Компьютерный анализ изгибной прочности прямых и бочкообразных зубьев в условиях перекоса
DOI:
https://doi.org/10.22213/2413-1172-2025-1-4-14Ключевые слова:
ANSYS Mechanical APDL, компьютерное моделирование, эпюры распределения напряжений, изгибные напряжения, угол перекоса, бочкообразная модификация зуба, цилиндрическая зубчатая передачаАннотация
В статье представлены результаты компьютерного моделирования для исследования характера распределения изгибных напряжений в основании прямых и бочкообразных зубьев цилиндрических передач в условиях перекоса осей колес. Известно, что наибольшее влияние на нагрузочную способность и долговечность цилиндрических передач оказывает неравномерность распределения нагрузки по длине контактных линий, связанная с перекосом поверхностей зубьев в зацеплении, приводящая к сокращению длины площадки контакта и возникновению кромочного контакта зубьев. Результатом этого является кратное снижение ресурса передачи по контактной или изгибной прочности. Повысить долговечность цилиндрических передач при работе их в условиях перекосов осей колес позволяют прямозубые передачи с продольной (бочкообразной) модификацией зубьев. Проведен сопоставительный конечно-элементный анализ напряженно-деформированного состояния прямого и бочкообразного зуба при их нагружении погонной нагрузкой в вершине зуба при варьировании угла перекоса в пределах 0...8 минут. Компьютерное моделирование выполнялось в ANSYS Mechanical APDL. Законы распределения погонной нагрузки по продольной координате зуба были получены аналитическим методом для различных углов перекоса на основе решения объемной контактной задачи с учетом собственных и контактных деформаций зубьев, а также краевых эффектов. В результате компьютерного моделирования получены картины распределения растягивающих напряжений в основании зуба и установлено снижение напряжений на 15 % с помощью бочкообразной модификации. Предложенный метод прочностного расчета позволяет еще на этапе синтеза передачи обосновать выбор бочкообразной продольной модификации зубьев, обеспечивающий снижение изгибных напряжений в передаче при ее работе в условиях перекоса заданной степени.Библиографические ссылки
Лопатин Б. А., Плотникова С. В., Лопатин Д. Б. Проектирование зубчатых передач из эвольвентно-конических колес // Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. 2024. Т. 27, № 3. С. 49-61. DOI: 10.22213/2413-1172-2024-3-49-61
Strungar Е.М., Staroverov О.А., Lynegova Е.М. (2022) Сomprehensive evaluation of fatigue damage accumulation and failure of specimens with operational stress concentrators. Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures, iss. 4, pp. 37-49. DOI: 10.17804/2410-9908.2022.4.037-049
Syzrantseva K.V., Syzrantsev V.N., Kolbasin D.S. (2019) Comparative estimation of the failure probability of cylindrical arc and helical gears by tooth bending endurance: AIP Conference Proceedings, vol. 2176, art. 020010. DOI: 10.1063/1.5135122
Cherniavsky A.O., Cherniavsky O.F. (2020) A change in the deformation mechanism with a monotonous change of the load parameter.International Journal of Pressure Vessels and Piping, vol. 188, art. 104192. DOI: 10.1016/j.ijpvp.2020.104192
Сызранцева К. В., Зонова Н. В., Билянская И. В. Компьютерное моделирование и оптимизация конструкции ловителя-сигнализатора для повышения его надежности при геофизических исследованиях скважин // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. 2023. № 4 (136). DOI: 10.33285/1999-6934-2023-4(136)-5-11
Voutchkov I., Keane A., Shahpar Sh., Bates R. (2018) Meshing using interpolative mapping and control point optimization. Journal of Computational Design and Engineering, vol. 5, iss. 3, pp. 305-318. DOI: 10.1016/j.jcde.2017.12.003
Crawford J. (1999) Evaluating Mesh Density. Ansys Solutions, vol. 1, no. 2, pp. 12-16.
Syzrantseva K., Kuskov K., Gonchar N., Dubrovko D. (2023) Updating the statistical strength analysis method for the shut-off valve body in random loading conditions: Proceedings of the 9th International Conference on Industrial Engineering, pp. 61-70. DOI: 10.1007/978-3-031-38126-3_7
Расчет напряженно-деформированного состояния корпуса шарового крана в конечно-элементном комплексе ANSYS / А. А. Пазяк, М. А. Пазяк, Н. А. Шулинина, П. Д. Князева // Научно-технический вестник Поволжья. 2023. № 10. С. 42-45.
Евдокимов А. П. Расчетно-экспериментальная оценка динамической нагруженности привода компрессора буровой установки // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. 2023. № 4. С. 12-15. DOI: 10.33285/1999-6934-2023-4(136)-12-15
Alshoaibi A.M., Fageehi Ya.A. (2021) 3D modelling of fatigue crack growth and life predictions using ANSYS. Ain Shams Engineering Journal, vol. 13, iss. 4, art. 101636. DOI : 10.1016/j.asej.2021.11.005
Giorgetti F., Lombroni R., Belardi V.G., Calabro G., Dalla Palma M., Fanelli P., Fulici M., Ramogida G., Vivio F. (2022) Vertical displacement events analysis using MAXFEA code in combination with ANSYS APDL in the final design stage of the DTT vacuum vessel. Fusion Engineering and Design, vol. 184, pp. 9-10. DOI: 10.1016/j.fusengdes.2022.113273
Thompson M., Thompson J. (2017) АNSYS Mechanical APDL for Finite Element Analysis. Oxford : Butterworth-Heinemann, p. 466. ISBN 9780128129814
Kansara P., Indrodia A., Diwan M., Raval J., Yadav N., Oza A. d., Kumar M., Shinde S.M., Parvez A., Makwana M. (2022) Optimization of gate valve structure based on strength parameters using finite element analysis.International Journal on Interactive Design and Manufacturing (IJIDeM), vol. 17 (8), pp. 1-9. DOI: 10.1007/s12008-022-01052-3
He X., Zhang C., Tian D. (2019) Strength analysis and structure optimization of gate valve body based on finite element software. E3S Web of Conferences, vol. 136, Art. 03019. DOI: 10.1051/e3sconf/201913603019
Pedrero J., Pleguezuelos M., Sanchez M. (2020) Analytical Simulation of the Tooth Contact of Spur Gears. New Approaches to Gear Design and Production, pp. 115-131. DOI: 10.1007/978-3-030-34945-5_4
Syzrantseva K.V., Syzrantsev V.N., Babichev D.T. (2020) Comparative Analysis of Stress-Strain Condition of Cylindrical Gears Arc Teeth and Spurs. Proceedings of the 5th international conference on industrial engineering (ICIE 2019), pp. 101-108. DOI: 10.1007/978-3-030-22041-9_12
Babichev D.T., Babichev D.A., Lebedev S.Y. (2018) Calculation of tooth profile radiuses of curvature into line of contact parameters. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering, vol. 393, pp. 681-692. DOI: 10.1088/1757-899X/393/1/012051
Грубка Р. М. Конструктивные способы повышения эксплуатационных показателей цилиндрических зубчатых передач // Прогрессивные технологии и системы машиностроения. 2019. № 1. С. 17-22.
Грубка Р. М., Михайлов А. Н., Петряева И. А. Классификация видов продольной модификации зубьев цилиндрических зубчатых колес в зависимости от функционального назначения // Современные технологии и автоматизация в машиностроении. 2019. № 18. С. 187-190.
Сызранцев В. Н., Сызранцева К. В. Цилиндрические передачи с арочными зубьями: геометрия, прочность, надежность : монография. Тюмень : ТИУ, 2021. 170 с. ISBN 978-5-9961-2378-0
Wen Q., Du Q., Zhai X. (2020) Analytical calculation of the tooth surface contact stress of spur gear pairs with misalignment errors in multiple degrees of freedom. Mechanism and Machine Theory, vol. 149, Art. 103823. DOI: 10.1016/j.mechmachtheory.2020.103823
Нахатакян Ф. Г. Повышение нагрузочной способности зубчатой передачи в условиях перекоса снижением контактных напряжений с помощью продольной модификации зубьев // Вестник машиностроения. 2022. № 12. С. 13-16. DOI: 10.36652/0042-4633-2021-12-13-16
Нахатакян Ф. Г., Нахатакян Д. Ф. Оценка величины допускаемого угла перекоса в зубчатом зацеплении // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2022. № 1. С. 45-49. DOI: 10.31857/S0235711922030099
Короткин В. И., Колосова Е. М., Онишков Н. П. Прогнозирование контактной выносливости упрочненных зубьев и нагрузочной способности эвольвентных зубчатых передач по критерию предельного состояния материала // Вестник машиностроения. 2021. № 12. С. 31-35. DOI: 10.36652/0042-4633-2021-12-35-37
Lebedev S.Yu., Syzrantsev V.N. (2023) Probability estimate of the strength reliability of toothed wheel gear. Procedia Structural Integrity, vol. 50, pp. 155-162. DOI: 10.1016/j.prostr.2023.10.036
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2025 Ксения Владимировна Сызранцева, Иван Сергеевич Сердюк, Данил Александрович Трубкин
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
