Skip to main content
SUPERVISOR
Mahmoud Farzin,MohammadReza Forouzan
محمود فرزین (استاد مشاور) محمدرضا فروزان (استاد راهنما)
 
STUDENT
Amin Salimian rizi
امین سلیمیان ریزی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390

TITLE

Fracture Analysis of Crop Shear Gear Box
Study and prediction of fatigue fracture is an important subject to design the machines and structural components which are influenced by vibration or cyclic loading. ‌‌Some cracks are produced during production process and the others can be created during the installation of components. Due to cyclic loads these cracks propagate to a crirical length and after that the result is component fracture. If an overload takes place during the cyclic loading so it will affect crack growth rate significantly. Using the fracture mechanic science is one of the methods of studing the fatigue crack growth. The fracture mechanics investigate the components load capacity so it is possible to study the life of componetns which are subjected to fatigue loads by using fracture mechanics. Gears are the most important machine components that are used to transfer power and motion. The fast growing industrial developments and economical considerations have led to the need for designing durable components with minimum weight. In order to achieve this goal, designers need to understand the failures mechanism of machine parts and do their calculations accordingly. Gears may fail with several different mechanisms. One of the most important is fatigue crack growth in tooth root. The tooth root is most exposed to crack initiation and damage because of high bending stresses. Since the gears are used in many machines and the gears tooth fracture lead to machines work stop, study and prediction of gears life can be so useful and efficient. The goal of this study is to estimate the main gearbox life of Hallden flying shear in cold rolling mill area of MSC. First of all kinematic analyse was done on Hallden flying shear and after that the maximum shearing force of cutting process was estimated. At the next step dynamic analyse was done by using the maximum shearing force. Dynamic modeling method was used the mass-spring modeling in ABAQUS to model the shafts and gears. The result of dynamic modeling was torques that was applied to gears and so the critical gear was specified. Then by using contact analysis the exact load distribution on critical gear teeth and the crack initial location were obtained. In order to obtain exact load distribution on the tooth face, conjugate action of the studied gear with its meshing gear has been analysed using contact elements. Finally the extended finite element method (XFEM) has been used to simulate 3D fatigue crack growth and obtain growth path. This method was introduced during recent years and modelling time has reduced considerably compared to previous works carried out on 3D crack growth in gears. To estimate the fatigue life of critical gear in main gearbox the Paris equation has been used. Paris law is used to calculate life cycles from the point when initial crack starts to grow until it reaches the critical length where fracture occurs. Also a code has been developed in ABAQUS environment taking advantage of this software’s capability of modeling static cracks by XFEM. The final results of analysis gave important and useful information about estimation of gears life and crack’s growth path and the final shape of the crack was found, so by using these information it is possible to prevent the sudden fracture of gear teeth in gearboxes of Hallden flying shear. Keywords: Fatigue, Gear, Fracture mechanic, Finite element method, Sheet metal shear
مطالعه و پیش بینی شکست در اثر خستگی، یک موضوع حیاتی و ضروری برای طراحی دستگاه‌ها، خودرو ها و سازه هایی است که تحت تأثیر ارتعاش یا بارگذاری تکراری هستند. عیوب و ترک در یک قطعه، ممکن است به دلیل فرآیند تولید وجود داشته باشد یا در هنگام قرارگیری قطعه در یک سیستم ایجاد گردد. این ترک ها در اثر بارگذاری تکرار شونده در جسم رشد می کند و بعد از رسیدن به یک طول بحرانی منجر به شکست جسم می شود. اگر در طی بارگذاری تکراری، بار ناگهانی به جسم اعمال گردد، نرخ رشد ترک را تحت تأثیر قرار می‌دهد. یکی از راه های مطالعه رشد ترک خستگی، استفاده از علم مکانیک شکست می باشد. مکانیک شکست ظرفیت تحمل بار سازه هایی که دارای عیوب اولیه ای می باشند را مطالعه می کند، بنابراین قادر است عمر باقی مانده یک جسم ترک دار را تحت بارگذاری خستگی تعیین کند. پدیده شکست در اثر خستگی در چرخ دنده‌ها نیز دیده می‌شود. از مهم ترین و رایج ترین دلایل شکست آنها، شکست در ریشه دندانه است. از آنجایی که شکست چرخ‌دنده‌ها در بسیاری از دستگاه‌ها، منجر به توقف سیستم می‌گردد، تخمین عمر آنها، بسیار ضروری و کارآمد می‌باشد. هدف پروژه حاضر تخمین عمر جعبه دنده اصلی دستگاه قیچی هالدن خطوط اصلاح نهایی نورد سرد مجتمع فولاد مبارکه است. بنابراین ابتدا دستگاه قیچی برش ورق مورد تحلیل سینماتیکی قرار گرفت. سپس میزان نیروی حاصل از برش تخمین زده شد و با استفاده از این نیرو، جعبه‌دنده اصلی مورد تحلیل دینامیکی قرار گرفت. جهت آنالیز نیرویی، از مدل‌سازی به‌صورت جرم و فنر در نرم‌افزار ABAQUS استفاده شد. بعد از مشخص شدن میزان گشتاور وارد بر چرخ‌دنده و تعیین چرخ‌دنده بحرانی، با انجام تحلیل تماسی توزیع دقیق بار روی دندانه های آن و موقعیت اولیه ترک مشخص شد. در حل مسایل صنعتی که غالباً هندسه ها و شرایط مرزی، پیچیده می‌باشد و تحلیلی دقیقی برای آنها وجود ندارد، استفاده از روش های عددی امری ضروری است. در همین راستا، در این پروژه برای شبیه‌سازی رشد ترک خستگی در چرخ‌دنده از روش اجزای محدود توسعه یافته (XFEM) استفاده شده است. این روش در سال های اخیر معرفی شده است و در مقایسه با روش اجزای محدود معمولی، زمان مدل‌سازی و حل مسئله کاهش می‌یابد. نتایج حاصل از این شبیه‌سازی، اطلاعات مفیدی در مورد تخمین عمر چرخ‌دنده در اختیار ما قرار می‌دهد تا به کمک آن از شکست ناگهانی چرخ‌دنده‌ها و عوارض ناشی از این پدیده در صنعت جلوگیری شود. کلمات کلیدی: 1-خستگی 2-چرخ دنده 3-مکانیک شکست 4-روش اجزای محدود 5-قیچی برش ورق

ارتقاء امنیت وب با وف بومی