji polega na dokładnym zmierzeniu kąta zawartego i racjonalnym przydzieleniu kąta zgodnie z układem pojedynczej-sekcji lub podwójnej-sekcji. W praktycznym projektowaniu należy zapewnić, co następuje:
1. _rzeczywisty Mniejszy lub równy _allowable;
2. Konstrukcje dwu-przekrojowe muszą zachować równe kąty i fazę;
3. W przypadku sprzętu-szybkiego lub-precyzyjnego, kąt powinien być kontrolowany w zakresie 5 stopni.
Opanowanie powyższych zasad obliczeń i montażu może znacznie poprawić żywotność i stabilność przekładni sprzęgieł uniwersalnych.
