Doktorska disertacija

 “Prilog problematici integriteta zupčanika

s obzirom na čvrstoću korijena zuba”

SAŽETAK

U radu je razvijen numerički model izračunavanja vijeka trajanja zupčanika s obzirom na zamor materijala uslijed savijanja u korijenu zuba. Cjelokupan proces loma zuba uslijed zamora podijeljen je na period inicijacije i period širenja pukotine.

U ovom radu je, za razliku od većine dosadašnjih istraživanja inicijacije i širenja pukotine u korijenu zuba zupčanika kod kojih je opterećenje aproksimirano silom u krajnjoj točki jednostrukog zahvata, uzeta u obzir činjenica da se opterećenje prenosi s pogonskog na gonjeni zupčanik mijenjajući svoj pravac djelovanja, položaj i intenzitet.

Vrijeme do inicijacije pukotine određivano je metodama kritične ravnine, kojima se uz vrijeme do inicijacije pukotine predviđa i pravac inicirane pukotine, što predstavlja dobru polaznu točku daljnje simulacije širenja pukotine.

Simulacija rasta pukotine od inicirane do kritične duljine provedena je korištenjem metode konačnih elemenata i linearno elastične mehanike loma. Promjena pravca djelovanja, položaja i intenziteta opterećenja za vrijeme okretanja zupčanika uzrokuje neproporcionalno polje naprezanja u korijenu zuba zupčanika. U radu je razvijena procedura širenja pukotine za neproporcionalno opterećenje uz uzimanje u obzir i fenomena zatvaranja pukotine.

Vijek trajanja zupčanika s obzirom na zamor materijala uslijed savijanja u korijenu zuba na kraju se dobiva kao suma broja ciklusa potrebnih za inicijaciju pukotine i broja ciklusa potrebnih za širenje pukotine od inicirane do kritične duljine.

Vjekovi trajanja dobiveni numeričkim modelom uspoređeni su s rezultatima numeričkih modela drugih istraživača i eksperimentalno dobivenim vjekovima trajanja stvarnih zupčanika. Ovim radom dobiveni numerički rezultati pokazuju značajna poboljšanja u procjeni vijeka trajanja zupčanika s obzirom na zamor materijala uslijed savijanja u korijenu zuba u odnosu na dosadašnje numeričke modele.

SUMMARY

A computational model for determination of service life of gears in regard to bending fatigue in a gear tooth root is presented. The fatigue process leading to tooth breakage is divided into crack initiation and crack propagation period.

The fact that in actual gear operation, the magnitude and the position of the force changes as the gear rotates through the mesh is taken into account.

The critical plane method has been used to determine the number of stress cycles required for the fatigue crack initiation. The critical plane methods predict not only fatigue crack initiation life, but also the initiated crack direction, which makes a good starting point for further fatigue crack propagation studies.

Finite element method and linear elastic fracture mechanics theories are then used for the further simulation of the fatigue crack growth under a moving load. Moving load produces a non-proportional load history in a gear's tooth root. An approach that accounts for fatigue crack closure effects is developed to propagate crack under non-proportional load.

The total number of stress cycles for the final failure to occur is then a sum of stress cycles required for the fatigue crack initiation and number of loading cycles for a crack propagation from the initial to the critical length.

The computational results are compared with other investigators’ numerical results and service lives of real gears. The fatigue lives determined in this work show a reasonable agreement with experimental results and exhibit significant improvement compared with the existing numerical models.

Zadnja izmjena:  05.01.2010., od  26.11.2004. stranica je posjećena  puta.