Προσομοίωση σφυρηλάτησης ακριβείας κωνικών οδοντωτών τροχών

Abstract

Η εργασία αυτή έχει σαν σκοπό την προσομοίωση της σφυρηλάτησης ακριβείας που χρησιμοποιείται για την κατασκευή κωνικών οδοντωτών τροχών, με τη βοήθεια εξειδικευμένων λογισμικών από ηλεκτρονικό υπολογιστή. Πιό συγκεκριμένα θα γίνει χρήση του προγράμματος MSC MARC. Το πρόγραμμα αυτό είναι παρόμοιο με το ANSYS,το οποίο είναι ευρέως διαδεδομένο και έχει πάρα πολλές εφαρμογές σε πολλούς τομείς της σύγχρονης τεχνολογίας. Ενδεικτικά μεγάλες ομάδες της φόρμουλα 1 σήμερα, χρησιμοποιούν τέτοια λογισμικά για την προσομοίωση των δοκιμών τους.Στην παρούσα διπλωματική εργασία θα μας απασχολήσει η προσομοίωση με τη χρήση της μεθόδου των πεπερασμένων στοιχείων.Στο MARC υπάρχουν πολλές δυνατότητες, όπως η αναγέννηση πλέγματος, βασικό πλεονέκτημα στην παρούσα μελέτη της διπλωματικής εργασίας. Στο πρώτο κεφάλαιο, γίνεται μια αναφορά στις κατεργασίες των υλικών. Πιό συγκεκριμένα, αρχικά γίνεται μία ιστορική αναδρομή από παλαιότερων μέχρι και τελευταίων χρόνων της ιστορίας των διαφόρων μεθόδων. Αναφέρονται και κάποια ιστορικά πρόσωπα που συνέβαλλαν επίσης. Ακόμη, γίνεται αναφορά στα εργαλεία και τα υλικά των κατεργασιών καθώς και στην σύγχρονη εξέλιξή τους. Παρατίθενται διαγράμματα, σχήματα και εικόνες που απεικονίζουν όλα όσα αναφέραμε. Επίσης, σε αυτό το κεφάλαιο, γίνεται και μία πιό συγκεκριμένη αλλά εν μέρει διεισδυτική περιγραφή τεχνικών στοιχείων καθώς και επιστημονικού θεωρητικού υποβάθρου για τα είδη των κατεργασιών, όπως η έλαση, η διέλαση, η σφυρηλάτηση καθώς και μερικές κατεργασίες αποβολής υλικού. Το κεφάλαιο αυτό είναι στην ουσία γενική εικόνα για τις κατεργασίες ενώ στη συνέχεια θα γίνουμε πιο συγκεκριμένοι. Στο δεύτερο κεφάλαιο, γίνεται παράθεση των μεθόδων και των ειδών σφυρηλάτησης που χρησιμοποιούνται στις μέρες μας, καθώς και των μηχανών και εργαλείων που υπάρχουν. Ακόμη υπάρχουν στο κεφάλαιο αυτό διάφορα τεχνικά και πειραματικά αποδεδειγμένα στοιχεία που επιδρούν στην πορεία της σφυρηλάτησης. Για παράδειγμα η θερμοκρασία παίζει σημαντικό ρόλο. Στο τρίτο κεφάλαιο, αναλύονται οι οδοντωτοί τροχοί γενικά καθώς και με μεγαλύτερη εμβάθυνση. Αναφέρονται στοιχεία θεωρητικά και όχι μόνο, απαραίτητα όμως για την κατανόηση της λειτουργίας των οδοντωτών τροχών, καθώς και διάφορα άλλα βασικά στοιχεία. Το module, το z(αριθμός δοντιών) η διάμετρος αρχικού κύκλου, είναι μεγέθη πολύ σημαντικά για τα στοιχεία μηχανών αλλά και για τον μηχανολόγο μηχανικό γενικότερα. Οπότε θα γίνει μια αναλυτική παρουσίαση αυτών. Στο τέταρτο κεφάλαιο, περιγράφονται και αναλύονται τα διάφορα είδη οδοντωτών τροχών και μέθοδοι και τεχνικές παραγωγής τους με την σφυρηλάτηση ακριβείας. Αναφέρονται τα χαρακτηριστικά κάθε μεθόδου και τα αποτελέσματά τους ως προς την ακρίβεια παραγωγής του επιθυμητού αποτελέσματος(τελική μορφή δοκιμίου). Στο πέμπτο κεφάλαιο, περιγράφεται και αναλύεται η μέθοδος των πεπερασμένων στοιχείων. Πιο συγκεκριμένα, περιγράφονται οι γενικές αρχές της μεθόδου,όπως επίσης καταγράφονται κάποια στοιχεία για τις μεθόδους και τα πρόσωπα, τα οποία τα τελευταία χρόνια τις ανέδειξαν. Θα αναφέρουμε επίσης κάποιες τεχνικές για την δημιουργια πλέγματος, όπως και τους τύπους της πειραματικής ανάλυσης που μπορούν να γίνουν με τα πεπερασμένα στοιχεία. Στο έκτο κεφάλαιο, γίνεται η περιγραφή του σχεδιαστικού πακέτου Solidworks το οποίο χρησιμοποιήθηκε για την κατασκευή της γεωμετρίας. Επίσης περιγράφεται η κατασκευή της γεωμετρίας του οδοντωτού τροχού και των καλουπιών σφυρηλάτησης καθώς και παρουσιάζονται κάποια πιο αναλυτικά στοιχεία πάνω σε αυτό το θέμα. Στο έβδομο κεφάλαιο, εισερχόμαστε στην ουσία της εργασίας καθώς γίνεται η προσομοίωση της σφυρηλάτησης μέσω του πακέτου MSC MARC. Εξάγονται οι δοκιμές απο το MSC MARC, με σαφήνεια, ώστε ο αναγνώστης να βγάζει εύκολα και γρήγορα συμπεράσματα. Στο όγδοο κεφάλαιο, έχουμε μία αναλυτική συγκέντρωση των αποτελεσμάτων των δοκιμών. Γίνεται ταξινόμηση αυτών, καθώς και σχολιασμός επί αυτών. Συνεπώς έχουμε την τελική αξιολόγηση των αποτελεσμάτων και την διεξαγωγή χρήσιμων συμπερασμάτων.Αναφέρουμε τέλος ότι στα παραρτήματα δίνονται όλα τα στοιχεία που αφορούν τα υλικά που χρησιμοποιήθηκαν, τα είδη των πεπερασμένων στοιχείων των δοκιμών- προσομοιώσεων καθώς και άλλα τεχνικά στοιχεία. Ακόμη γίνεται αναφορά στον υπολογιστή όπου έγιναν οι δοκιμές. Τέλος αναφέρεται αναλυτικά η βιβλιογραφία.

The aim of this thesis is to simulate the precision forging used for manufacturing bevel gears with the aid of specialized computer software. More specifically we will use the software MSC MARC. This software is similar to ANSYS, which is widespread and has many applications in many fields of modern technology. Indicative large groups of Formula 1 today, use such software for simulation tests. In this thesis we will deal with the simulation using the finite element method. MARC package includes several possibilities, such as the regeneration of mesh, a main advantage in this study of the thesis. The first chapter is a reference to the working of materials. More specifically, first becomes a throwback from past until recent years of the history of the various methods. We refer to some historical personalities that contributed too. Furthermore, reference is made to the tools and materials of the treatment of metals and the modern evolution. We list charts, shapes and images that reflect everything mentioned. Also in this chapter is included and a more specific but partially penetrating description of technical data and scientific theoretical background for the kinds of treatments, such as rolling, extrusion, forging and some material removal processes.This chapter is mainly an overview of the processes and we will later become more specific. The second chapter is a summary of methods and types of forging processes used nowadays, and also of machinery and tools that exist. Additionally in this chapter there are several technical and experimentally proven facts that affect the process of forging. For example the temperature indicates an important role. The third chapter analyzes the gears in general and with greater analysis depth. We provide information, not only theoretically, but essential for understanding the operation of gears and various other major characteristics. The module, the z (number of teeth) the initial circle diameter are scientific sizes that are very important for the machine elements field and for the mechanical engineer generally. So we made a detailed presentation of these. The fourth chapter describes and analyzes the different types of gears and methods and production techniques with the precision forging. We indicate the characteristics of each method and their effects on the accuracy of production of the desired outcome (final product shape). The fifth chapter describes and analyzes the finite element method. Specifically it describes the general principles of the method, as well we list some details of methods and persons, who, in recent years have highlighted these. We will also mention some techniques for mesh generation and also the types of experimental analysis that can be done with finite elements. In the sixth chapter, there is a description of the drawing package Solidworks which was used for the construction of the geometry. Also is described the construction of the geometry of the gear and the forging dies and are presented some more detailed information on this subject. In the seventh chapter, we enter into the essence of this thesis, as follows the simulation of forging with the package MSC MARC. We export the tests from MSC MARC, clearly, that the reader comes easily and rapidly to conclusions. In chapter eight, we have a comprehensive collection of test results. There is a classification, and commentary thereon. Therefore we have the final evaluation of the results and we can export useful conclusions. Finally we declare that at the annexes are given all the information relating to the materials used, types of finite element of simulations of test and other technical data. Furthermore reference is made to the computer where the tests were submitted. Finally, there is analytical literature.