Skip to main content
SUPERVISOR
Abbas Ghaei,Saleh Akbarzadeh
عباس قائی (استاد مشاور) صالح اکبرزاده (استاد راهنما)
 
STUDENT
Morteza Parsa
مرتضی پارسا

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1389

TITLE

Study of subsurface stresses in spur gear by load- sharing method
Gears are used to transmit power between two parts of the same machine or between two devices, often with a mechanical advantage that allows increasing or decreasing the rotational speed or torque from one shaft to another. As is commonly the case in the analysis of most tribological components, the key parameters of interest in gears are the lubricant film thickness, the dimensionless film parameter, and the coefficient of friction. The first two parameters are important in terms of reliability and damage, while the third parameter is a measure of the efficiency of the gear set in terms of the required power. In industrial applications, the friction coefficient between the moving contacting surfaces is of vital importance in terms of power loss. Another influential parameter in lubricated tribosystems is the roughness of the surfaces i.e. the micro geometrical irregularities of the surfaces. Gears usually operate under the mixed-lubrication regime. Hence, it is always of interest to predict the portion of load carried by asperities as well as friction coefficient. The aim of this research is to present a model that takes into consideration the surface properties, gear geometry, loading condition and velocity condition as the input and predicts the film thickness, friction coefficient and the subsurface stresses along the line of action (LoA). When two bodies having curved surfaces are pressed together, point or line contact changes to area contact, and the stresses developed in the two bodies are three dimensional. Contact-stress problems arise in the contact of a wheel and a rail, in automotive valve cams and tappets, in mating gear teeth, and in the action of rolling bearings. In this model, the contact of gear teeth at each point along the LoA is represented by the contact of two cylinders, where the radii of these cylinders vary along the LoA. The contact model for rough surfaces introduced by Greenwood and Williamson (1966) assumes that the asperities deform elastically, however, in reality when the contact pressure exceeds the yield strength of the material, elastic-plastic deformation occurs. The separation between the two rough surfaces is given by the film thickness which would exist between two smooth surfaces under the same conditions of load, speed and lubricant. In this research The model of zhao et al of rough surfaces in contact has been combined with Moes’ central film thickness equation and load-sharing concept of Johnson et al use to predicting the film thickness, friction coefficient load carried by film and load carried by asperity a long line of action. Finally subsurface stresses is obtained using the coefficient of friction and hertzian contact model. Finally by use the FEM modeling for contact problem of pinion and gear, then FEM results compared with the numerical solution. The comparison between the present model and the results from other published models shows an acceptable agreement. A parametric study on the effect of the load, speed and surface roughness on the coefficient of friction and asperities scaling factor is implemented. The main advantages of the model are that the model does not require solving the full EHL equations. Also, it generates reasonable results for rough surfaces. The results are in acceptable agreement with other works. This model can be used as a rapid .prediction for the gear performance. Keywords: Spur gear, Line of action, Load sharing concept, Friction coefficient and subsurface stresses.
چرخ‌دنده‌ها برای انتقال نیرو بین دو محور استفاده می‌شوند که اغلب دارای مزیت مکانیکی افزایش قدرت یا کاهش سرعت می‌باشند. تحلیل لایه روغنی که در بین دندانه‌های چرخ‌دنده‌های درگیر تشکیل می‌شود، تقریبا تمام جنبه‌های علم ترایبولوژی که به مطالعه اصطـکاک، سایش و روان‌کاری می‌پردازد را دارا است. سطوح چر‌خ‌دنده نسبت به سطوح اجزایی مانند یاتاقان‌های غلتشی زبرتر است و این باعث می‌شود که اثرات زبری درتحلیل چرخ‌دنده از اهمیت بالایی برخوردار باشد. پارامترهای کلیدی مورد نظر در تحلیل چرخ‌دنده ضخامت فیلم روان‌کار، پارامتر فیلم روان‌کار و ضریب اصطـکاک می‌باشد. هدف از این تحقیق به‌دست آوردن توزیع فشار و میدان تنش زیرسطحی ایجاد شده در تماس دندانه‌های چرخ‌دنده ساده با در نظر گرفتن زبری سطح و اصطـکاک است. تماس پیـنیون و چرخ دنده برای هر نقطه در امتداد خط عمل با دو استوانه جایگزین شده است. شعاع استوانه‌ها و بار انتقالی در امتداد خط عمل محاسبه شده، سپس به کمک روش تقسیم ‌بار ضخامت فیلم روان‌کار و ضریب اصطـکاک محاسبه می‌شود. در مرحله نهایی با فرض تنش هرتزین و استفاده از ضریب اصطـکاک محاسبه شده برای هر نقطه ازخط عمل، تنش‌های زیرسطحی محاسبه شده است.برای به دست آوردن نیروی فیلم روان کار از نتایج تئوری الاستو هیدرودینامیک استفاده می شود. برای به دست آوردن نیروی زبری ها از سه مدل جانسون و همکاران، گرین وود و ویلیامسون و مدل تماس جامع ژائو و همکاران استفاده می شود. در مدل ارائه شده توسط ژائو و همکاران علاوه بر در نظر گرفتن تغییر شکل های الاستیک، تغییر شکل های الاستو پلاستیک و پلاستیک کامل هم در نظر گرفته میشوند.در این تحقیق اثرات بار، سرعت و زبری سطوح تماس بر روی ضریب اصطکاک و بالتبع تنش های زیر سطحی بررسی می شود. نتایج به دست آمده از نرم افزار مطلب نشان می‌دهد که افزایش بار اعمالی باعث افزایش ضریب اصطکاک در حالی که با افزایش سرعت سطوح تماس ضریب اصطکاک کم می‌شود. با افزایش زبری سطوح تماس ضریب اصطکاک کاهش می‌یابد. از جمله مزیت های این تحقیق در نظر گرفتن سختی سطوح می‌باشد که افزایش سختی سطوح باعث افزایش ضریب اصطکاک می‌شود. با توجه به این که دراین تحقیق معادله رینولدز حل نمی‌شود در نتیجه فاکتورهای عملکرد چرخ‌دنده را در وقت کمتری به دست می‌دهد. در نهایتا تماس بین چرخ‌دنده و پینیون در نرم افزار المان محدود آبکوس شبیه‌سازی شده و نتایج آن با نتایج به دست آمده از نرم افزار مطلب مقایسه شده است که دارای توافق خوبی هستند. کلمات کلیدی: چرخ‌دنده ساده، روش تقسیم بار، ضریب اصطکاک و تنش‌های زیر سطحی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی