A computational approach to the bending and contact stress analysis of spur gears

• Autorzy: Pawłowicz A. , Marciniec A.

Warianty tytułu

PL

Modelowanie numeryczne naprężeń gnących oraz kontaktowych w przekładniach zębatych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents the utilization of a three-dimensional (3D), finite element method to conduct root bending stress and surface contact stress calculations of a pair of spur gears. Firstly a pair of parallel spur gears without errors and tooth modifications is defined in a CAD system. Then, FEM analysis is conducted. Using FEM to calculate the RBS the load is applied as a force to the tip of the gear, it is modeled as a linear force uniformly distributed along the face width and perpendicular to the tooth surface. The SCS is considered as nonlinear analysis, where the contact of the pair of gears is assumed on teeth flanks. The results are compared with the ISO standards, Lewis formula and Hertz equation. It was found that the calculated results are comparable.

PL

W pracy przedstawiono zastosowanie metody elementów skończonych w systemie 3D do obliczeń naprężeń gnących oraz powierzchniowych nacisków kontaktowych dla pary kół zębatych. Para kół zębatych, bez uwzględniania błędów kształtu oraz korekcji, została zdefiniowana w systemie CAD. Następnie przeprowadzono analizę z zastosowaniem MES. Obciążenie kół zamodelowano poprzez siłę działającą prostopadle do powierzchni zęba, rozłożoną równomiernie. Wyniki obliczeń numerycznych porównano ze standardami ISO, z obliczeniami zgodnie formułą Lewisa oraz równaniem Hertza - stwierdzono, że zyskane wyniki są porównywalne.

Słowa kluczowe

EN

spur gear; FEM; contact stress; bending stress

PL

przekładnia zębata; MES (metoda elementów skończonych); naciski powierzchniowe; naprężenia gnące

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Mechanika
• Rocznik: 2009
• Tom: z. 77 [269]
• Strony: 53--61
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Pawłowicz A.

autor

Marciniec A.

• WSK "PSL Rzeszów" SA

Bibliografia

• [1] Cănănău S.: 3D contact stress analysis for spur gears, National Tribology Conference, 2003, 1221-4590.
• [2] Conrado E., Davoli P.: The “true” bending stress is spur gears, Gear Technology, 8 (2007), 52-57.
• [3] International Standard ISO 6336, Calculation of load capacity of spur and helical gears, Part 1: basic principle, introduction and general influence factors, Part 2: calculation of surface durability (pitting), Part 3: calculation of tooth strength, 1993.
• [4] Kiełbasa J., Stańco K.: Konstrukcja walcowej przekładni wichrowej o zazębieniu wewnętrznym, XXIII Sympozjum Podstaw Konstrukcji Maszyn, Rzeszów-Przemyśl 2007.
• [5] Refaat M.H., Meguid S.A.: On the contact stress analysis of spur gears using variational inequalities, Comp. Structures, 57 (1997), 871-882.
• [6] Sfakiotakis V.G., Vaitsis J.P., Anifantis N.K.: Numerical simulation of conjugate spur gear action, Comp. Structures, 79 (2001), 1153-1160.
• [7] Shuting L.: Finite element analyses for contact strength and bending strength of a pair of spur gears with machining errors, assembly errors and tooth modifications, Mechanism and Machine Theory, 42 (2007), 88-114