Kardanakselkobling, ofte blot omtalt som Universal Joint Couplings, er en mekanisk enhed, der bruges til at forbinde to aksler, der ikke er på samme lige linje, og til at overføre drejningsmoment og rotationsbevægelse.
Strukturelle komponenter i en universalkobling
En typisk kardanledskobling består af følgende hovedkomponenter:
1. Gafler: Fastgjort til henholdsvis de to drivaksler, der bruges til at forbinde tværakslerne.
2. Krydsaksel: Placeret i midten af koblingen, er det kernekomponenten til momentoverførsel.
3. Nålerullelejer eller glidelejer: Sørg for, at tværakslen kan rotere frit, hvilket reducerer friktion og slid.
4. Forbindelsesflanger eller spændeanordninger: Anvendes til installation og fiksering, hvilket sikrer transmissionspålidelighed.
Høj-universelle ledkoblinger er typisk lavet af legeret stål eller varme-behandlet stål for at forbedre styrke og slidstyrke.
Kompensationsprincippet for universalkobling
Universalkoblingerkan overføre moment og hastighed, selv når to aksler ikke er kollineære. Deres kernefunktion er at kompensere for vinkelforskydning. Gennem en kryds-akselstruktur tillader de indgangs- og udgangsakslerne at rotere frit inden for et bestemt vinkelområde. Når indgangsakslen roterer, driver gaflerne i begge ender af krydsakslen-udgangsakslen med skiftende vinkelhastigheder, hvilket opnår en fleksibel forbindelse og kompenserer for fejljustering forårsaget af installationsfejl eller driftsdeformation.
Kardanled med enkelt-sektion er velegnet til små vinkelafvigelser (3 grader –15 grader); til større vinkler eller når der kræves konstant hastighedsudgang, anvendes typisk dobbelte kardanled. Ved at arrangere to sektioner i lige vinkler, bliver input- og outputvinkelhastighederne konsistente, hvilket opnår jævn transmission.
Formel til beregning af vinkelkompensation
Når den inkluderede vinkel mellem de to akser er , er inputaksevinklen θ, og udgangsaksevinklen er ψ. Deres bevægelsesforhold er som følger:
Derfor kan vinkelhastighedsforholdet opnås:
Som det kan ses af formlen, hvis der anvendes et enkelt kardanled, svinger vinkelhastigheden periodisk med θ. For at reducere fejl, anbefales det, at den inkluderede vinkel er mindre end eller lig med 10 grader. Hvis den er stor, kan der bruges en dobbelt kardanledsstruktur, der sikrer, at vinklerne på de to led er ens (₁=₂), og at gaflerne er i fase, således:
Opnå konstant transmissionshastighed
Faktisk installation og kalibreringsberegninger
Ved montering af kardankoblinger skal du først bestemme den faktiske forskydningsvinkel _aktuel mellem indgangs- og udgangsaksen, som kan måles ved hjælp af en vinkelmåler eller koordinatmålemaskine. Hvis den maksimalt tilladte kompensationsvinkel i udstyrsdesignet er _tilladt, skal følgende være opfyldt:
For almindeligt industrielt maskineri er _allowable typisk indstillet til 5 grader –10 grader , mens for tunge-transmissioner kan dette lempes til 15 grader . Hvis _faktisk overskrider grænsen, bør offset reduceres ved at justere installationspositionen eller tilføje en mellemaksel.
For et dobbelt kardanled, hvis den samlede inkluderede vinkel er _total, skal fordelingsvinklerne for de to led opfylde:
Dette sikrer, at vinkelhastighedsfluktuationerne i de to sektioner udligner hinanden, hvilket resulterer i en jævn transmission.
Teknisk applikationseksempel
Forudsat at den inkluderede vinkel _total=12 grad måles efter installation af de to drivaksler, og der anvendes en dobbelt kardanledsforbindelse, så bør kompensationsvinklen for hvert kardanled være:
Hvis den nominelle vinkel for en enkelt-sektionsstruktur er 10 grader, er designet rimeligt og kan sikre stabil drift. Hvis der anvendes et enkelt kardanled, kan vinkelhastighedsudsvingshastigheden tilnærmes med følgende formel:
Det betyder, at udgangshastigheden vil svinge med omkring 1,1 % inden for en rotationscyklus. Den dobbelte kardanledsstruktur kan næsten helt eliminere denne udsving.
Universalledskoblinger kompenserer effektivt for vinkelforskydning mellem to aksler gennem deres fleksible tvær{0}}akselstruktur. Kernen i kompensationsberegningen ligger i at måle den inkluderede vinkel nøjagtigt og rationelt allokere vinklen i henhold til arrangementet med enkelt-sektion eller dobbelt-snit. Ved praktisk design skal følgende sikres:
1. _faktisk Mindre end eller lig med _allowable;
2. Dobbelt-sektionsstrukturer skal opretholde ens vinkler og fase;
3. For udstyr med høj-hastighed eller høj-præcision skal det kontrolleres inden for 5 grader.
At mestre ovenstående beregnings- og installationsprincipper kan forbedre levetiden og transmissionsstabiliteten for kardanledskoblinger betydeligt.
