Zvýšení únosnosti ozubení nad rámec standardně používaných řešení v rámci celého spektra zatížení zubů

Lukáš Klapetek

Doctoral thesis

Increasing the Loading Capacity of Gears Beyond the Standard Solutions Used in the Entire Spectrum of Tooth Loads

Abstract:

Předkládaná Disertační práce se zabývá optimalizací patní oblasti čelního ozubení za účelem zvýšení únosností ozubení vůči ohybovému napětí. Téma práce vychází z požadavku Škoda Auto a.s. Cílem této práce je zodpovědět některé otázky, které vyvstaly z každodenních konstrukčních úloh v rámci oddělení vývoje převodovek Škoda Auto. V úvodní kapitole se práce zabývá dosavadními poznatky v rámci nestandardních optimalizačních úloh, které mají za cíl zvýšení ohybové únosnosti ozubení. Byly zjištěny tři hlavní směry možného výzkumu, přičemž pro tuto práci je vybrán výzkum nestandardních tvarů patních přechodových křivek čelního ozubení s evolventním ozubením. Pro celou práci je zásadní zjistit nejen možné tvary křivek ale i jejich přínos z hlediska ohybového namáhání a zároveň vyrobitelnost ozubení s těmito křivkami pomocí efektivního způsobu odvalovacím způsobem. Tím je zajištěn možný přínos pro sériovou výrobu, která je u výrobce automobilů stěžejní. Správnost metody pro definici nástroje je zkontrolována jak teoreticky, tak prakticky na vyrobeném vzorku. Práce obsahuje kromě FEM výpočtů také analytické a numerické výpočty. To zahrnuje matematické vyjádření nestandardní patní křivky, která je k evolventnímu profilu zubu tečně připojena nebo vytvoření matematických rovnic pro definici tvaru nástroje pro danou patní křivku. V návaznosti na tyto úkony je vyvinut program pro definici tvaru nástroje. Jednotlivé nestandardní křivky jsou pevnostně srovnány jak mezi sebou ve variantách s různými počty zubů a různými úhly profilu, tak se standardními přechodovými křivkami a jsou zhodnoceny možné benefity těchto optimalizovaných variant.

Abstract:

The present dissertation deals with root fillet of spur gears to increase the loading capacity of gears against bending stress. The topic of the work is based on the request of Škoda Auto a.s. The target of this thesis is to answer some questions that arose from everyday design tasks within the Škoda Auto gearbox development department. In the introductory chapter, the thesis deals with the findings so far in the framework of non-standard optimization tasks, which aim to increase the load-bearing capacity of gearing. Three main directions of possible research were identified, while the research of non-standard shapes of the transition curves of front gearing with involute gearing was chosen. For the entire work, it is essential to find out not only the possible shapes of the curves and their contribution in terms of bending stress, but also their manufacturability using an effective method by hobing. This ensures a possible benefit for series production, which is crucial for the car manufacturer. The correctness of the tool definition method is checked both theoretically and practically on a manufactured sample. In addition to FEM calculations, the thesis also contains analytical and numerical calculations. This is for example, the mathematical expression of a non-standard curve that is tangentially connected to the tooth profile, or the creation of mathematical equations to define the shape of the tool for a given heel curve. As a follow-up to these actions, a program was created to define the shape of the tool. Individual non-standard curves were compared in terms of strength, both in variants with different numbers of teeth and different profile angles, and with standard transition curves, and the possible benefits of these optimized variants were evaluated.

Keywords

Přechodová křivka, ohybové napětí, lom zubu, ozubení, optimalizace

Keywords

Root fillet, bending stress, tooth breakage, gears optimalization

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 5. 6. 2024

Thesis defence

• Supervisor: Miloš Němček
• Reader: Pavel Maršálek, Miloš Müller, Gabriela Achtenová

VSB – Technical University of Ostrava

Fakulta strojní

Doctoral programme / field:
Strojní inženýrství / Stavba výrobních strojů a zařízení