Cardanaskoppeling, vaak eenvoudigweg kruiskoppelingkoppelingen genoemd, is een mechanisch apparaat dat wordt gebruikt om twee assen te verbinden die niet op dezelfde rechte lijn liggen, en om koppel en rotatiebeweging over te brengen.
Structurele componenten van een kruiskoppelingkoppeling
Een typische kruiskoppelingkoppeling bestaat uit de volgende hoofdcomponenten:
1. Vorken: respectievelijk bevestigd aan de twee aandrijfassen, gebruikt om de dwarsassen met elkaar te verbinden.
2. Dwarsas: Deze bevindt zich in het midden van de koppeling en is het kernonderdeel voor de koppeloverbrenging.
3. Naaldlagers of glijlagers: Zorg ervoor dat de dwarsas vrij kan draaien, waardoor wrijving en slijtage worden verminderd.
4. Verbindingsflenzen of kleminrichtingen: gebruikt voor installatie en bevestiging, waardoor de betrouwbaarheid van de transmissie wordt gewaarborgd.
Hoogwaardige kruiskoppelingkoppelingen- zijn doorgaans gemaakt van gelegeerd staal of warmte-behandeld staal om de sterkte en slijtvastheid te verbeteren.
Het compensatieprincipe van kruiskoppelingkoppeling
Kruiskoppelingkoppelingenkan koppel en snelheid overbrengen, zelfs als twee assen niet collineair zijn. Hun kernfunctie is het compenseren van hoekafwijkingen. Via een kruis-asstructuur zorgen ze ervoor dat de ingaande en uitgaande assen vrij kunnen draaien binnen een bepaald hoekbereik. Wanneer de ingaande as roteert, drijven de vorken aan beide uiteinden van de dwarsas de uitgaande as aan met wisselende hoeksnelheden, waardoor een flexibele verbinding wordt bereikt en een verkeerde uitlijning wordt gecompenseerd die wordt veroorzaakt door installatiefouten of operationele vervorming.
Universele kruiskoppelingen met één- sectie zijn geschikt voor kleine hoekafwijkingen (3 graden –15 graden); voor grotere hoeken of wanneer een constant toerental vereist is, worden doorgaans dubbele kruiskoppelingen gebruikt. Door twee secties onder gelijke hoeken te plaatsen, worden de invoer- en uitvoerhoeksnelheden consistent gemaakt, waardoor een soepele transmissie wordt bereikt.
Berekeningsformule voor hoekcompensatie
Wanneer de ingesloten hoek tussen de twee assen gelijk is, is de hoek van de invoeras θ en is de hoek van de uitvoeras ψ. Hun bewegingsrelatie is als volgt:
Daarom kan de hoeksnelheidsverhouding worden verkregen:
Zoals uit de formule blijkt, fluctueert de hoeksnelheid bij gebruik van één kruiskoppeling periodiek met θ. Om fouten te verminderen, wordt aanbevolen dat de ingesloten hoek kleiner dan of gelijk is aan 10 graden. Als deze groot is, kan een dubbele kruiskoppelingstructuur worden gebruikt, waarbij ervoor wordt gezorgd dat de hoeken van de twee verbindingen gelijk zijn ( ₁=₂) en dat de vorken in fase zijn, dus:
Bereik transmissie met constante snelheid
Werkelijke installatie- en kalibratieberekeningen
Bij het installeren van de kruiskoppelingkoppelingen moet u eerst de werkelijke offsethoek _actual tussen de invoer- en uitvoeras bepalen, die kan worden gemeten met behulp van een gradenboog of coördinatenmeetmachine. Als de maximaal toegestane compensatiehoek in het ontwerp van de apparatuur toelaatbaar is, moet aan het volgende worden voldaan:
Voor algemene industriële machines wordt _allowable doorgaans ingesteld op 5 graden –10 graden, terwijl dit voor zware- transmissies kan worden versoepeld tot 15 graden. Als _actual de limiet overschrijdt, moet de offset worden verkleind door de installatiepositie aan te passen of een tussenas toe te voegen.
Als bij een dubbele kruiskoppeling de totale ingesloten hoek _total is, moeten de verdelingshoeken van de twee verbindingen voldoen aan:
Dit zorgt ervoor dat de hoeksnelheidsschommelingen van de twee secties elkaar opheffen, wat resulteert in een soepele transmissie.
Techniektoepassingsvoorbeeld
Ervan uitgaande dat de ingesloten hoek _total=12 graad wordt gemeten na installatie van de twee aandrijfassen, en er gebruik wordt gemaakt van een dubbele kruiskoppelingverbinding, dan zou de compensatiehoek van elke kruiskoppeling als volgt moeten zijn:
Als de nominale hoek van een constructie met één-sectie 10 graden bedraagt, is het ontwerp redelijk en kan een stabiele werking worden gegarandeerd. Als er één kruiskoppeling wordt gebruikt, kan de hoeksnelheidsfluctuatie worden benaderd met de volgende formule:
Dit betekent dat de uitvoersnelheid binnen één rotatiecyclus met ongeveer 1,1% zal fluctueren. De dubbele kruiskoppelingstructuur kan deze fluctuatie vrijwel volledig elimineren.
Kruiskoppelingkoppelingen compenseren effectief de hoekafwijking tussen twee assen dankzij hun flexibele kruis-asstructuur. De kern van de compensatieberekening ligt in het nauwkeurig meten van de ingesloten hoek en het rationeel toewijzen van de hoek volgens de opstelling met enkele-sectie of dubbele-sectie. Bij een praktisch ontwerp moet het volgende worden gewaarborgd:
1. _werkelijk Kleiner dan of gelijk aan _allowable;
2. Constructies met dubbele- secties moeten gelijke hoeken en fase behouden;
3. Voor apparatuur met hoge-snelheid of hoge-precisie moet deze binnen een hoek van 5 graden worden geregeld.
Het beheersen van de bovenstaande berekenings- en installatieprincipes kan de levensduur en transmissiestabiliteit van kruiskoppelingkoppelingen aanzienlijk verbeteren.
