Spojka kardanskog vratila, koja se često jednostavno naziva spojkama univerzalnog zgloba, je mehanički uređaj koji se koristi za spajanje dva vratila koja nisu na istoj ravnoj liniji i za prijenos momenta i rotacijskog gibanja.
Strukturne komponente univerzalne zglobne spojke
Tipična univerzalna zglobna spojka sastoji se od sljedećih glavnih komponenti:
1. Vilice: pričvršćene na dvije pogonske osovine, koriste se za spajanje križnih osovina.
2. Križna osovina: Smještena u središtu spojke, to je središnja komponenta za prijenos okretnog momenta.
3. Igličasti ili klizni ležajevi: Osigurajte da se poprečno vratilo može slobodno okretati, smanjujući trenje i trošenje.
4. Spojne prirubnice ili stezni uređaji: koriste se za ugradnju i fiksaciju, osiguravajući pouzdanost prijenosa.
Visoko{0}}učinkovite kardanske spojke obično se izrađuju od legiranog čelika ili toplinski{1}}obrađenog čelika radi poboljšanja čvrstoće i otpornosti na trošenje.
Načelo kompenzacije univerzalne zglobne spojke
Univerzalne zglobne spojkemože prenijeti moment i brzinu čak i kada dva vratila nisu kolinearna. Njihova glavna funkcija je kompenzacija kutnog odstupanja. Kroz strukturu poprečne-osovine, dopuštaju ulaznoj i izlaznoj osovini da se slobodno okreću unutar određenog kutnog raspona. Kada se ulazna osovina okreće, vilice na oba kraja poprečne-osovine pokreću izlaznu osovinu izmjeničnim kutnim brzinama, postižući fleksibilnu vezu i kompenzirajući neusklađenost uzrokovanu pogreškama pri montaži ili radnom deformacijom.
Univerzalni zglobovi-od jednog presjeka prikladni su za mala kutna odstupanja (3 stupnja –15 stupnjeva); za veće kutove ili kada je potrebna konstantna izlazna brzina, obično se koriste dvostruki univerzalni zglobovi. Postavljanjem dvije sekcije pod jednakim kutovima, ulazna i izlazna kutna brzina postaju konzistentne, čime se postiže glatki prijenos.
Formula za izračun kutne kompenzacije
Kada je uključeni kut između dviju osi , kut ulazne osi je θ, a kut izlazne osi je ψ. Njihov odnos kretanja je sljedeći:
Stoga se omjer kutne brzine može dobiti:
Kao što se može vidjeti iz formule, ako se koristi jedan kardanski zglob, kutna brzina povremeno fluktuira s θ. Kako bi se smanjila pogreška, preporučuje se da uključeni kut bude manji ili jednak 10 stupnjeva. Ako je velik, može se koristiti dvostruka univerzalna zglobna struktura, osiguravajući da su kutovi dvaju zglobova jednaki ( ₁=₂) i da su vilice u fazi, dakle:
Postići prijenos konstantne brzine
Stvarna instalacija i izračuni kalibracije
Kod montaže kardanskih spojki najprije odredite stvarni kut pomaka _stvarni između ulazne i izlazne osi, koji se može izmjeriti pomoću kutomjera ili koordinatnog mjernog uređaja. Ako je maksimalni dopušteni kut kompenzacije u dizajnu opreme _dopušten, tada mora biti ispunjeno sljedeće:
Za opće industrijske strojeve, _allowable obično se postavlja na 5 stupnjeva –10 stupnjeva, dok se za teške-mjenjače to može smanjiti na 15 stupnjeva. Ako _actual premašuje ograničenje, pomak treba smanjiti podešavanjem položaja ugradnje ili dodavanjem srednje osovine.
Za dvostruki kardanski zglob, ako je ukupni uključeni kut _total, kutovi distribucije dva zgloba trebaju zadovoljiti:
Ovo osigurava da se fluktuacije kutne brzine dviju sekcija međusobno poništavaju, što rezultira glatkim prijenosom.
Primjer inženjerske primjene
Pod pretpostavkom da je uključeni kut _total=12 stupnjeva izmjeren nakon ugradnje dviju pogonskih osovina i da se koristi dvostruki kardanski zglob, tada bi kompenzacijski kut svakog univerzalnog zgloba trebao biti:
Ako je nazivni kut strukture s jednim-odjeljkom 10 stupnjeva, dizajn je razuman i može osigurati stabilan rad. Ako se koristi jedan univerzalni zglob, stopa fluktuacije kutne brzine može se aproksimirati sljedećom formulom:
To znači da će izlazna brzina fluktuirati za oko 1,1% unutar jednog ciklusa rotacije. Struktura dvostrukog univerzalnog zgloba može gotovo u potpunosti eliminirati ovu fluktuaciju.
Spojke s univerzalnim zglobom učinkovito kompenziraju kutno odstupanje između dviju osovina putem svoje fleksibilne poprečne-strukture osovine. Srž izračuna kompenzacije leži u točnom mjerenju uključenog kuta i racionalnoj raspodjeli kuta prema rasporedu jedno-presjeka ili dvostrukog-presjeka. U praktičnom dizajnu treba osigurati sljedeće:
1. _actual Manje od ili jednako _allowable;
2. Strukture s dvo-presjekom moraju održavati jednake kutove i fazu;
3. Za veliku -brzinu ili visoko{2}}preciznu opremu, treba se kontrolirati unutar 5 stupnjeva.
Ovladavanje gore navedenim načelima proračuna i ugradnje može značajno poboljšati životni vijek i stabilnost prijenosa kardanskih spojki.
