ПОРІВНЯЛЬНИЙ АНАЛІЗ НАПРУЖЕНО-ДЕФОРМОВАНОГО СТАНУ ЗУБІВ ЗУБЧАСТОЇ ПЕРЕДАЧІ МЕТОДАМИ, АНАЛІТИЧНИМ І КІНЦЕВИХ ЕЛЕМЕНТІВ
DOI:
https://doi.org/10.31498/2522-9990312026359344Ключові слова:
контактна напруга в зубчастих передачах, САЕ системи MathCAD Solidworks Simulation, формула Герца, нерівномірність розподілу напруги по ширині вінця зубчастого, тертя у зубчастих передачах.Анотація
Системи комп'ютерного моделювання (CAE-системи) застосовуються для аналізу вузлів та виробів вже на етапі проектування. Також системи допомагають при синтезі їх параметрів враховувати як конструктивні, так й технологічні аспекти, що впливають їх експлуатаційні характеристики.
У цій роботі розрахована контактна міцність - найважливіший параметр зубчастої передачі, аналітичним способом (пакет MathCAD) та методом кінцевих елементів (Solidworks Simulation). Алгоритми динамічного розрахунку зубчастих передач наведено в літературі та численних публікаціях, проте більшість з них засновані на аналітичних залежностях, спрощеннях та припущеннях, що враховуються узагальненими емпіричними коефіцієнтами. Тому остаточний висновок якості зубчастої передачі можна зробити після динамічних випробувань на стендах - автоматизованих комплексах призначених для імітації умов реальної роботи. У сучасному машинобудуванні, з метою зменшення витрат на підготовку виробництва та якнайшвидшого виходу продукції на ринок, практикується комп'ютерне моделювання САЕ системами зубчастих передач. Однак у цьому питанні існує проблема - комп'ютерна модель, що оперує ідеальною геометрією дає контакт евольвентних профілів по відрізку прямої, котра не має площі і товщини, що унеможливлює додати до неї сил тиску або сформувати контакт з урахуванням сил тертя. Таким чином, щоб силовий контакт був коректним CAE-система повинна "бачити" лінію не як тонкий об'єкт, а як елемент з товщиною. В даному випадку моделювання силової взаємодії реалізовано через «контакт» поверхонь зубів із зазором та тертям. Проведений аналіз результатів значень контактних напруг, отриманих двома способами, показали їх тотожність з мінімальною розбіжністю. Також розкрито причини максимального значення контактної напруги в зоні ніжки зуба. Наведені у роботі алгоритми обчислення контактних напруг можуть застосовуватися на етапі прогнозування характеристик міцності конструкції, за умови зниження витрат на випробування з одночасним підвищенням інформативності та достовірності одержуваних результатів.
Посилання
Овчаров Б. 3., Мiняйло А. В., Мазоренко Д. І., Тiщенко Л. М. Розрахунки i проектування деталей машин. Частина 1. Механiчнi передачi : навч. посiб. Харкiв : ХНТУСГ, 2006. 366с.
Михайленко В.Є. Інженерна та комп’ютерна графіка графіка / В.Є. Михайленко, В.В. Ванін, Ю.С. Ковальов. – Київ: Каравелла: – 2003. – 344 с.
Vouaillat, G., Noyel, J.-P., Ville, F., Kleber, X., & Rathery, S. From Hertzian contact to spur gears: Analyses of stresses and rolling contact fatigue. Mechanics & Industry 2019, 20, 626.
W. J. Qinn and C. Y. Guan, “An investigation of contact stresses and crack initiation in spur gears based on finite element dynamic analysis” International Journal of Mechanical Sciences, vol. 83, pp. 96–103, 2014.
