Universal joint

A universal bersama, U sendi, Cardan bersama, Hardy-Spicer sendi, atau sendi Hooke adalah bersama dalam sebuah batang kaku yang memungkinkan batang 'membungkuk' dalam segala arah, dan umumnya digunakan dalam rotary shaft yang mengirimkan gerakan. Terdiri dari sepasang engsel terletak berdekatan, berorientasi pada 90 ° untuk satu sama lain, dihubungkan dengan poros salib.

Langsung ke: navigasi , cari

A universal bersama

Sejarah

Konsep utama sendi universal didasarkan pada desain gimbals, yang telah digunakan sejak jaman dahulu.Salah satu antisipasi bersama yang universal itu yang digunakan oleh orang Yunani Kuno pada busur. Orang pertama yang diketahui telah mengusulkan penggunaannya untuk transmisi motif kekuasaan Gerolamo Cardano, seorang matematikawan Italia, tahun 1545, meskipun tidak jelas apakah ia mengeluarkan sebuah model kerja. Christopher Polhem kemudian diciptakan kembali dan itu disebut "Polhem simpul". Di Eropa, perangkat ini sering disebut sendi atau Cardan shaft Cardan. Robert Hooke menghasilkan universal yang bekerja bersama di 1676, sehingga menimbulkan nama alternatif, yang Hooke bersama. Meskipun penggunaan pertama dari nama sendi universal kadang-kadang dikaitkan dengan produsen mobil Amerika Henry Ford, istilah muncul di dokumen paten sejak 1884 ketika Charles H. Amidon dianugerahi Amerika Serikat Letters Patent No 298.542 untuk sedikit penjepit.

Persamaan gerak

Diagram variabel untuk bersama universal. Poros 1 adalah tegak lurus terhadap pesawat merah dan poros 2 adalah tegak lurus terhadap pesawat biru sepanjang waktu. Pesawat ini adalah pada sudut β terhadap satu sama lain. Perpindahan sudut (rotasi posisi) dari masing-masing poros diberikan oleh _$1$ dan

γ γ 2

masing-masing, yang merupakan unit sudut vektor $\ hat (x) _1$ and dan $\ hat (x) _2$ with respect to their initial positions along the x and y axes. sehubungan dengan posisi awal mereka di sepanjang sumbu x dan y. vektor yang ditetapkan oleh gimbal menghubungkan dua as dan begitu juga dibatasi untuk tetap tegak lurus satu sama lain sepanjang waktu.

Cardan gabungan yang menderita dari satu masalah besar: bahkan ketika poros kardan as roda berputar pada kecepatan konstan, poros poros yang digerakkan berputar pada kecepatan variabel, sehingga menyebabkan getaran dan memakai. Variasi kecepatan poros didorong tergantung pada konfigurasi bersama, yang ditentukan oleh tiga variabel:

$1 γ$ Sudut rotasi untuk poros 1
$2$ sudut rotasi untuk as roda 2
$β$ sudut yang membengkokkan sendi, atau sudut as dengan menghormati satu sama lain, dengan nol yang sejajar atau lurus lewat.

Variabel ini diilustrasikan dalam diagram di sebelah kanan.Juga ditampilkan adalah seperangkat tetap sumbu koordinat dengan vektor satuan $\ hat (\ mathbf (x))$ and dan $\ hat (\ frac (y))$ . dan rotasi pesawat dari masing-masing poros. Rotasi pesawat ini adalah tegak lurus terhadap sumbu rotasi dan tidak bergerak sebagai as roda berputar. Kedua as roda dihubungkan oleh gimbal yang tidak ditampilkan. Namun, poros 1 menempel ke gimbal di titik-titik merah pada rotasi pesawat merah dalam diagram, dan as roda 2 menempel di titik-titik biru di pesawat biru.( Sistem koordinat tetap sehubungan dengan as roda yang berputar didefinisikan sebagai mereka mempunyai sumbu x unit vektor ( $\ hat (\ mathbf (x)) _1$ and dan $\ hat (\ mathbf (x)) _2$ ) . Menunjuk dari titik asal menuju salah satu titik sambungan. As shown in the diagram, Seperti ditunjukkan dalam diagram,adalah pada sudut

γ 1

dengan hormat ke posisi awal sepanjang sumbu x dan $\ hat (\ mathbf (x)) _2$ adalah pada sudut

γ 2

dengan hormat ke posisi awal sepanjang sumbu-y.
adalah terbatas pada "pesawat merah" dalam diagram dan terkait dengan

γ 1

oleh:

$\ hat (\ mathbf (x)) _1 = [\ cos \ gamma_1 \,, \, \ sin \ gamma_1 \,, \, 0]$

$\ hat (\ mathbf (x)) _2$

adalah terbatas pada "pesawat biru" dalam diagram dan merupakan hasil dari vektor satuan pada sumbu x $\ hat (x) = [1,0,0]$ sedang diputar melalui sudut Euler $[\ pi \! / 2 \,, \, \ beta \,, \, \ gamma_2$ ]: ]

$\ hat (\ mathbf (x)) _2 = [- \ cos \ beta \ sin \ gamma_2 \,, \, \ cos \ gamma_2 \,, \, \ sin \ beta \ sin \ gamma_2]$

vektor adalah bahwa karena mereka adalah tetap di gimbal, mereka harus tetap tegak lurus satu sama lain:

$\ hat (\ mathbf (x)) _1 \ cdot \ hat (\ mathbf (x)) _2 = 0$

Dengan demikian persamaan gerak menghubungkan dua posisi sudut diberikan oleh:

$\ sin \ gamma_1 \ cos \ gamma_2 = \ cos \ beta \ cos \ gamma_1 \ sin \ gamma_2 \,$

Sudut _$1$ dan

γ γ 2

dalam gabungan yang berputar akan fungsi dari waktu.

Membedakan persamaan gerak terhadap waktu dan menggunakan persamaan gerak itu sendiri untuk menghilangkan variabel menghasilkan hubungan antara kecepatan sudut

ω 1 = d γ 1 / d t

dan

ω 2 = d γ 2 / d t:


Angular (rotational) output shaft speed Sudut (rotasi) poros output kecepatan $\ omega_2 \,$ versus rotation angle versus sudut rotasi $\ gamma_1 \,$ for different bend angles untuk berbagai sudut tikungan $\ beta \,$ of the joint joint	Output shaft rotation angle, Output poros rotasi sudut, $\ gamma_2 \,$ , versus input shaft rotation angle, , Versus masukan poros rotasi sudut, $\ gamma_1 \,$ , for different bend angles, , Untuk berbagai sudut tikungan, $\ beta \,$ , of the joint , Joint

$\ omega_2 = \ frac (\ omega_1 \ cos \ beta) (1 - \ sin ^ 2 \ beta \ cos ^ 2 \ gamma_1)$

Seperti ditunjukkan dalam plot, kecepatan sudut yang tidak terkait secara linear, tetapi lebih merupakan periodik dengan periode dua kali lipat dari shaft yang berputar. Persamaan kecepatan sudut lagi dapat dibedakan untuk mendapatkan hubungan antara percepatan sudut

1 dan 2:

$a_2 = \ frac (a_1 \ cos \ beta) (1 - \ sin ^ 2 \ beta \, \ cos ^ 2 \ gamma_1) - \ frac (\ omega_1 ^ 2 \ cos \ beta \ sin ^ 2 \ beta \ sin 2 \ gamma_1) ((1 - \ sin ^ 2 \ beta \ cos ^ 2 \ gamma_1) ^ 2)$

Double Cardan Shaft

Universal joint di driveshaft

Sebuah konfigurasi dikenal sebagai Cardan ganda bersama sebagian poros kardan mengatasi masalah tersentak-sentak rotasi. Konfigurasi ini menggunakan dua U-sendi bergabung oleh poros perantara, dengan U-sendi kedua bertahap dalam hubungannya dengan U-sendi pertama untuk membatalkan perubahan kecepatan sudut. Dalam konfigurasi ini, dewan akan menghasilkan kecepatan yang hampir konstan, baik yang disediakan mengemudi dan digerakkan poros yang sejajar dan dua universal joint yang benar selaras dengan satu sama lain - biasanya $\ beta \, \ le$ 90°. 90 °. Majelis ini umumnya bekerja di roda belakang kendaraan, di mana ia dikenal sebagai poros kardan atau baling-baling (prop) poros.
Bahkan ketika mengemudi dan digerakkan poros sejajar, jika $\ beta \,>$ 0°,0 °, berosilasi saat diterapkan pada tiga shaft saat mereka berotasi. Ini cenderung menekuk mereka dalam arah tegak lurus terhadap bidang umum shaft. The intermediate shaft will also maintain a sinusoidal angular velocity, which contributes to vibration and stresses. Hal ini berlaku untuk dukungan pasukan bantalan dan dapat menyebabkan "peluncuran bergidik" di kendaraan roda belakang. ^[1] The menengah poros juga akan memelihara sinusoidal kecepatan sudut, yang memberikan kontribusi untuk getaran dan tekanan.

Cardan Bersama

Artikel utama: kecepatan konstan-sendi # Double Cardan

Bersama cardan ganda terdiri dari dua universal joint dipasang kembali ke belakang, tanpa perantara poros. UJ kedua membatalkan kesalahan kecepatan diperkenalkan oleh satu sendi, dan sehingga mereka bertindak sebagai gabungan CV.

Thompson Coupling

Artikel utama: kecepatan konstan-sendi # Thompson coupling

Sebuah Thompson Coupling adalah versi halus Cardan ganda bersama. Menawarkan sedikit peningkatan efisiensi dengan hukuman beberapa peningkatan kompleksitas.