• شماره ركورد
    25021
  • شماره راهنما
    MEC3 28
  • عنوان

    محاسبه سفتي درگيري چرخ دندهاي مخروطي اينولوت كروي با روش هاي تحليلي و تجربي

  • مقطع تحصيلي
    دكتري
  • رشته تحصيلي
    مهندسي مكانيك- طراحي كاربردي شاخه تخصصي مكانيك جامدات
  • دانشكده
    فني و مهندسي
  • تاريخ دفاع
    1404/06/31
  • صفحه شمار
    100 ص.
  • استاد راهنما
    مهرداد پورسينا
  • كليدواژه فارسي
    چرخ دنده مخروطي , مثلثات كروي , اينولوت كروي , معادلات نپر , سفتي درگيري , روش تحليلي , روش تجربي , روش اجزا محدود
  • چكيده فارسي
    چرخ¬دنده¬هاي مخروطي با پروفيل¬هاي اينولوتي و اكتوئيدال، رايج¬ترين نوع چرخ¬دنده¬هاي مخروطي هستند. چرخ¬دنده¬هاي اينولوت كروي با توجه به ويژگي¬هاي ممتاز مانند عدم حساسيت به خطاهاي انتقال و تغيير زاويه شافت به¬زودي مرجع ساخت چرخ¬دنده¬هاي مخروطي قرار خواهند گرفت. مدل سازي چرخ-دنده¬هاي مخروطي كروي با توجه به هندسه پيچيده، چالش اصلي در طراحي آن¬ها شناخته شده است. در اين پژوهش ابتدا، با تكيه بر هندسه دندانه و استخراج معادلات نپر در سيستم مثلثات كروي و حل¬ عددي آن¬ها، تمام زوايه¬هاي مربوط به هندسه محاسبه گرديد. سپس با استفاده از روابط اينولوت كروي و زاويه¬هاي محاسبه شده، يك سيستم چرخ¬دنده شامل چرخ¬دنده راننده و رانده شده از جنس پلي لاكتيك اسيد (PLA) به¬عنوان مدل اوليه و سي كا 45 به¬عنوان مدل نهايي، طراحي و ساخته شد. در پژوهش حاضر، سفتي درگيري سيستم چرخ¬دنده با سه روش تحليلي بر اساس تئوري كوپلينگ و تقسيم دندانه به اجزا كوچك، روش تجربي و روش اجزا محدود محاسبه گرديد كه هر روش نوآوري¬هايي به¬همراه داشت. با تحليل نتايج قسمت اول، رابطه معناداري بين افزايش زاويه قطبي و افزايش زاويه ازيموتال مشاهده مي¬شود به-گونه¬اي كه در زوايه مخروط گام 60 درجه با افزايش 8 درجه زاويه¬اي قطبي، زاويه ازيموتال حدود 50 درصد افزايش مي¬يابد. نتايج نشان مي¬دهد كه زاويه مخروط گام تأثير مهمي بر شكل منحني اينولوت كروي دارد، بنابراين انتخاب آن زاويه از اهميت ويژه¬اي برخوردار است. علاوه بر اين، افزايش زاويه مخروط گام، انحناي سطوح جانبي را كاهش و فرآيند ساخت را تسهيل مي¬كند. از سوي ديگر، كاهش زاويه فشار منجر به مسطح شدن سطوح جانبي دندانه شده و شكل دندانه شبيه به دندانه¬هاي اكتوئيدال مي¬شود. تغيير شعاع كره تاثيري بر شكل دندانه ندارد و فقط اندازه دندانه تغيير مي¬كند. در تحليل نتايج قسمت دوم، سفتي درگيري براي شرايط بارگذاري مختلف تعيين و بررسي شد كه در همه بارگذاري¬هاي مفروض، روند تغييرات سفتي درگيري مشابه بود. نتايج نشان مي¬دهد، با تغيير هندسه دندانه از اينولوت صفحه¬اي به نوع كروي، سفتي درگيري 4 درصد افزايش مي¬يابد. همچنين افزايش سفتي درگيري با افزايش زاويه فشار و نسبت تماس مشاهده گرديد. در نمونه¬هاي مورد بررسي با افزايش زاويه فشار از 14 تا 25 درجه، مقدار سفتي درگيري، 23 درصد افزايش يافت. انطباق مناسب نتايج محاسبه سفتي درگيري با روش¬هاي پيشنهادي موجود در پژوهش، مويد نتايج به¬دست آمده است. در قسمت پاياني، نسبت تماس و همچنين الگوي تماس با كمك دستگاه آزمون تجربي تعيين گرديد و نتايج حاصل با روش اجزا محدود اعتبار سنجي شد.
  • كليدواژه لاتين
    Bevel Gears , Spherical Trigonometry , Spherical Involute , Napier’s Equations , Numerical Method , Contact Pattern , Mesh stiffness
  • عنوان لاتين
    Analytical an‎d experimental calculation of spherical involute bevel gears mesh stiffness
  • گروه آموزشي
    مهندسي مكانيك
  • چكيده لاتين
    Bevel gears with involute an‎d octoidal profiles are the most commonly used types in gear design. Due to their superior characteristics, such as insensitivity to transmission errors an‎d shaft angle variations, spherical involute bevel gears are expected to become the stan‎dard reference in bevel gear manufacturing. However, modeling spherical bevel gears remains a major design challenge due to their complex geometry. In this study, the geometry of the gear tooth was first analyzed by deriving Napier’s equations within the framework of spherical trigonometry an‎d solving them numerically to calculate all relevant geometric angles. Based on the computed angles an‎d the relationships governing spherical involute geometry, a gear system consisting of a driver an‎d driven gear was designed an‎d fabricated using polylactic acid (PLA) for the prototype an‎d CK45 steel for the final model. The gear mesh stiffness was eva‎luated using three distinct approaches: an analytical method based on coupling theory an‎d tooth segmentation, an experimental method, an‎d a finite element method (FEM). Each approach introduced novel insights. Analysis of the first part revealed a significant correlation between the increase in polar angle an‎d azimuthal angle, specifically, at a pitch cone angle of 60°, an 8° increase in polar angle resulted in a 50% rise in azimuthal angle. The results indicate that the pitch cone angle plays a critical role in shaping the spherical involute curve, making its selec‎tion highly important. Moreover, increasing the pitch cone angle reduces the curvature of the flank surfaces, thereby simplifying the manufacturing process. Conversely, decreasing the pressure angle flattens the flank surfaces, making the tooth profile resemble that of octoidal gears. Changes in the sphere radius affect only the tooth size, not its shape. In the second part of the analysis, mesh stiffness was determined under various loading conditions, showing consistent trends across all cases. Transitioning the tooth geometry from planar involute to spherical involute led to a 4% increase in mesh stiffness. Additionally, mesh stiffness was found to increase with higher pressure angles an‎d contact ratios. For instance, increasing the pressure angle from 14° to 25° resulted in a 23% rise in mesh stiffness. The consistency between the calculated stiffness values an‎d the proposed methods validates the findings. Finally, contact ratio an‎d contact pattern were determined using the experimental test rig an‎d validated through finite element analysis, showing strong agreement between experimental an‎d numerical results.
  • تعداد فصل ها
    8
  • استاد مشاور خارج از دانشگاه
    محسن رضائي
  • فهرست مطالب pdf
    146148
  • نويسنده

    سلمانيان مباركه، عليرضا