April 2018

The Concept and Importance of Universal Joint Phasing and Drive Shaft Alignment

Phasing is the process of aligning the universal joint yokes on both ends of the drive shaft (or double u-joint)in a parallel fashion. If the joints are not properly phased, they will operate at varying speeds throughout each revolution which can cause second-order vibrations. The vibration can lead to increased wear and potential damage to the assembly and failure of the application.

Belden’s trained technicians properly phase the universal joints onto the shaft during assembly, ensuring that the inbound vs outbound shaft of the universal joint assembly operate at near-constant velocity, minimizing vibration, noise and premature wear of the joints.

 

To further support near-constant velocity, driving and driven shafts are required to be aligned in either the “W” formation (equal true angles) or “Z” formation (parallel). It is important that the drive shaft is not angled further in a '3rd dimension'. ” In addition to diminished velocity and reduced efficiency, improper shaft alignment contributes to failure of the shaft components and even the application itself.

A word of caution: even though driving and driven shafts are now at constant velocity, this is not true for the center section – that still fluctuates which can cause problems at elevated speeds of @ 4000 RPM.

Please reach out to our technical sales and engineers to answer any questions and assist you with the alignment and phasing of your universal joints.

We can be reached at (708)344-4600 or by email info@beldenuniversal.com 

 

 

Drehmoment:

 

T [lbf-in] = PS x 63024                 T [Nm] = kW x 7125
                     U/Min                                         U/Min

Torsionsteifigkeit:

6.47357 [lbf-in/rad] = 1 [Nm/rad].
0.01745 [lbf-in/Grad] = 1 [lbf-in/rad]

 

Umrechnung der Einheiten:
1 lbf-in = 0,11299 Nm     1 lbf-ft = 1,35582 Nm
1 Nm = 8,85075 lbf-in     1 Nm = 0,73756 lbf-ft
1 HP = 0,7457 kW          1 kW = 1,341 HP
1 Inch = 25,4 mm            1 mm = 0,0394 Inch
1 lbf = 0,4536 kg             1 kg = 2,2046 lbf

Wellengelenke: Ein mechanisches Teil, mit dem Drehmomente und/oder Drehbewegungen von einer Welle auf eine weitere übertragen werden können - bei feststehenden oder variierenden Ablenkungswinkeln

 

Standard Wellengelenke: Hat eine Gelenkgabel mit großen Bohrungen und eine mit kleinen Bohrungen – Gleitlagerausführung. Das Gelenk wird aus hochwertigerem Stahl als die günstigeren Wellengelenke gefertigt.

 

Verstärkte Wellengelenke:

Bestehen aus zwei Gelenkgabeln mit großen Bohrungen; Gleitlagerdesign mit Buchse anstelle des herkömmlichen Sicherungsrings. Ein deformierter Stiftniet hält die einzelnen Komponenten des Gelenkes an ihrem Platz, was das Gelenk letztendlich stärker als das Standard Wellengelenk macht.

 

Das Hochfeste Wellengelenk ist sehr gut geeignet, wenn höhere Drehmomente zu übertragen sind und ist so konstruiert, dass auch größere Wellendurchmesser möglich sind.

 

Hochbeanspruchbares Wellengelenk:

Aufgrund seines Profils, des hochwertigeren Materials und des Fertigungsprozesses kann dieses Gelenk höhere Drehmomente übertragen.

Die Grundfunktion des Wellengelenks bleibt die gleiche, aber die mechanischen Eigenschaften sind verbessert, was u.a. zu einer größeren Lebensdauer des Bauteils führt.

 

Nadellagergelenke: Wurden weiterentwickelt, um den mechanischen Ansprüchen zahlreicher Industrien gerecht zu werden. Dieses Gelenk ist ein abgedichtetes/ geschmiertes Gelenk mit Gelenkkreuzgarnitur, erhältlich sowohl mit, als auch ohne Faltenbalg. Nadellagergelenke weisen hohe axiale Festigkeitswerte auf, sind gut geeignet für Druck-/ Zugbeanspruchung und sind probat für größere Betriebswinkel und höhere Drehzahlen.

 

Doppelgelenke: Bieten identische Zuverlässigkeit und Lebensdauer wie die Einfachgelenke. Betriebswinkel sind bis 70° möglich. Unter schwierigen Ablenkwinkeln arbeiten die Doppelgelenke von Belden mit akurater Genauigkeit und Flexibilität.

Gelenke mit Gleitlagerung:
auch bekannt als Kardan- oder Hooke’sche Gelenke. Die einfachste Variante der erhältlichen Gelenke ist dabei die Ausführung mit Gleitlager. Diese Gleitlagergelenke erlauben das Übertragen von größeren Drehmomenten als flexible Kupplungen.

 

Wellengelenk mit Gelenkkreuzgarnitur:
Ein geschmiedetes Kreuz mit Nadellagerung führt zu nahezu Spielfreiheit und einer hohen Positioniergenauigkeit, ohne dabei an übertragbarem Drehmoment einzubüßen.

 

Nadellager:

Die Nadellager sind an den Enden der Stifte des Gelenkkreuzes installiert, um damit das Spiel zu reduzieren, was eine Steigerung der Präzision und der Eignung für den hohen Drehzahlbereich zur Folge hat.
 

Drehmoment:

Das Drehmoment ist eine Kraft, die eine Drehbewegung verursacht. Das Nenndrehmoment ist das Drehmoment, das während des normalen Betriebes übertragen wird.

Das Drehmoment wird üblicherweise in Newton-Meter [Nm] dargestellt. In Amerika findet man auch häufig die Einheiten pound-inches [lbf-in] oder pound-feet [lbf-ft].
 

T [lbf-in] = PS x 63024                 T [Nm] = kW x 7125
                     U/Min                                         U/Min

Axial-, Parallel- und Winkelversatz:

Axialer Versatz bezeichnet die Größe der axialen Bewegung zwischen den Wellen, was typischerweise durch Motorschwingungen verursacht wird. Parallelversatz ist der parallele Abstand zwischen den Achsen der An- und Abtriebswelle. Winkelversatz bezeichnet den Winkel der beiden Wellen zueinander.

Torsionsteifigkeit:

Torsionsteifigkeit beschreibt den Widerstand eines Körpers gegen Verformung infolge eines anliegenden Torsionmoments. Die Einheit der Torsionssteifigkeit ist üblicherweise Newton-Meter/Rad [Nm/rad] oder im imperialen System Pound-Inch/rad [lb in/rad].

 

6.47357 [lbf-in/rad] = 1 [Nm/rad].
0.01745 [lbf-in/Grad] = 1 [lbf-in/rad]

Spielfreiheit:

Spielfreiheit bezieht sich auf die Größe des Radialspiels innerhalb einer Kupplung.

 

Arbeitszyklus:

Die Belastung eines Wellengelenks wirkt entweder kontinuierlich oder unterbrochen. Für die meisten Betriebsfälle gilt, dass ein Gelenk höhere unterbrochene als kontinuierliche Belastungen aufnehmen kann.

 

Umrechnung der Einheiten:
1 lbf-in = 0,11299 Nm     1 lbf-ft = 1,35582 Nm
1 Nm = 8,85075 lbf-in     1 Nm = 0,73756 lbf-ft
1 HP = 0,7457 kW          1 kW = 1,341 HP
Inch = 25,4 mm              1 mm = 0,0394 Inch
1 lbf = 0,4536 kg             1 kg = 2,2046 lbf

 

Konstante Geschwindigkeit:

Voraussetzung für konstante Geschwindigkeitsverhältnissen der verbundenen Wellen ist Parallelität zwischen An- und Abtriebswelle

Gelenkgabel:

Bei der Konstruktion eines Doppelgelenks, bestehend aus zwei Einfachgelenken und einer Welle, müssen die Gabeln des inneren Gelenkteils gleich ausgerichtet sein.

Drive shafts, also called articulated shafts, are shafts that include two universal joints. The simplest type of drive shaft contains a joint at each end. The configuration is essentially an extended double joint for overcoming distances and offsets between the drive and the driven load. Drive shafts also provide a solution for bridging angular misalignment.

 

Telescoping Drive Shafts

Drive shafts can contain a telescopic middle element that enables quicker and simpler repositioning than possible with a rigid two-joint shaft. They allow for easy length adjustment in axial misalignments.
 

Spring-Loaded, Quick-Change Shafts for Reducing Downtime

Spring-loaded drive shafts consist of two back-to-back single universal joints connected with a spring-loaded intermediate shaft. It allows the drive shaft to be quickly removed and replaced without tools. Pinning of outer yokes is not required because the spring tension on the intermediate shafts holds the quick-change universal joint secure at each end.
 

Fail-Safe Stop Solution

Spring-loaded drive shafts can be customized to include a fail-safe solution. If the application seriously exceeds the joint's rated torque capacity, the drive shaft can be designed to fail and stop in a safe fashion, without damaging the motor.
 

Quick-Release Hub Feature

When there is no room for a spring, or if axial pre-load is unacceptable, quick release hubs might be used. Available in metric sizes, quick-release hubs incorporate 2 small balls that can be locked into and released from a groove on the mating shaft. The quick release hub is a tool-free, quick-change solution, similar to the spring-loaded drive shafts.

 

A Variety of Connection Methods, Configurations and Materials

 

 

 

Angepasste Lösungen und komplexe mechanische Baugruppen

Belden bietet leistungsfähige Lösungen für die individuellen Anwendungsfälle unserer Kunden. Unsere Ingenieure sind darauf spezialisiert, präzise, zuverlässige und langlebige Gelenke zu entwickeln, welche die Kundenanforderungen erfüllen und übertreffen.
Unsere aus legiertem Stahl gefertigten Gelenke sind zusätzlich in einer breiten Palette an Materialien erhältlich. Des Weiteren bietet Belden zur Steigerung der Bauteilqualitäten eine Vielzahl unterschiedlicher Beschichtungsmöglichkeiten.

Egal wie groß die Herausforderung ist, Belden wird an einer Lösung arbeiten. 

Beispiel für eine angepasste Lösung

 

Ein führendes Unternehmen im Bereich der Nahrungsmittelverarbeitung hatte regelmäßig Probleme mit Nadellagergelenken in ihren Systemen. Grund des frühzeitigen Versagens der Gelenke waren die häufigen Reinigungsprozesse.

Nach der Analyse der Betriebsparameter entwickelte Belden eine Art Hybridgelenk, welches die Eigenschaften eines Gelenkes aus korrosionsfestem Stahl mit denen eines Nadellagergelenkes vereint. Buchsen aus korrosionsbeständigem Kompositmaterial ersetzten die Nadelager und ermöglichten die wartungsfreie Übertragung hoher Drehmomente bei hohen Umdrehnungen mit geringem Spiel und verbesserter Lebensdauer.

Nabenkonfigurationen

Belden bieten eine Vielzahl an Standard-Nabenkonfigurationen. Die sechs am häufigsten verwendeten Varianten sind hier gezeigt.

Bohrung mit Passfedernut, Sechskant, einfache Bohrung, Gewindebohrung, Verzahlung und Vierkant sind erhältlich in zölligen, wie in metrischen Abmessungen.

Miniaturgelenke

Belden fertigt Miniaturgelenke mit einem Außendurchmesser von 0.315" [8 mm]. Materialien für Standardausführungen sind AISI 303 [1.4305] oder Normalstahl für die Gabeln und AISI 416 [1.4005] (gehärtet) für die Stifte und Würfel.

Angepasste Nabenkonfigurationen oder Doppelgelenkausführungen auf Anfrage.
 

Große Außendurchmesser

Belden verfügt über die Fertigungsmöglichkeiten für Gelenke mit einem Außendurchmesser von bis zu 10" [250mm]. BItte füllen Sie ein Anfrageformular aus, um Preise und weitere Informationen zuu erhalten.
 

Vielfältigste Materialien für die verschiedensten Anwendungen

  • AISI 303 [1.4305], 304 [1.4301], 316L [1.4404], 416 [1.4005], 420 [1.4043], 17-4 [1.4548], 15-5 [1.4545] Edelstahl
  • Aluminum, Bronze & Messinglegierungen
  • Duplex Stähle wie S32760 [1.4501]
  • Super Legierungen wie Inconel
  • Titanium & andere

Alle Materialien können beschichtet oder anderweitig modifiziert werden, um Aussehen, Funktion oder Korrosionsbeständigkeit zu verbessern. Einige ausgewählte Optionen:

  • Zink
  • Nickel
  • Cadmium
  • Brünierung
  • Polieren

Für eine Vielzahl von Anwendungen stellen die Wellengelenke der Firma Belden die optimale Lösung dar und sollten dann gewählt werden, wenn Ingenieure den komplizierten Herausforderungen und Ansprüchen der modernen Fertigung gegenüberstehen.  

Das Belden Wellengelenk ist als das präziseste und verlässlichste auf dem heutigen Weltmarkt bekannt. Unsere Entwicklungsingenieure sind in der Lage, Gelenke für nahezu jeden Anwendungsfall zu entwickeln und zu fertigen.

Belden Universal entwickelt und fertigt Gelenke und Gelenkwellen sowie andere Komponenten unter Verwendung der neuesten Maschinen und Technologien.

Unser ausgezeichneten und engagierten Mitarbeiter in der Entwicklung und Fertigung liefern Ihnen innovative, angepasste Lösungen für jede noch so herausfordernde Anwendung.
 

FORTSCHRITTLICHE MASCHINEN UND FERTIGUNGSPROZESSE

Automatisierte Fertigungszelle

  • Kombiniert CNC Fertigung und Bauteilprüfung mit Feedback an CNC
  • Automatisierte Datenaufnahme, Speicherung und Überwachung für CPK 1.33 oder besser

Automatisierter Nietprozess

  • Ersetzt manuelle Nietformung
  • Schneller, zuverlässiger und deutlich konsistenter
  • Beseitigt Verbiegen oder Beschädigen der Gelenkgabeln

Mehr-Achsen CNC Bearbeitungszentren

  • Mehr-Achsen Dreh-Fräs CNC Maschinen
  • 4-Achsen Vertical Fräse
  • Hone & Schleifmaschinen 
 

 

VERSUCHS- & UNTERSUCHUNGMITTEL

In-House Testing Equipment

  • Kürzere Entwicklungszeiten, niedrigere Kosten
  • Versuchsstand für dynamische Tests
  • Versuchsstand für statische Tests (Versagemomente / Verformung)

Digitiale Inspektionsdokumentation

  • Vereinfacht und beschleunigt die Datenaufnahme, ermöglicht sofortige Fehlererkennung
  • Daten jederzeit in Echtzeit verfügbar
  • Ermöglicht Nachweis der Prozessstabilität

Messgeräte

  • Optisches Inspektionssystem
  • Koordinatenmessmaschine
 

     

HOHE QUALITÄTSSTANDARDS

Qualitätsstandards / Zertifikate

  • AS9100D
  • ISO9001:2015
  • MS & QPL Certified Products

Konformität nach

  • REACH
  • RoHS
  • DFAR

Zusätzliche Leistungen

  • Chargennachverfolgung / Seriennummernzuordung
  • AS 9102 FAIR / Erstartikelinspektion
 

    

EINE GROSSE AUSWAHL AN MATERIALIEN UND BESCHICHTUNGEN

Materialien für Gelenkkomponenten

  • Stähle wie AISI 1144; 4142; 8620
  • Korrosionsbeständige Stähle 303; 304; 316; 416; 420; 431
  • 17-4 & 15-5 PH; BS S143
  • Duplex & Super Duplex Stähle
  • Bronze & Messing Legierungen
  • Aluminium
  • Nitronic
  • Superlegierungen wie Inconel
  • Titanium

Beschichtungen und Oberflächenbehandlung

  • Nickel
  • Zink
  • Cadmium
  • Zink-Nickel
  • Xylan
  • PTFE / MoS2
  • Eloxieren & Brünieren
  • Polieren / Oberflächenpassivierung

     

 

 

Thank you! You may now access the White Paper Addressing the Complexities of Universal Joint Engineering

 

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