O acoplamento do eixo cardan, muitas vezes referido simplesmente como acoplamentos de junta universal, é um dispositivo mecânico usado para conectar dois eixos que não estão na mesma linha reta e para transmitir torque e movimento rotacional.
Componentes estruturais de um acoplamento de junta universal
Um acoplamento de junta universal típico consiste nos seguintes componentes principais:
1. Garfos: Fixados nos dois eixos de transmissão respectivamente, usados para conectar os eixos transversais.
2. Eixo Cruzado: Localizado no centro do acoplamento, é o componente principal para transmissão de torque.
3. Rolamentos de rolos de agulhas ou rolamentos lisos: Certifique-se de que o eixo transversal possa girar livremente, reduzindo o atrito e o desgaste.
4. Flanges de conexão ou dispositivos de fixação: Utilizados para instalação e fixação, garantindo confiabilidade na transmissão.
Acoplamentos de junta universal de alto-desempenho normalmente são feitos de liga de aço ou aço-tratado termicamente para melhorar a resistência e a resistência ao desgaste.
O Princípio de Compensação do Acoplamento de Junta Universal
Acoplamentos de junta universalpode transmitir torque e velocidade mesmo quando dois eixos não são colineares. Sua principal função é compensar o desalinhamento angular. Através de uma estrutura de eixo-cruzado, eles permitem que os eixos de entrada e saída girem livremente dentro de uma determinada faixa angular. Quando o eixo de entrada gira, os garfos em ambas as extremidades do eixo-cruzado acionam o eixo de saída com velocidades angulares alternadas, obtendo uma conexão flexível e compensando o desalinhamento causado por erros de instalação ou deformação operacional.
As juntas universais-de seção única são adequadas para pequenos desvios angulares (3 graus –15 graus); para ângulos maiores ou quando é necessária uma saída de velocidade constante, normalmente são usadas juntas universais duplas. Ao organizar duas seções em ângulos iguais, as velocidades angulares de entrada e saída tornam-se consistentes, conseguindo uma transmissão suave.
Fórmula de cálculo de compensação de ângulo
Quando o ângulo incluído entre os dois eixos é , o ângulo do eixo de entrada é θ e o ângulo do eixo de saída é ψ. A relação de movimento deles é a seguinte:
Portanto, a razão da velocidade angular pode ser obtida:
Como pode ser visto na fórmula, se uma única junta universal for usada, a velocidade angular flutua periodicamente com θ. Para reduzir o erro, recomenda-se que o ângulo incluído seja menor ou igual a 10 graus. Se for grande, pode-se utilizar uma estrutura de junta universal dupla, garantindo que os ângulos das duas juntas sejam iguais ( ₁=₂) e que os garfos estejam em fase, assim:
Obtenha transmissão de velocidade constante
Cálculos reais de instalação e calibração
Ao instalar os acoplamentos de junta universal, primeiro determine o ângulo de deslocamento real entre os eixos de entrada e saída, que pode ser medido usando um transferidor ou máquina de medição por coordenadas. Se o ângulo de compensação máximo permitido no projeto do equipamento for _admissível, então o seguinte deverá ser atendido:
Para máquinas industriais em geral, _allowable é normalmente definido entre 5 graus e 10 graus , enquanto para transmissões-para serviços pesados, isso pode ser relaxado para 15 graus . Se _actual exceder o limite, o deslocamento deverá ser reduzido ajustando a posição de instalação ou adicionando um eixo intermediário.
Para uma junta universal dupla, se o ângulo total incluído for _total, os ângulos de distribuição das duas juntas deverão satisfazer:
Isto garante que as flutuações da velocidade angular das duas seções se cancelem, resultando em uma transmissão suave.
Exemplo de aplicação de engenharia
Supondo que o ângulo incluído _total=12 grau seja medido após a instalação dos dois eixos de transmissão, e uma conexão de junta universal dupla seja usada, então o ângulo de compensação de cada junta universal deve ser:
Se o ângulo nominal de uma estrutura de-seção única for 10 graus, o projeto será razoável e poderá garantir uma operação estável. Se uma única junta universal for usada, a taxa de flutuação da velocidade angular pode ser aproximada pela seguinte fórmula:
Isso significa que a velocidade de saída irá flutuar em cerca de 1,1% dentro de um ciclo de rotação. A estrutura dupla da junta universal pode eliminar quase completamente esta flutuação.
Os acoplamentos de junta universal compensam efetivamente o desalinhamento angular entre dois eixos por meio de sua estrutura de eixo-cruzada flexível. O núcleo do cálculo de compensação reside na medição precisa do ângulo incluído e na alocação racional do ângulo de acordo com o arranjo de seção-única ou de seção-dupla. No design prático, deve ser garantido o seguinte:
1. _real Menor ou igual a _allowable;
2. Estruturas de seção dupla-devem manter ângulos e fases iguais;
3. Para equipamentos de alta-velocidade ou alta{2}}precisão, devem ser controlados dentro de 5 graus .
Dominar os princípios de cálculo e instalação acima pode melhorar significativamente a vida útil e a estabilidade de transmissão dos acoplamentos de junta universal.
