Tytuł artykułu
Autorzy
Identyfikatory
Warianty tytułu
Prognostication of the longevity of heavily-loaded gear transmissions by means of modelling of wear gear teeth
Prognozowanie trwałości przekładni zębatych dużych mocy na podstawie modelowania zużycia zębów
Języki publikacji
Abstrakty
Na podstawie analizy charakteru zużycia eksploatacyjnego zębów kół zębatych silnie obciążonych napędów maszyn stwierdzono, że: - rozkład odchyłek profili zębów jest nie tylko nierównomierny na wysokości zęba, ale odchyłki te są często o rząd wielkości większe niż dopuszczalne błędy wykonawcze zębów, - w strefie biegunowej zazębienia, mimo zerowej prędkości poślizgu, występuje często znaczne zużycie zęba, - podczas eksploatacji przekładni zębatych intensywność zużycia powierzchni roboczych zębów jest zmienna w czasie, - stosunek objętościowego zużycia zębnika do objętościowego zużycia współpracującego z nim koła zębatego nie odpowiada wartości przełożenia pary kół. Wykazano, że ocena trwałości przekładni zębatych na podstawie początkowych parametrów ewolwentowych zarysów zębów ma charakter przybliżony, gdyż nic uwzględnia tego, że na skutek zużycia powierzchni roboczych profil zębów odbiega od profilu ewolwentowego a zarazem parametry kinematyczne i dynamiczne współpracy zmieniają się z narastającym czasem eksploatacji. W pracy utworzono model kinematyczny zazębienia oraz sformułowano algorytm obliczeń, który umożliwia określenie położenia punktu styku zębów, wartości chwilowego przełożenia, prędkości toczenia i poślizgu, wartości siły międzyzębnej oraz wartości naprężeń kontaktowych. Uwzględniane są rzeczywiste krzywizny w strefie styku, podatność zębów oraz rozkład obciążeń między zębami analizowanej pary kół. Wykazano, że odchyłki zarysu zębów wywołane ich odkształceniami i zużyciem wpływają na postać odcinka przyporu, który w wyniku zużycia z prostoliniowego przechodzi w krzywoliniowy, ulegając jednocześnie skróceniu. Odchyłki odcinka przyporu powodują zmianę chwilowego przełożenia pary kół przy wartości średniej równej przełożeniu teoretycznemu przekładni. Sformułowano model dynamiczny o czterech stopniach swobody, który umożliwia ocenę obciążenia dynamicznego w strefie styku zębów z uwzględnieniem parametrów bezwładności i tłumienia układu napędowego, chwilowego przełożenia, sił tarcia oraz wielkości luzu międzyzębnego. Wykazano w pracy, że odkształcenia sprężyste i błędy wykonawcze uzębień wykazują wpływ na obciążenia dynamiczne zębów tylko w początkowym okresie eksploatacji. W toku dalszej eksploatacji przekładni silniejszy wpływ wykazuje nierównomierność zużycia zębów. Zaproponowany model zużycia kół zębatych, bazujący na teoriach trybologicznych. uwzględnia wpływ bicia promieniowego uzębień i chwilowej temperatury w strefie styku na intensywność zużycia powierzchni roboczych zębów. Opracowano metodę prognozowania charakterystyk przekładni zębatych w toku eksploatacji uwzględniającą dynamiczne wzajemne oddziaływanie między zarysem zębów i parametrami kontaktu zębów oraz parametrami kontaktu i zarysem zębów. Metoda prognozowania ujęta jest w formie programu komputerowego z przyjaznym dla użytkownika interfejsem. Obejmuje ona model kinematyczny zazębienia zębów o dowolnych profilach, model dynamiczny przekładni zębatej, model procesu zużycia powierzchni roboczych zębów oraz metodę syntezy zarysu zużytego zęba. Wyniki eksperymentów numerycznych wykazały dobrą zgodność z wynikami badań doświadczalnych kół zębatych przekładni napędowych dużej mocy. Zgodność dotyczy formy zużycia profili zębów oraz wielkości objętościowego zużycia powierzchni roboczych zębów. Zastosowanie opracowanej metody prognozowania charakterystyk przekładni zębatych pozwoliło na sformułowanie zaleceń odnośnie do optymalnego kompletowania par kół zębatych przy wykonywaniu remontów przekładni. Opracowano dwie konstrukcje oraz wykonano doświadczalne stanowisko, na którym przeprowadzono badania procesu selektywnej regeneracji powierzchni roboczych kół zębatych z uwzględnieniem nierównomiernego zużycia zębów. Metoda prognozowania zużycia kół zębatych może znaleźć zastosowanie jako narzędzie optymalizacji parametrów przekładni na etapie ich projektowania.
Based on the analysis of a character of the wear gear teeth of the heavily loaded machines the following conclusions were done: o distortions of tooth profile are non-uniform on its height and this non-uniformity considerably (more than on an order) exceeds tolerances on an error of manufacture of the profile, o in zone of the theoretical pole of the engagement, despite of equality to zero of the sliding velocity the considerable wear takes place, o in the process of exploitation of the transmission the intensity of wear process of teeth is not constant, o ratio of the volumetric wear of the pinion tooth to a volumetric wear of the wheel is not equal to gear ratio. It is proved, that the estimation of longevity of tooth transmission according to their evolvent profile parameters is approximate and it doesn't reflect the fact that due to wear teeth, the profile's form is becoming different from the evolvent. As a result, loaded and kinematic parameters of contact are changed and in its turn the tempo of wear changes and the form of teeth profile. Theoretical fundamentals are developed, the algorithm is based and the kinematics model of teeth engagement is created. This model allows to determine: - the position of a contact point in a fixed and mobile systems of coordinates, the rolling velocities and sliding velocity, the instant gear ratio, the normal load and normal contact stress. All these parameters were determined having taken into consideration the real curvature of profiles, the flexible and contact pliability, the distribution of loading between pairs of teeth. It is shown, that the distortions of teeth profiles, caused by their deformation and wear, influence the engagement line, which is becoming curvilinear. Thus, the time of engagement is reduced. The distortion of engagement line causes the change of the instant gear ratio, preserving its average equal theoretical value. The elastic dynamic model with 4-degree of liberty theoretically is based and its computer realization is created. This model allows to estimate the dynamic load of contact taking into consideration inertial and dissipative characteristics of transmission and drive, instant gear ratio, forces of friction and normal lateral clearance. It is proved, that the deformation and errors of manufacture of teeth profile influence the dynamic loading only at the initial stage of transmission work. The distortion of teeth profile caused by its wear influence more the dynamic loading in engagement with the increasing of time exploitation. The model of wear of working teeth surface is worked out. This model takes into consideration the conditions of machines exploitation, corresponding tribological theories, eccentricity of pitch circumference of the gear wheels and the instant temperature in contact. The model of prognostication of teeth gear characteristics is determined it takes into account the continuous influence of profile form on the contact parameters and the influence the parameters of contact on the profile form. The model is done in form of a packet of computer programmes with amicable interface and includes the kinematic model of teeth engagement with any form of profiles, the elastic dynamic model, the model of teeth wear and the model of synthesis of wear tooth profile. The results of the numerical experiments of wear teeth modeling in the process of laboratory tests with load forced and production conditions showed a good coincidence with the experimental data of wear teeth as for their volumetric wear as for to their form profiles. The applying of the worked out theory of the prognostication of teeth gear characteristics allowed to make recommendations as for rational composition of teeth pairs in the process of repairing of working machines drives. Based on the statement of non-uniformity of tooth wear new constructions were worked out and experimental installations arc created for selected restoration of teeth surface of working machines wheels. The computer technology created on the base of the suggested theory may be recommended as an instrument while designing of teeth gear of working machines drives.
Rocznik
Tom
Strony
1--199
Opis fizyczny
Bibliogr. 124 poz.
Twórcy
autor
Bibliografia
Typ dokumentu
Bibliografia
Identyfikator YADDA
bwmeta1.element.baztech-article-BSL7-0016-0004
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.