Μελέτη αντοχής μετωπικών οδοντωτών τροχών με τη μέθοδο της φωτοελαστικότητας και τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων

Abstract

Στις περισσότερες μηχανολογικές εφαρμογές, οι οδοντωτοί τροχοί είναι τα πλέον χρησιμοποιούμενα μηχανικά στοιχεία για την μετάδοση περιστροφικής κινήσεως και την μεταφορά ισχύος από τη μία άτρακτο στην άλλη. Άρα, αυτή είναι μία απόδειξη ότι υπάρχει η ανάγκη για αξιοπιστία και μεγαλύτερη διάρκεια ζωής, η οποία απαιτεί επακριβή και σαφή γνώση του τασικού πεδίου στον οδόντα του οδοντωτού τροχού. Στην προκείμενη εργασία, σκοπός μας είναι ο υπολογισμός των μεγίστων τάσεων που αναπτύσσονται στην επικίνδυνη διατομή ποδός οδόντων κανονικών μετωπικών οδοντωτών τροχών ευθείας οδοντώσεως όταν αυτοί φορτίζονται στο δυσμενέστερο σημείο τους (Ανώτερο Σημείο Μονής Επαφής Οδόντος) τόσο με αριθμητικές όσο και με πειραματικές μεθόδους. Η αριθμητική μέθοδος που χρησιμοποιείται δεν είναι άλλη από την μέθοδο των Πεπερασμένων Στοιχείων η οποία χρησιμοποιείται ευρέως σήμερα με πολύ μεγάλη αξιοπιστία. Από την άλλη, η πειραματική μέθοδος με την οποία θα ασχοληθούμε και έχει χρησιμοποιηθεί από πολλούς ερευνητές έως τώρα και συνεχίζει να χρησιμοποιείται με επιτυχία στην μέτρηση της μεγίστης τάσης σε οδοντώσεις είναι η μέθοδος της Φωτοελαστικότητας. Σκοπός μας είναι ο έλεγχος της αντοχής του οδοντωτού τροχού συγκρίνοντας την υπολογιζόμενη τάση με την επιτρεπόμενη τάση του υλικού του τροχού από τους αντίστοιχους πίνακες.

In most engineering applications, gears are the most widely used machine elements for the transmission of power and motion from one shaft to another. Hence it is evident that there is a need for reliability and longer service life, which requires precise knowledge of the stress field in the gear tooth. In this case in study, our aim is the calculation of maximum stresses that is developed in the dangerous cross-section of spur gears tooth root, when it is loaded in the Highest Point of Single Tooth Contact (HPSTC) either by numerical methods or by experimental methods. The numerical method that is used is the Finite Elements method which is used widely today with very big reliability. From other, the experimental method with which we will deal and has been used by a lot of researchers until now and continues to be used with success in the calculation of maximum stress in spur gears is the method of Photo-elasticity. Our aim is to check the strength of spur gear comparing the calculated stress with the allowed stress of its material from the corresponding tables.