Βελτιστοποίηση σχεδιασμού μετωπικών εσωτερικών και εξωτερικών οδοντώσεων

Abstract

Η ζήτηση της βιομηχανίας για παραγωγή βελτιστοποιημένων προϊόντων είτε ως προς την αντοχή τους, το μέγεθος τους, ή ως προς την λειτουργικότητα τους, μας ώθησε στην δημιουργία μιας μεθόδου σχεδιασμού μετωπικών εξωτερικών και εσωτερικών οδοντώσεων με στόχο τη βελτίωση της αντοχής της βαθμίδας των οδοντωτών τροχών. Η μέθοδος που αναλύεται στο παρακάτω κείμενο μεταβάλει τον συντελεστή πάχους των συνεργαζόμενων οδοντωτών τροχών, ο οποίος έχει ευρεθεί πρωθύστερα με ανάλυση μέσω πεπερασμένων στοιχείων και μέσω της πειραματικής μεθόδου ανάλυσης των τάσεων της φωτοελαστικότητας. Για την ανάλυση με πεπερασμένα στοιχεία έγινε κατασκευή 3D μοντέλων κάνοντας χρήση του λογισμικού Autodesk Inventor (CAD). Τα 3D μοντέλα δημιουργήθηκαν από τον κώδικα εξαγωγής 2D μοντέλων, ο κώδικας γράφτηκε στο λογισμικό Matlab. Για την ανάλυση των μοντέλων με φωτοελαστικότητα έγινε κατασκευή μοντέλων από πολυκαρβονικό υλικό. Η κατασκευή των μοντέλων για το πείραμα της φωτοελαστικότητας έγινε σε κέντρο κατεργασιών (CNC) τύπου Mazak με λογισμικό Vero (CAM). Όλα τα μοντέλα των οδοντωτών τροχών μελετήθηκαν για φορτίο ασκούμενο στο μέγιστο σημείο μονής επαφής (H.P.S.T.C.). Τέλος παρατίθενται σε κατάλληλα διαγράμματα τα συγκεντρωτικά αποτελέσματα των αναλύσεων καθώς και η σύγκριση των δύο μεθόδων.

Due to the industry demand of production enhanced components regarding the strength, the size and the functionality of the products, more sophisticated methods were developed in the design of internal and external gears, in order to optimize the geometry and improve the performance of the gear teeth. The aforementioned method is thoroughly discussed in the subsequent text and it is analyzed the rate of change of the thickness of the meshing gears. The performance of each proposed gear tooth geometry was examined by employing the Finite Element Analysis (FEA) method and the numerical analysis results were compared against experimental results by conducting photoelasticity tests on the models. The gear tooth models were created by initially producing the 2D gear tooth geometry by developing mathematical models in Matlab. Then, the 2D geometry was imported in the Autodesk Inventor software and the 3D CAD models were produced. For the photoelasticity experiments on the gear teeth geometries, the models were manufactured in a CNC milling machine and the material that used for the models was a polycarbonate (PCB) photosensitive material. Then, the pinion models were studied under loading at the Highest Point of Single Tooth Contact (HPSTC). Finally, all the results that derived from the experimental and numerical analyses were plotted in suitable graphs and the results were discussed by comparing the outcomes of both methods that used in this project.