Analysis of strength of tooth root with notch after finishing of involute gears.

• Autorzy: Kawalec Andrzej , Wiktor Jerzy

Warianty tytułu

PL

Analiza wytrzymałości podstawy zęba z karbem po obróbce wykańczającej w ewolwentowych uzębieniach walcowych.

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Computer simulation of involute spur gears generation was used to determine tooth profiles mapped by tool during gear machining. These profiles were computed for different combinations of geometric parameters of machined gears and tools as well as for different combinations of pretreatment and finishing processes. Results of simulations were used for generation of very precise finite element models of representative gear segments. For these models, distributions of stresses were computed for assumed load in the ADINA finite element system. The results were compared with related results of computations made in accordance with the ISO/DIS and AGMA standards. Special attention was paid to gears, in which additional notch appears at tooth root after machining. This notch causes concentration of stresses. On the basis of the above named computations an analysis of influence of technological parameters and methods of machining gears on form and bending strength properties of spur gear tooth root was performed. General conclusions were formulated. They can be useful in both gear design and gear manufacturing for proper selection of structural parameters, association of pretreatment and finishing, selection of suitable method of gear generation and parameters of applied tool. Approach suggested in this paper: setting initial structural and technological parameters, computer simulation of gear generation, computer assisted strength analysis leading to suitable modification of the design and manufacturing presumptions -- establishes proper basis for optimization of gears with consideration to the maximum possible bending strength properties of spur gear tooth root.

PL

W pracy wykorzystano komputerową symulację obwiedniowej obróbki ewolwentowych kół zębatych. Symulacja posłużyła do wyznaczenia zarysów zębów odwzorowanych przez narzędzia w trakcie procesu wytwarzania kół zębatych. Zarysy zębów obliczono dla różnych kombinacji parametrów geometrycznych wytwarzanych kół zębatych i narzędzi oraz różnych wariantów skojarzenia obróbki wstępnej i wykańczającej. Rezultaty tych obliczeń wykorzystano do budowy bardzo precyzyjnych modeli odpowiednich segmentów kół zębatych przeznaczonych do analizy metodą elementów skończonych. Rozkłady naprężeń w tych modelach obliczono z wykorzystaniem systemu MES ADINA. Wyniki porównano z odpowiednimi wynikami obliczeń przeprowadzonych w oparciu o normy ISO/DIS i AGMA. Szczególną uwagę zwrócono na koła z karbem powstającym w wyniku obróbki u podstawy zęba. Taki karb jest przyczyną koncentracji naprężeń. Obliczenia przeprowadzone na ww. modelach pozwoliły przeanalizować wpływ parametrów technologicznych oraz metod obróbki na kształt i wytrzymałość na zginanie podstawy zęba walcowych kół zębatych. Sformułowano generalne wnioski wynikające z ww. analizy. Mogą być one pomocne w projektowaniu i wytwarzaniu kół zębatych, we właściwym wyborze parametrów konstrukcyjnych, kojarzenia obróbki wstępnej i wykańczającej, oraz w doborze odpowiedniej metody wytwarzania i parametrów stosowanego narzędzia. Podejście zaproponowane w tym artykule, polagające na przyjęciu wstępnych parametrów konstrukcyjnych i technologicznych oraz komputerowo wspomaganej analizie wytrzymałościowej - prowadzącej do stosowanej modyfikacji założeń konstrukcyjnych i technologicznych, stanowi dobrą podstawę do optymalizacji kół zębatych, uwzględniającej maximum wytrzymałości na zginanie podstawy zęba walcowych kół zębatych.

Słowa kluczowe

EN

gear; designing; manufacturing; finite element analysis; numerical modelling; CAE; involute gearing; strength analysis

PL

uzębienie; projektowanie; wytwarzanie; analiza elementów skończonych; modelowanie numeryczne; CAE; uzębienie ewolwentowe; uzębienie walcowe; analiza wytrzymałościowa

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN
• Czasopismo: Archive of Mechanical Engineering
• Rocznik: 2001
• Tom: Vol. 48, nr 3
• Strony: 217--248

Twórcy

autor

Kawalec Andrzej

• Faculty of Mechanical Engineering and Aeronautics. Rzeszów University of Technology, ul. W. Pola 2, 35-959, Rzeszów, Poland

autor

Wiktor Jerzy

• Faculty of Mechanical Engineering and Aeronautics. Rzeszów University of Technology, ul. W. Pola 2, 35-959, Rzeszów, Poland

• Faculty of Mechanical Engineering and Aeronautics. Rzeszów University of Technology, ul. W.Pola 2, 35-959, Rzeszów, Poland,

Bibliografia

• [1] ADINA Theory and modeling guide. ADINA R&D, Inc., Watertown, MA 2000.
• [2] ANSI/AGMA 6002-B93 Standard, Design guide for vehicle spur and helical gears.
• [3] Bathe K.J.: Finite Element Procedures. Prentice Hall, Inc., Englewood Cliffs, NJ, 1996.
• [4] Bausch T. ed.: Moderne Zahnradfertigung. Verfahren Maschinen zur kostengünstigen Herstellung von Stirn- und Kegelrädernmit hoher Qualität. Expert Verlag, Renningen-Malmsheim 1994.
• [5] Brzoska Z.: Wytrzymałość materiałów. PWN, Warszawa 1974.
• [6] DIN 3990, Tragfähigkeitsberechnung von Stirnrädern, Dezember 1987.
• [7] Dietrich M. red.: Podstawy konstrukcji maszyn. Tom IV. PWN, Warszawa 1991.
• [8] Hösel T.: Vergleich genormter Tragfähigkeitsberechnungen fur Stirnräder nach AGMA 218.01, DIN 3990, ISO/DIS 6336 und TGL 10 545. Antriebstechnik, 27 (1988) 1, pp. 37-39.
• [9] Hösel T.: Einfluß der Zahnform auf die Flanken- und Zahnfußtragfähigkeit nach DIN 3990 und AGMA 218.01 - Grenzen für Optimierungsrechnungen. Antriebstechnik, 27 (1988) 9, pp. 65-68.
• [10] Hösel T.: Vergleich der Tragfähigkeitsberechnungen für Stirnräder nach ANSI/AGMA, ISO/DIN- und RGW-Normen. Antriebstechnik, 28 (1989) 11, pp. 77-84.
• [11] ISO/DIS 6336 Standard, Calculation of Load Capacity of Spur and Helical Gears.
• [12] Jaśkiewicz Z., Wąsiewski A.: Przekładnie walcowe. WKiŁ, Warszawa 1992.
• [13] Kawalec A.: Modelling of tooth flanks based on distorted measurements. Advances in Technology of Machines and Mechanical Equipment, 21 (1997) 3, pp. 5-28.
• [14] Kawalec A.: An influence of load distribution on stresses and deformations of tooth in straight-tooth spur gear transmission. Advances in Technology of the Machines and Equipment, 22 (1998) 3, pp. 53-77.
• [15] Kawalec A., Wiktor J.: Analytical and numerical method of determination of spur gear tooth profile machined by gear tools. Advances in Technology of the Machines and Equipment, 23 (1999) 2, pp. 5-28.
• [16] Kleiber M. ed.: Handbook of Computational Solid Mechanics. Springer, Berlin 1998.
• [17] Linke H.: Spannungkonzentration bei Verzahnungen. Maschinenbautechnik, 32 (1983) 4, pp. 174-179.
• [18] Linke H., Sporbert K.: Einfluß des Schleifabsatzes auf die Spannungkonzentration bei Verzahnungen. Maschinenbautechnik, 34 (1985) 4, pp. 251-257.
• [19] Niemann G., Winter H.: Maschinenelemente, Band II. Springer Verlag, Berlin 1985.
• [20] Townsend D.P.: Dudley's Gear Handbook. McGraw-Hill, Inc., New York 1992.
• [21] Weck M.: Moderne Leistungsgetriebe. Verzahnungsauslegung und Betriebsverhalten. Springer Verlag, Berlin 1992.
• [22] Wiktor J.: Sztywność zazębienia ewolwentowych przekładni walcowych. Przegląd Mechaniczny, 54 (1995) 20, pp. 17-21.
• [23] Winter H., Hirt M.: Zahnfußtrgfähigkeit auf der Grundlage der wirklichen Spannungen. Spannungskorrekturfaktor, Kerbempfindlichkeitszahl und relativer Kerbfaktor in ISO-Ansatz. VDI-Z, 116 (1974) 2, pp. 119-126.
• [24] Winter H., Straßer H.: Auswirkung der Kerbempfindlichkeit von Werkstoffen auf Zahnfußtragfähigkeit nach DIN 3990. Antriebstechnik, 23 (1984) 3, pp. 49-56.
• [25] Życzkowski M. ed.: Strength of Structural Elements. PWN, Elsevier, Warszawa, Amsterdam 1991.