hrvatski

Nastanak zamorne pukotine u korijenu zuba zupčanika s tankim vijencem

U radu je provedena trodimenzijska numerička analiza nastanka zamorne pukotine u korijenu strane zuba zupčanika na kojoj djeluje opterećenje. Usporedo je provedena i analiza najvećeg glavnog naprezanja. Predmet istraživanja su cilindrični zupčanici s tankim vijencem i vanjskim evolventnim ozubljenjem ravnim zubima. Istražen je utjecaj položaja diska, debljine vijenca, okretnog momenta te brzine vrtnje, odnosno centrifugalne sile. Najveće glavno naprezanje kao i njegovo mjesto u korijenu zuba određeni su primjenom elastične analize pomoću metode konačnih elemenata. Utjecaj slike nošenja uzet je u obzir modeliranjem kontakta između zubi u zahvatu. Numerički model je verificiran eksperimentalnim ispitivanjem pomoću metode tenzometrije, a iskorišten je i za određivanje povijesti stanja naprezanja u korijenu zuba zupčanika. U obzir je uzeta činjenica da se opterećenje prenosi s pogonskog na gonjeni zupčanik mijenjajući svoj pravac djelovanja, položaj i intenzitet zbog čega je stanje naprezanja neproporcionalno. Na osnovu poznatih cikličkih karakteristika materijala, potencijalno mjesto i vrijeme do nastanka zamorne pukotine određeni su numeričkim izračunom pomoću metode ovisnosti amplitude deformacije o vremenu do nastanka pukotine u kombinaciji s metodom kritične ravnine. Izračun je verificiran usporedbom s numeričkim i eksperimentalnim rezultatima drugih autora. Pokazano je da iznos i mjesto najvećeg glavnog naprezanja u korijenu zuba, kada opterećenje djeluje u vanjskoj točki jednostrukog zahvata, ovise o opterećenju, centrifugalnoj sili, debljini vijenca te položaju diska. Dobiveni rezultati odstupaju od istih izračunanih pomoću konvencionalnog proračuna. Potencijalno mjesto nastanka zamorne pukotine znatno se razlikuje od mjesta najvećeg glavnog naprezanja. Za analizirani materijal zupčanika, čelik C45E, ovisi o debljini vijenca i položaju diska. Životni vijek zupčanika s obzirom na nastanak zamorne pukotine, ovisi o opterećenju, debljini vijenca te položaju diska, dok centrifugalna sila, pri brzinama vrtnje karakterističnim za prijenosnike opće namjene, ima neznatan utjecaj na njega. Pretpostavkom da zamorna pukotina nastaje na mjestu najvećeg glavnog naprezanja čini se nekonzervativna greška u njegovom određivanju. Trajna dinamička čvrstoća korijena zuba zupčanika s tankim vijencem razlikuje od one kod punih zupčanika, a ovisi o debljini vijenca i položaju diska. Primjenom numeričkog modela te rezultata iz ovog rada može se pouzdanije i točnije procijeniti životni vijek te nosivost korijena zuba zupčanika s tankim vijencem.

zupčanik; tanki vijenac; zamor materijala; nastanak pukotine; najveće glavno naprezanje; MKE; metoda kritične ravnine

nije evidentirano