Comparative Evaluation of Calculated and Experimental Data on the Stress-Strain Condition of Cylindrical Gearwheel Arc Teeth

Abstract

Зубчатые передачи с круговой (арочной) формой зуба обладают повышенной нагрузочной способностью, а также способностью к самоустановке в условиях нежестких корпусов. По этой причине они являются более предпочтительными в тяжелонагруженных трансмиссиях тяговых машин. Выполненные ранее исследования позволяют определять оптимальную геометрию поверхностей арочных зубьев, обеспечивающую максимальную контактную выносливость передач в заданных условиях эксплуатации. Но для передач, зубья которых подвергнуты термоупрочнению, наиболее важным критерием становится изгибная прочность зубьев, оцениваемая по напряжениям растяжения в корне зуба.Проведен конечно-элементный анализ напряженно-деформированного состояния арочного зуба передачи локомотива в программном комплексе ANSYS при его нагружении в вершине с распределенной нагрузкой, полученной из решения контактной задачи аналитическим методом. Проведены расчеты суммарных перемещений и главных напряжений, характеризующих растяжения в металле и отвечающих за появление и рост усталостных трещин, для двух вариантов нагружения – с выпуклой и вогнутой сторон зуба. Рассмотрено сопоставление результатов конечно-элементного анализа и данных тензометрирования арочных зубьев в виде напряжений в корне зуба на сжатой и растянутой сторонах. Показано их хорошее согласование: максимальное расхождение между показаниями тензорезисторов и растягивающими напряжениями, усредненными по базе тензорезисторов, составило 11,22 %. Вследствие данного усреднения фактические напряжения в корне зуба могут оказаться выше, что следует принимать во внимание при дальнейших исследованиях изгибной прочности и надежности зубчатых передач. Для более полной картины распределения деформаций и напряжений в проектируемых деталях будет более рациональным проводить оба исследования – и компьютерное моделирование, и стендовые испытания натурных образцов, а затем – согласование их результатов.