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Anwendungen von Keilwellenkupplungen

Eine Keilwellenkupplung ist eine äußerst effektive Methode, zwei oder mehr Bauteile zu verbinden. Diese Kupplungsart ist sehr effizient, da sie Linearbewegung und Rotation kombiniert, und ist daher in zahlreichen Anwendungen eine bevorzugte Wahl. Lesen Sie weiter, um mehr über die wichtigsten Eigenschaften und Anwendungsbereiche von Keilwellenkupplungen zu erfahren. Sie können außerdem den zu erwartenden Betrieb und Verschleiß bestimmen. Mit den folgenden Schritten können Sie Ihre eigenen Kupplungen ganz einfach konstruieren.

Optimales Design

Die Keilwellenkupplung spielt eine wichtige Rolle bei der Drehmomentübertragung. Sie besteht aus einer Nabe und einer Welle mit Keilwellenverzahnung, die sich flächenberührt und sich nicht relativ zueinander bewegt. Da sie verbunden sind, ist ihre Winkelgeschwindigkeit gleich. Die Keilwellenverzahnung kann mit jedem Profil ausgeführt werden, das die Reibung minimiert. Durch den Kontakt ist die Last nicht gleichmäßig verteilt, sondern konzentriert sich auf einen kleinen Bereich, was zu Verformungen der Nabenoberfläche führen kann.
Die optimale Auslegung von Keilwellenkupplungen berücksichtigt verschiedene Faktoren, darunter Gewicht, Materialeigenschaften und Leistungsanforderungen. In der Luftfahrtindustrie ist das Gewicht ein wichtiger Auslegungsfaktor. Die Tabellen von SAE und ANSI berücksichtigen das Gewicht jedoch nicht bei der Berechnung der Leistungsanforderungen von Keilwellenkupplungen. Ein weiterer kritischer Faktor ist der Platzbedarf. Keilwellenkupplungen müssen unter Umständen in beengten Räumen verbaut werden oder unterliegen anderen Konfigurationsbeschränkungen.
Eine optimale Auslegung von Keilwellenkupplungen kann durch eine ungerade Zähnezahl charakterisiert sein. Dies ist jedoch nicht immer der Fall. Überschreitet der Außendurchmesser der Keilwelle einen bestimmten Schwellenwert, ist das optimale Keilwellenkupplungsmodell möglicherweise nicht die beste Wahl für diese Anwendung. Um eine Keilwellenkupplung für eine spezifische Anwendung zu optimieren, sollte der Anwender die für seine Anwendung am besten geeignete Dimensionierungsmethode wählen.
Sobald ein Design erstellt ist, wird die resultierende Keilwellenkupplung getestet. Das System prüft alle Designbeschränkungen und validiert die Herstellbarkeit mit modernen Fertigungstechniken. Das resultierende Keilwellenkupplungsmodell wird anschließend zur weiteren Analyse in ein Optimierungstool exportiert. Mit dieser Methode kann der Konstrukteur das Design einer Keilwellenkupplung einfach anpassen und deren Gewicht reduzieren.
Das Keilwellenkupplungsmodell 20 umfasst die wichtigsten Strukturmerkmale einer Keilwellenkupplung. Eine Produktmodellierungssoftware 10 speichert Standardwerte für jede Spezifikation der Keilwellenkupplung. Das resultierende Keilwellenmodell wird anschließend gemäß dem in der vorliegenden Erfindung verwendeten Algorithmus berechnet. Die Software ermöglicht es dem Konstrukteur, die Radien, die Dicke und die Ausrichtung der Keilwellenkupplung einzugeben.

Eigenschaften

Ein wichtiger Aspekt von Keilwellenverzahnungen in Flugzeugtriebwerken ist die Lastverteilung zwischen den Zähnen. Die Forscher führten experimentelle Untersuchungen durch und analysierten den Einfluss der Schmierbedingungen auf das Kupplungsverhalten. Anschließend entwickelten sie ein theoretisches Modell mit einem Ruiz-Parameter, um die realen Betriebsbedingungen von Keilwellenkupplungen zu simulieren. Dieses Modell erklärt den durch die Keilwellenkupplungen verursachten Verschleiß unter Berücksichtigung von Reibung, Fluchtungsfehlern und anderen für die Leistungsfähigkeit der Verzahnung relevanten Bedingungen.
Zur Auslegung einer Keilwellenkupplung gibt der Benutzer zunächst die Auslegungskriterien für die tragenden Abschnitte ein, einschließlich der Außenverzahnung 40 des Keilwellenkupplungsmodells 30. Anschließend legt er die Anforderungen an die Drehmomentreserve fest, wie z. B. die Streckgrenze, das plastische Knicken und das Kriechknicken. Das Softwareprogramm berechnet daraufhin automatisch die Größe und Konfiguration der tragenden Abschnitte und der Welle. Diese Spezifikationen werden anschließend als Spezifikationswerte in das Modellierungsprogramm 10 eingegeben.
Verschiedene Konfigurationsspezifikationen für die Keilwellenverschraubung werden über die grafische Benutzeroberfläche (GUI) 80 eingegeben. Das Softwareprogramm 10 generiert anschließend ein Keilwellenverschraubungsmodell, indem es Standardwerte für die verschiedenen Spezifikationen speichert. Der Benutzer kann dieses Modell dann durch Ändern der Spezifikationen anpassen. Das Endergebnis ist ein computergestütztes Design, das es Konstrukteuren ermöglicht, Keilwellenverschraubungen anhand ihrer Leistungs- und Konstruktionsvorgaben zu optimieren.
Die Software zur Berechnung von Spline-Kopplungsmodellen prüft kontinuierlich deren Gültigkeit für die jeweilige Anwendung. Gibt ein Benutzer beispielsweise einen Datenwert für ein Parametersignal ein, vergleicht die Software diesen Wert mit dem entsprechenden Wert in der Wissensdatenbank. Liegen die Werte außerhalb der Spezifikationen, wird eine Warnmeldung angezeigt. Nach Abschluss dieses Vergleichs erstellt die Software einen Ergebnisbericht.
Zu den verschiedenen Konstruktionsfaktoren von Keilwellenkupplungen zählen Gewicht, Materialeigenschaften und Leistungsanforderungen. Das Gewicht ist einer der wichtigsten Konstruktionsfaktoren, insbesondere in der Luftfahrt. Die Tabellen von ANSI und SAE berücksichtigen diese Faktoren bei der Berechnung der Lastkennlinien von Keilwellenkupplungen nicht. Weitere Konstruktionsanforderungen können die Konfiguration einer Keilwellenkupplung ebenfalls einschränken.

Anwendungen

Keilwellenkupplungen sind eine Art mechanische Verbindung, die zwei rotierende Wellen miteinander verbindet. Ihre beiden Teile greifen in Zähne ein, die die Last übertragen. Obwohl Keilwellen üblicherweise überdimensioniert sind, unterliegen sie dennoch Ermüdung und statischer Belastung. Diese Eigenschaften machen sie auch verschleißanfällig. Daher sind eine korrekte Konstruktion und Auswahl entscheidend, um den Verschleiß an Keilwellen zu minimieren. Keilwellenkupplungen finden in vielen Bereichen Anwendung.
Die Konstruktion basiert auf dem Durchmesser der zu verbindenden Welle. Dies ermöglicht den korrekten Abstand der Keile. Ein neuartiges Wälzfräsverfahren erlaubt die Herstellung konischer Keilfüße ohne Behinderung, und der Keilfuß ist konzentrisch zur Achse. Diese Eigenschaften ermöglichen hohe Produktionsraten. Keilwellenkupplungen finden in verschiedenen Branchen Anwendung. Lesen Sie weiter, um mehr zu erfahren.
Die FE-basierte Methodik ermöglicht die Vorhersage des Verschleißes von Keilwellenkupplungen unter Berücksichtigung der Reibungskoeffizientenentwicklung. Diese Methode kann Reibverschleiß anhand einfacher Rund-auf-Flach-Geometrien vorhersagen und wurde mit experimentellen Daten kalibriert. Der vorhergesagte Verschleiß stimmt gut mit den experimentellen Daten überein. Die Reibungsentwicklung in Keilwellenkupplungen hängt von der Keilwellengeometrie ab. Auch die Schmierbedingungen der Keilwellen müssen berücksichtigt werden.
Die Verwendung einer Keilwellenkupplung reduziert das Zahnflankenspiel und gewährleistet die korrekte Ausrichtung der verbundenen Bauteile. Die Keilwellenverzahnung überträgt die Drehbewegung von der Welle auf das innere Keilwellenelement, beispielsweise ein Zahnrad oder ein anderes Drehteil. Die erforderliche Festigkeit am Kupplungsfuß und das Drehmoment bestimmen den passenden Kupplungstyp.
Die Keilwelle hat üblicherweise einen flachen Zahnfuß und ist einseitig gekrönt. Die gekrönte Keilwelle besitzt eine symmetrische Krone in der Mitte der Keilwellenbreite. Mit abnehmender Keilwellenlänge zu den Enden hin werden die Zähne dünner. Der Zahndurchmesser wird in Teilung gemessen. Das bedeutet, dass die männliche Keilwelle einen flachen Zahnfuß und eine gekrönte Keilwelle besitzt.

Vorhersagbarkeit

Spindelkupplungen werden in rotierenden Maschinen zur Verbindung zweier Wellen eingesetzt. Sie bestehen aus zwei Teilen mit ineinandergreifenden Zähnen, die die Last übertragen. Keilwellenkupplungen sind häufig überdimensioniert und neigen zu statischer und dynamischer Belastung. Verschleißerscheinungen sind ebenfalls ein häufiges Problem bei Keilwellen. Um diese Probleme zu beheben, ist es unerlässlich, das Verhalten und die Vorhersagbarkeit dieser Kupplungen zu verstehen.
Das dynamische Verhalten von Keilwellen-Rotor-Kupplungen ist oft unklar, insbesondere wenn das System nicht in den Rotor integriert ist. Beispielsweise beträgt die Hauptfrequenz bei fehlender Fluchtungsabweichung das 1-fache der Drehzahl. Mit zunehmender Fluchtungsabweichung beginnt das System komplex zu schwingen. Darüber hinaus erhöhen sich die Amplituden aller Frequenzen, wenn die Wellenbahnen vom Ursprung abweichen. Daher sind Forschungsergebnisse hilfreich für die korrekte Auslegung und Fehlersuche in Rotorsystemen.
Das Modell für nicht ausgerichtete Keilwellenverzahnungen lässt sich durch Analyse der Spannungs-Druck-Beziehungen zwischen zwei Keilwellenpaaren gewinnen. Das Eingriffskraftmodell der Keilwellen ist eine Funktion der Systemmasse, des übertragenen Drehmoments und der dynamischen Schwingungsamplitude. Dieses Modell ist gültig, solange die dynamische Schwingungsamplitude gering ist. Darüber hinaus ist die CZPT-Schrittintegrationsmethode stabil und hocheffizient.
Die Gleitverteilungen hängen vom Schmierzustand, dem Reibungskoeffizienten und der Anzahl der Lastwechsel ab. Die vorhergesagten Verschleißtiefen liegen innerhalb des Bereichs der Messwerte. Diese Vorhersagen basieren auf den Gleitverteilungen. Die Methodik sagt einen erhöhten Verschleiß bei geringer Schmierung voraus, nicht jedoch bei zusätzlicher Schmierung. Der Schmierzustand und der Reibungskoeffizient sind die Schlüsselfaktoren für das Verschleißverhalten von Keilwellen.