Purpose This paper aims to present a comparison of numerical methods for determining the contact pattern of Gleason-type bevel gears. The mathematical model of tooth contact analysis and the finite element method were taken into consideration. Conclusions have been drawn regarding the usefulness of the considered methods and the compatibility of results. The object of the analysis was a bevel gear characterised by an 18:43 gear ratio and arc tooth line, and manufactured according to the spiral generated modified-roll method. Design/methodology/approach The mathematical model of tooth contact analysis consists of both the mathematical model of tooth generating and the mathematical model of operating gear set. The first model is used to generate tooth flanks of the pinion and the ring gear in the form of grids of points. Then, such tooth surfaces are used for the tooth contact analysis performed with the other model. It corresponds to the no-load gear meshing condition. The finite element method model was built on the basis of the same tooth flanks obtained with the former model. The commercial finite element method software Abaqus was used to perform two instances of the contact analysis: a very light load, corresponding to the former no-load condition, and the operating load condition. The results obtained using the two models, in the form of the contact pattern for no-load condition, were compared. The effect of heavy load on contact pattern position, shape and size was shown and discussed. Findings The mathematical models correctly reproduce the shape, position and size of the contact pattern; thus, they can be reliably used to assess the quality of the bevel gear at the early stage of its design. Practical implications Determination of the correct geometry of the flank surfaces of the gear and pinion teeth through the observation of contact pattern is a fundamental step in designing of a new aircraft bevel gear. Originality/value A possibility of the independent use of the mathematical analysis of the contact pattern has been shown, which, thanks to the compatibility of the results, does not have to be verified experimentally.
Omówiono nowatorską koncepcję siedziska wózka dla osób z niepełnosprawnościami. Rozwiązanie przedstawiono w postaci modelu CAD i modelu rzeczywistego. Dodatkowo pokazano możliwości konsolidacji elektronicznych układów wykonawczych w celu wizualizacji koncepcji i zasady działania. SŁOWA KLUCZOWE: szybkie prototypowanie (RP), wytwarzanie przyrostowe (AM), wózek dla osób z niepełnosprawno-ściami An innovative concept of the seat design in the wheelchair for persons with disabilities is discussed. The solution is presented as a CAD model as well as in the form of a real model. Additionally, prospects of consolidation of electronic actuators are shown providing for visualization of concepts and principles of operation. KEYWORDS: rapid prototyping (RP), additive manufacturing (AM), wheelchair for people with disabilities Projektowanie każdego urządzenia jest złożonym procesem, wymagającym od zespołów i osób w niego zaangażowanych współdziałania, począwszy od etapu opracowania koncepcji. Wynika to z faktu, że od przyjęcia poprawnych założeń i od sposobu przedstawienia proponowanego rozwiązania zależą kolejne etapy realizacji projektu. Sposób prezentacji i wizualizacji pomysłu (obrazy fotorealistyczne, wizualizacje 3D, animacje, model fizyczny itp.) może mieć bowiem duży wpływ na podejmowanie decyzji przez inwestorów. Wizualizacja przestrzenna -model trójwymiarowy i model fizyczny (wykonany np. w technologii przyrostowej), ukazujący zasadę działania urządzenia i umożliwiający zweryfikowanie poprawności przyjętych założeń konstrukcyjnych -zapewnia skuteczną komunikację pomiędzy współpracującymi zespołami projektantów, inwestorów, potencjalnych użytkowników itp. Wykorzystanie systemów CAD pozwala zwizualizować pomysł na wczesnym etapie, a modele CAD 3D są cennym źródłem informacji w procesie projektowania urządzenia -aż do wdrożenia go do produkcji.Efektywność całego procesu jest większa dzięki zastosowaniu metody design thinking. Sprzężenie zwrotne, zapewniające dostarczenie informacji zwrotnej od potencjalnego odbiorcy do projektanta jeszcze w fazie * Mgr inż. Paweł Fudali (pfudali@prz.edu.pl), dr hab. inż. Sławomir Miechowicz prof. PRz (smiechowicz@prz.edu.pl), dr inż. Tomasz Kudasik (tkudasik@prz.edu.pl) -Katedra Konstrukcji Maszyn, Wydział Budowy Maszyn i Lotnictwa Politechniki Rzeszowskiej prac koncepcyjnych, może pomóc w ograniczeniu kosztów i ryzyka popełnienia błędów. Jest to istotne zwłasz-cza w projektowaniu środków transportu indywidualnego dla osób z niepełnosprawnościami, mających specyficzne potrzeby, które konstruktor musi uwzględniać od samego początku [1,8]. Pojazd dla osoby z niepełnosprawnością z jednej strony musi być dostosowany do indywidualnych potrzeb użytkownika (spełniać wymagania ergonomii), a z drugiej -mieć na tyle uniwersalne funkcje i cechy użyt-kowe, by dało się ograniczyć koszty produkcji. W przypadku opracowywania urządzenia, które nie ma odpowiednika na rynku komercyjnym (i konstruktor nie może się bezpośrednio odnieść do istniejących rozwiązań), model trójwymiarowy i model fizyczny maj...
Przedstawiono proces przygotowywania modeli bryłowych do obliczeń wytrzymałościowych w programie Abaqus. Analizowany przypadek dotyczył kół zębatych przekładni stożko-wej. Zaproponowano wykorzystanie modeli uproszczonych z precyzyjnie określonym rozmieszczeniem elementów skoń-czonych. SŁOWA KLUCZOWE: MES, Abaqus, przekładnia stożkowa, koło zębate, ślad współpracyThe article presents the procedure of preparation of bevel gear solid models for strength analysis in Abaqus program. The case study concerns bevel gears transmission. Simplified models are suggested for application which offer precisely defined arrangement of the finite elements. KEYWORDS: FEM, Abaqus, bevel gears, gears, tooth contactObliczenia numeryczne przeprowadza się z wykorzystaniem modeli wirtualnych, które mogą powstać w programie CAD, mogą także być wynikiem zastosowania technik inżynierii odwrotnej. Modele będące podstawą analiz wytrzymałościowych z wykorzystaniem metody elementów skończonych mają często skomplikowane kształty. Stanowi to znaczne utrudnienie na etapie przygotowania obliczeń numerycznych oraz przy obróbce otrzymanych wyników [1,5]. Dlatego konstruktor musi zawsze ocenić model, analizując, czy można utworzyć siatkę elementów skończonych o odpowiednim rozmieszczeniu i wystarczającym zagęszczeniu w miejscach przewidywanych spię-trzeń naprężeń [3,4]. Jeśli jest to wskazane ze względu na ułatwienie obliczeń i nie wpływa na rezultaty, można zrezygnować z otworów lub wycięć na modelu. Gdy obciążenie ma charakter symetryczny, można ograniczyć obliczenia do powtarzającego się fragmentu konstrukcji.Analizowane koła zębate przekładni stożkowej również można poddać uproszczeniu i wykorzystać do obliczeń MES jedynie ich fragmenty. Ponieważ w przenoszeniu obciążenia bierze udział tylko kilka zębów, można "przyciąć" koła do fragmentów zaprezentowanych na rys. 1. Skrajne zęby modeli nie będą brane pod uwagę w obliczeniach; stanowią one jedynie usztywnienie konstrukcji. Tak przygotowany model będzie wymagał wielokrotnie mniejszej liczby elementów skończonych do poprawnej jego dyskretyzacji, co znacząco wpłynie na czas przeprowadzania obliczeń. Przygotowanie modeli do obliczeń numerycznych w programie AbaqusPrzygotowanie modeli do obliczeń numerycznych wymaga zdefiniowania parametrów materiałowych, warunków brzegowych, obciążeń i ustalenia powierzchni Rys. 1. Modele koła uproszczone na potrzeby obliczeń MES kontaktowych. Działania te przebiegały według standardowych procedur, określonych kolejnymi poleceniami w programie Abaqus.Ważną kwestią w przypadku przeprowadzanej analizy jest odpowiednie rozmieszczenie siatki elementów skoń-czonych na uproszczonych modelach przekładni stożko-wej. Rozmieszczenie węzłów siatki najłatwiej kontrolować na krawędziach, dlatego na powierzchniach modelu wprowadzono dodatkowe podziały. Przewidywany obszar współpracy zębów koła i zębnika, zgodnie z zaleceniami literaturowymi [3], znajduje się na środku szerokości zęba i jest odsunięty od krawędzi wierzchołków i stóp (rys. 2). Nowe krawędzie na powierzchni boku zęba...
Artykuł z XIII Forum Inżynierskiego ProCAx 2015Rys. 2. Parametry koła zębatego: d, d a , d f , d b -średnice: podziałowa, wierzchołków, stóp, zasadnicza; p -podziałka; s -grubość zęba na walcu podziałowym; φ, φ a , φ b - kąty środkowe na walcu: podziałowym, wierzchołków, zasadniczym; α -kąt zarysu; α a -kąt zarysu na walcu wierzchołków; inv α, inv α a -involuty kątów α i α a ; ζ a -kąt odwinięcia ewolwenty Rys. 1. Okno do definiowania momentu obciążającego koło Przedstawiono wybrane aspekty tworzenia aplikacji służącej do zautomatyzowania analiz przekładni zębatych z wykorzystaniem metody elementów skończonych. W tym celu opracowano skrypty, które rozszerzają możliwości programu Abaqus oraz znacznie ułatwiają i przyspieszają wykonywanie powtarzających się czynności. SŁOWA KLUCZOWE: przekładnia zębata, MES, AbaqusThe paper presents selected aspects of an application dedicated to have technical examination of gear transmissions using the finite element method performed in auto mode. Scripts were developed to extend applicability of Abaqus, which make the repetitive operations easier and faster to complete. KEYWORDS: gear, FEA, AbaqusAnaliza numeryczna z wykorzystaniem metody elementów skończonych dzieli się na etapy: definiowania parametrów symulacji - preprocessing oraz wyświetlania wyników -postprocessing. Przygotowanie modelu obliczeniowego do symulacji w programie Abaqus obejmuje zwykle [1]:• zaimportowanie modelu, • zdefiniowanie własności materiałowych oraz przypisanie ich do poszczególnych modeli, • zdefiniowanie obciążeń i utwierdzeń, • utworzenie siatki elementów skończonych, • określenie parametrów symulacji, • zdefiniowanie warunków kontaktu między elementami.W ramach prac badawczych opracowano szereg skryptów, które pozwoliły na stworzenie autorskiej aplikacji ułatwiającej i przyspieszającej wykonywanie powtarzają-cych się czynności podczas analizy przekładni zębatych [2]. Po uruchomieniu programu zostaje wyświetlone okno umożliwiające realizację kolejnych etapów przygotowania modelu do obliczeń. Na jednym z tych etapów definiuje się własności materiałowe -użytkownik w tym samym miejscu programu podaje parametry dotyczące zębnika i koła (przy założeniu, że materiał jest izotropowy), a po ich zatwierdzeniu następuje przypisanie właściwości materiałowych do odpowiednich modeli. W przypadku danych liczbowych wartości wpisuje się w odpowiednie pola. Sytuacja komplikuje się w przypadku oznaczania powierzchni, osi i punktów. Przykładowo, aby określić moment obrotowy na kole (rys. 1), użytkownik musi wskazać dwa punkty definiujące oś obrotu -trzeci punkt jest zaś niezbędny do automatycznego wygenerowania układu współrzędnych. Kąty obrotu koła zębatego będą określa-ne w tym lokalnym układzie współrzędnych. Mimo że zastosowanie omawianej aplikacji znacznie ułatwia i przyspiesza przygotowanie analizy numerycznej, to nadal są elementy, które można uprościć. Model przekładni w programie AbaqusAby uniknąć konieczności wskazywania powierzchni i punktów, postanowiono opracować generator modeli geometrycznych kół, któ...
scite is a Brooklyn-based organization that helps researchers better discover and understand research articles through Smart Citations–citations that display the context of the citation and describe whether the article provides supporting or contrasting evidence. scite is used by students and researchers from around the world and is funded in part by the National Science Foundation and the National Institute on Drug Abuse of the National Institutes of Health.
hi@scite.ai
10624 S. Eastern Ave., Ste. A-614
Henderson, NV 89052, USA
Copyright © 2024 scite LLC. All rights reserved.
Made with 💙 for researchers
Part of the Research Solutions Family.