Aci Bersama Sejagat: Reka Bentuk, Pemilihan & Penyelenggaraan

Artikel ini memberi tumpuan kepada bimbingan peringkat kejuruteraan praktikal untuk aci bersama sejagat (aci U-bersama). Ia meliputi definisi, pilihan konfigurasi, formula saiz, cadangan bahan dan rawatan haba, prosedur pemasangan dan pemisahan, senarai semak pemeriksaan, mod kegagalan biasa dan toleransi penamat/pembuatan-semua yang ditulis supaya jurutera reka bentuk atau penyelenggaraan dapat memohon secara langsung.

Apa aci sendi sejagat dan bila menggunakannya

Aci sendi sejagat menghantar tork antara aci non-collinear menggunakan satu atau lebih sendi sejagat (Hooke-jenis). Tidak seperti sendi halaju berterusan, asas U-bersama membolehkan misalignment sudut tetapi menghasilkan turun naik kelajuan apabila digunakan sahaja. Gunakan aci u-bersama di mana:

• Misalignment sudut adalah sederhana (biasanya sehingga 25-30 ° setiap sendi untuk reka bentuk berat).
• Kesederhanaan, kos dan kemudahan penyelenggaraan adalah keutamaan.
• Sistem boleh menerima turun naik kelajuan atau menggunakan bersama (double) U-bersama untuk membatalkannya.

Jenis dan Konfigurasi Aci Bersama Sejagat

Aci tunggal vs double (cardan) u-bersama

Satu U-Bersama tunggal menghantar tork antara aci yang tidak disengajakan tetapi memperkenalkan halaju sudut yang tidak seragam. Double u-bersama (dua bersama U-bersama dengan aci pusat) membatalkan variasi halaju jika kedua-dua sendi beroperasi pada sudut yang sama dan berperingkat dengan betul-ini adalah penyelesaian yang paling biasa dalam aplikasi drivetrain.

Silang (empat bolt) vs tripod dan hibrida halaju tetap

Sendi silang (dengan salib galas jarum) adalah padat dan mantap untuk beban radial berat. Gaya tripod atau sendi CV-hybrid mengurangkan getaran pada sudut yang lebih tinggi tetapi lebih kompleks dan mahal. Pilih berdasarkan misalignment, kitaran tugas, akses pelinciran, dan keperluan mengimbangi dinamik.

Prinsip Reka Bentuk dan Sizing (Formula Praktikal)

Pemilihan tork asas dan aci

Mulakan dengan tork yang dihantar. Jika anda tahu kuasa kuda (HP) dan kelajuan aci (RPM):

• Tork (lb · ft) = (hp × 5252) / rpm.
• Untuk unit metrik: tork (n · m) = (hp × 745.7) / (2π × rpm / 60) - lebih mudah untuk menukar hp ke kW dan menggunakan t (n · m) = (kW × 9550) / rpm.

Sebaik sahaja tork (t) diketahui, tentukan modulus seksyen aci yang diperlukan dan diameter menggunakan tegasan ricih yang dibenarkan (τ_allow). Untuk aci pekeliling pepejal di bawah kilasan:

• Momen kutub j = π · d⁴ / 32
• Tekanan ricih τ = t · c / j = (16 · t) / (π · d³)
• Menyusun semula untuk menyelesaikan d: d ≥ ((16 · t) / (π · τ_allow))^(1/3)

Gunakan faktor keselamatan yang sesuai untuk aplikasi: aci keletihan/berputar biasa menggunakan 1.5-3.0 bergantung kepada pemuatan kejutan dan kitaran tugas yang tidak diketahui. Untuk aci yang diketepikan atau dibuang, menyumbang kepekatan tekanan dan mengurangkan tekanan yang dibenarkan dengan sewajarnya.

Pemilihan bahan, rawatan haba dan kemasan permukaan

Bahan dan rawatan biasa untuk aci U-Bersama:

• Keluli Medium-Carbon (AISI 1045/EN C45): kebolehkerjaan yang baik; Sesuai untuk beban sederhana selepas pelepasan tekanan atau pengerasan permukaan.
• Keluli Alloy (4140/42CRMO): lebih disukai untuk aplikasi tork/keletihan yang lebih tinggi; Melalui keras atau dipadamkan & marah kepada> 800-1000 MPa tegangan seperti yang diperlukan.
• Kes Hardening (Carburize atau Nitriding) untuk splines atau jurnal untuk meningkatkan haus sambil mengekalkan teras yang sukar.
• Kemasan permukaan: RA ≤ 0.8 μm disyorkan pada jurnal galas; Kerusi galas yang digilap memanjangkan kehidupan jarum.

Perhimpunan, Phasing, Balancing dan Had Runout

Peraturan PHASING (untuk mengelakkan getaran)

Apabila menggunakan dua sendi U-siri, kedua-dua sendi mesti mempunyai sudut operasi yang sama dan bertahap 180 ° (berorientasikan yokes) supaya turun naik halaju aci yang didorong dibatalkan. Praktikal:

• Letakkan telinga kuk secara visual dan tandakannya; Pasang So Flange/Yoke Marks sejajar dalam fasa yang ditentukan.
• Sahkan sudut yang sama dengan tolok sudut; Sudut yang tidak sama menghasilkan getaran sisa yang berkadar dengan perbezaan.

Pengimbangan dan Runout Dinamik

Aci dengan bahagian U-bersama dan pusat harus seimbang secara dinamik jika kelajuan operasi melebihi enjin biasa terbiar atau jika toleransi getaran rendah. Sasaran Runout dan Toleransi Keseimbangan:

• Jumlah Runout (Tir) yang ditunjukkan pada jurnal bearing: ≤ 0.05 mm untuk drivetrain berkelajuan tinggi.
• Mengimbangi dinamik ke gred ISO 1940/1 G16 atau lebih baik untuk aplikasi automotif; Peralatan berputar yang lebih berat mungkin memerlukan G6.3 -G2.5.

Senarai Semak Pemeriksaan, Pelinciran & Penyelenggaraan

Pemeriksaan biasa secara dramatik memanjangkan kehidupan. Gunakan senarai semak praktikal berikut semasa penyelenggaraan yang dijadualkan:

• Pemeriksaan visual pelepasan yoke, trunnions salib dan anjing laut untuk kebocoran, kakisan atau kebocoran gris.
• Semak mainan galas: Play paksi atau radial di luar toleransi pengeluar menunjukkan memakai galas; Ukur dengan penunjuk dail.
• Selang Grease: RE-Lube Needle Bearings per kitaran tugas (tipikal: setiap 50-200 jam) menggunakan gred NLGI yang serasi dan gris galas.
• Semak bunyi dan getaran di bawah beban - permulaan tiba -tiba menunjukkan keruntuhan, kegagalan silang atau misphasing.

Mod kegagalan biasa dan punca akar

Menyedari mod kegagalan membantu menetapkan pembetulan yang betul:

• Pakaian galas jarum pramatang - Biasanya dari pelinciran yang tidak mencukupi, gris yang tercemar, atau misalignment.
• Fraktur Cross/Trunnion-Beban kejutan yang tinggi atau rawatan bahan/haba yang salah; Periksa permukaan patah untuk keletihan berbanding tandatangan beban.
• U-Bersama Deformasi Yoke-Momen lentur yang berlebihan disebabkan oleh sokongan yang tidak betul atau aci yang berukuran kecil.

Toleransi Pembuatan, Pemeriksaan dan Ujian QC

Dimensi utama dan tindakan QC untuk dimasukkan ke dalam rancangan pembuatan:

• Diameter jurnal ± 0.01-0.03 mm bergantung kepada kesesuaian galas (tekan vs slip sesuai).
• Toleransi seksyen spline atau kunci bagi setiap standard ISO/RM yang digunakan; Kawalan untuk Runout dan Concentricity ≤ 0.05 mm.
• Melakukan pemeriksaan kekerasan selepas rawatan haba (mis., Kekerasan teras dan kedalaman kes untuk bahagian karburisasi).
• Ujian Fungsian Akhir-of-Line: Putar di bawah beban pada kelajuan operasi untuk mengesan getaran, bunyi bising atau kebocoran minyak/minyak.

Senarai Semak Pemilihan dan Jadual Rujukan Cepat

Gunakan senarai semak di bawah sebelum memuktamadkan reka bentuk aci atau memesan bahagian pengganti:

• Sahkan tork berterusan dan puncak, pelbagai RPM dan sudut operasi.
• Tentukan satu vs susunan sendi berganda berdasarkan sudut dan keperluan untuk halaju yang berterusan.
• Tentukan bahan, rawatan haba, dan kemasan permukaan untuk jurnal dan splines.
• Sertakan pengimbangan spesifikasi dan had larian pada lukisan pembelian.

Nota Akhir: Sentiasa merujuk data datasheet U-bersama-bersama untuk spline sesuai, jenis galas jarum dan keserasian gris. Formula dan toleransi di atas terbukti titik permulaan-menyesuaikannya dengan kitaran tugas tertentu, keadaan persekitaran (perkhidmatan suhu menghakis atau tinggi), dan keperluan keselamatan projek anda.