Analysis of Moment Transmitted by Universal Joint in Varying Operating Condition

Abstract

Abstract. The moments transmitted by a universal joint in varying operating condition was investigated. A model of shaft system driven by a universal joint which consists of a driving shaft, a driven shaft and a cross piece is chose. Both structure misalignment and error misalignment between the two shafts at the universal joint was considered, and the study was based on the assumption that friction, inertia and elastic forces of the cross piece were disregarded. Two pairs of Euler angles were introduced to denote structure misalignment and error misalignment respectively, sets of reference frames were built up on the driving shaft, driven shaft and cross piece. Using direction cosine matrixes to describe the relation between different frames, then the expressions of components of the transmitted moment acting on the driven shaft were obtained via method of vector projection. Based on engineering fact, the transmitted moment model was simplified with respect to different misalignment conditions, such as only structure misalignment or only error misalignment is considered. Then for different misalignment situations, the lateral and torsional components of the transmitted moment acting on the driven shaft were simulated through numerical examples. It turns out that both the lateral moment and torque components will fluctuate based on the import torque, and that due to accelerating of the driving shaft, the fluctuation of transmitted moment will be more distinct, consequently, more complicated nonlinear dynamics behavior will arise.

Kinematics of Hooke’s Joint

“…Дослідженню та конструюванню шарнірів нерівних кутових швидкостей присвячена значна кількість робіт. В них розглядаються питання, пов'язані зі структурою, геометричними і кінематичними параметрами універсального шарніра [1][2][3][4], присвячені дослідженню його динаміки [4][5][6][7][8][9][10][11][12][13], надійності [13,14], а також питання, які орієнтовані на конструювання та розрахунок карданних передач [15,16]. Незважаючи на різну направленість робіт, практично кожне дослідження шарніра передбачає кінематичний аналіз і грунтуєть-ся на його результатах.…”

“…Крім того, в роботах недостатньо висвітлені питання, які стосуються визначення відносних кутів повороту в кінематичних парах хрестовин і карданних вилок, що визначає роботу сил тертя в даних з'єднаннях, а також коефіцієнт корисної дії (ККД) передачі. Літературний аналіз також показав, що, як правило, при дослідженні роботи карданних передач поза увагою залишається прискорення хрестовини в її абсолютному та відносному рухах, оскільки зазвичай нехтують її інерційними параметрами [9]. Такий підхід цілком виправданий, зважаючи на незначну масу хрестовини, але при точних розрахунках високошвидкісних карданних передач слід враховувати інерційні параметри хрестовини.…”

Motion Law and Mechanical Properties of PIGs When Passing through a Pipe Bend

“…Changlin Feng et al analyzed the special mechanical characteristics and speed characteristics of the cross-axis universal joint, and obtained the force of the cross-axis universal joint [58,59]. At present, there are few studies, especially experimental studies, on PIG cornering at home and abroad.…”

On the torque transmission by a Cardan-Hooke joint

“…The unit vectors of the input and output shafts are denoted by 1 e and 4 e , respectively. Let φ 1 , φ 2 , φ 3 , φ 4 and α represent, respectively, the rotating angle of the input shaft, the relative rotating angle of the cross about the axis 2 e with respect to the input shaft, the relative rotating angle of the cross about the axis 3 e with respect to the output shaft, the rotating angle of the output shaft, and the angle between axes of the shafts connected. The local coordinate frame O 1 ξηζ is fixed to the cross in the manner shown in Figure 1.…”

“…On the other hand, the problem of the torque transmission at a variable angular velocity of the input shaft and in the presence of both structural and error misalignments between the shafts is considered in [3]. Moreover, the inertial characteristic of the cross is not taken into account.…”