Stanovení chyby převodu u čelního ozubení s šikmými zuby
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
A
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
Táto diplomová práca sa primárne zaoberá problematikou chyby prevodu, ktorá je jedným z dominantných zdrojov vibrácií ozubených súkolí a prevodových ústrojenstiev. Vibrácie následne generujú hluk, na ktorý sa kladú čoraz prísnejšie nároky naprieč priemyslom, automobilový nevynímajúc. Ukazuje sa, že znižovanie peak-to-peak hodnoty chyby prevodu má priaznivý vplyv na vibro-akustické vlastnosti ozubených kolies a súkolí. Táto práca sa zaoberá stanovením chyby prevodu pri statických podmienkach, keďže súkolie s malou statickou chybou prevodu je dobrým predpokladom pre malú chybu prevodu aj pri dynamických účinkoch. Výsledné hodnoty chyby prevodu možno ovplyvniť už pri návrhu makro-geometrie ozubenia. Vhodné je ďalej na ozubenie aplikovať mikro-geometrické úpravy – modifikácie zubov. Z tohto dôvodu sa rešeršná časť práce venuje teoretickým poznatkom najmä o geometrii ozubených kolies, modifikáciách zubov a celkovo o chybe prevodu a jej stanovení. Chybu prevodu je možné stanoviť viacerými spôsobmi, vrátane technického experimentu. Z časových a finančných dôvodov to však nie je vždy možné, a preto sa ponúka možnosť použitia numerických simulácií. V tejto práci je použitý prístup pomocou deformačne-napäťovej kvázi-statickej kontaktnej analýzy využívajúci metódu konečných prvkov v softwari Ansys Workbench. Výhodou je o. i. dobrá porovnateľnosť výsledkov. Vstupom do MKP analýzy je 3D CAD geometria – v tomto prípade sa konkrétne jedná o čelné súkolie so šikmým ozubením. Model tohto súkolia je vytvorený v programe PTC Creo plne parametricky, a tak je možné zmenou vstupných parametrov vygenerovať ľubovoľné konfigurácie súkolí, čo výrazne šetrí čas. V závere tejto diplomovej práce je vyhodnotená deformačne-napäťová analýza rôznych konfigurácií súkolí, so zreteľom na redukované napätie a kontaktný tlak. Ďalej je z MKP analýz stanovená statická chyba prevodu – jej priebehy a peak-to-peak hodnoty – pre rôznu geometriu kolies, vrátane modifikácií zubov, a pre rôzne zaťažujúce točivé momenty. V neposlednom rade sú vyhodnotené vplyvy jednotlivých súčiniteľov záberu a osovej vzdialenosti.
This diploma thesis primarily deals with the transmission error issue which is one of the dominant sources of vibration in gear pairs and transmission systems. The vibrations subsequently generate noise which is often subjected to increasingly stricter demands across the industry, including the automotive one. It turns out that reducing the peak-to-peak value of the transmission error has a beneficial effect on the vibro-acoustic properties of gears and gear pairs. This thesis aims to determine the transmission error under static conditions, since a gear pair with a low static transmission error is a good assumption for a low transmission error even under dynamic effects. The resulting values of the transmission error can be influenced already during the design of the gear macro-geometry. It is also suitable to apply micro-geometric adjustments – modifications to the gear teeth. For this reason, the search part of the thesis is dedicated to theoretical knowledge, especially concerning the geometry of gears, modifications of teeth and the overall transmission error and its determination. The transmission error can be determined in several ways, including a technical experiment. However, due to time and financial reasons, this is not always possible, and therefore, the possibility of using numerical simulations is offered. In this thesis, the approach using stress-strain quasi-static contact analysis using the finite element method in Ansys Workbench software is used. The advantage is, among other things, a good comparability of results. The input to the FEM analysis is 3D CAD geometry – in this case, it is specifically a helical gear pair with parallel axes. The model/assembly of this gear pair is created in PTC Creo software fully parametrically, so it is possible to generate arbitrary gear pair configurations by changing the input parameters, which significantly saves time. At the end of this diploma thesis, the stress-strain analysis of various gear configurations is evaluated, with respect to the equivalent stress and contact pressure. Furthermore, the static transmission error – its graphs and peak-to-peak values – is determined from FEM analyses for different gear geometry, including tooth modifications, and for various loading torques. Last but not least, the effects of contact/overlap ratio and centre distance are evaluated.
This diploma thesis primarily deals with the transmission error issue which is one of the dominant sources of vibration in gear pairs and transmission systems. The vibrations subsequently generate noise which is often subjected to increasingly stricter demands across the industry, including the automotive one. It turns out that reducing the peak-to-peak value of the transmission error has a beneficial effect on the vibro-acoustic properties of gears and gear pairs. This thesis aims to determine the transmission error under static conditions, since a gear pair with a low static transmission error is a good assumption for a low transmission error even under dynamic effects. The resulting values of the transmission error can be influenced already during the design of the gear macro-geometry. It is also suitable to apply micro-geometric adjustments – modifications to the gear teeth. For this reason, the search part of the thesis is dedicated to theoretical knowledge, especially concerning the geometry of gears, modifications of teeth and the overall transmission error and its determination. The transmission error can be determined in several ways, including a technical experiment. However, due to time and financial reasons, this is not always possible, and therefore, the possibility of using numerical simulations is offered. In this thesis, the approach using stress-strain quasi-static contact analysis using the finite element method in Ansys Workbench software is used. The advantage is, among other things, a good comparability of results. The input to the FEM analysis is 3D CAD geometry – in this case, it is specifically a helical gear pair with parallel axes. The model/assembly of this gear pair is created in PTC Creo software fully parametrically, so it is possible to generate arbitrary gear pair configurations by changing the input parameters, which significantly saves time. At the end of this diploma thesis, the stress-strain analysis of various gear configurations is evaluated, with respect to the equivalent stress and contact pressure. Furthermore, the static transmission error – its graphs and peak-to-peak values – is determined from FEM analyses for different gear geometry, including tooth modifications, and for various loading torques. Last but not least, the effects of contact/overlap ratio and centre distance are evaluated.
Description
Keywords
statická chyba prevodu, ozubené kolesá so šikmými zubami, záber ozubenia, modifikácie zubov, odľahčenie hlavy zuba, odľahčenie päty zuba, súčiniteľ záberu, parametrický 3D CAD model, metóda konečných prvkov, vibrácie, static transmission error, helical gears, gear mesh, gear teeth modifications, tooth tip relief, tooth root relief, contact ratio, parametric 3D CAD model, finite element method, vibration
Citation
CZAKÓ, A. Stanovení chyby převodu u čelního ozubení s šikmými zuby [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2020.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Automobilní a dopravní inženýrství
Comittee
prof. Ing. Václav Píštěk, DrSc. (předseda)
doc. Ing. Pavel Novotný, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Pavel Kučera, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Zdeněk Kaplan, CSc. (člen)
Ing. Radim Dundálek, Ph.D. (člen)
Date of acceptance
2020-10-08
Defence
Študent zoznámil skúšobnú komisiu s náplňou a výsledkami svojej záverečnej práce. Následne na to zodpovedal otázky oponenta:
Prosím popište rozdíly záběrové přímky/roviny u čelního ozubení se šikmými a přímými zuby. - Zodpovedané.
Popište možnosti využití numerických simulací při procesu návrhu ozubení. - Zodpovedané.
Prosím o detailní zhodnocení rozložení napětí na zubech bez modifikace a s modifikací, jež je zobrazeno na obr. 4.9. - Zodpovedané.
Ďalej študent odpovedal na otázky od členov komisie:
Ako sa zmenia výsledky, ak by sa vo výpočtoch zahrnul olej? Bude sa meniť lokálna deformácia? Popíšte graficky kontaktný tlak. Akému tvaru sa bude približovať, dá sa to popísať analyticky? - Čiastočne zodpovedané.
Čo bolo myslené zahrnutím dynamiky v MBS? Popíšte dynamickú úlohu, pohyb telies. Ako znie pohybová rovnica pre statickú a dynamickú úlohu? Napíšte pohybovú rovnicu. - Čiastočne zodpovedané.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení