Výzkumné centrum spalovacích motorů a automobilů Josefa Božka - 5. kolokvium Josefa Božka 2009, Praha,

Výzkumné centrum spalovacích motorů a automobilů Josefa Božka - 5. kolokvium Josefa Božka 2009, Praha, 2. 12. – 3. 12. 2009 -

3. Mechanická převodová ústrojí

Obecné cíle 3.1 Výzkum vlastností čelních ozubených kol automobilových převodů.

(VŠB-TU)

3.2 Vývoj metodiky predikce pittingu na čelním ozubení automobilových převodovek. 3.2 Životnostní zkoušky, metodiky rozboru poškození a vývoj nových metodik pro popis pittingu simulací růstu trhliny metodou konečných prvků.

(ČVUT)

3.3 Výzkum metod pro simulaci zatížení dílů převodů automobilů.

(VŠB-TU)

3.4 Výzkum metod posuzování deformací části automobilových převodů.

(VŠB-TU)

Řešené dílčí etapy 3.1 Výzkum vlastností čelních ozubených kol automobilových převodů ... pokračování bodu 3.1.3 3.3 Výzkum metod pro simulaci zatížení dílů převodů automobilů ... pokračování bodu 3.3.4 3.4 Výzkum metod posuzování deformací části automobilových převodů ... pokračování bodu 3.4.2 1M6840770002

Str. 1

Vladimír Moravec, VŠB-TU Ostrava, Ostrava


3. Mechanická převodová ústrojí 3.1.1 Optimalizace geometrických parametrů ozubení s prodlouženým trváním záběru (HCR) a s modifikacemi pro použití v automobilových převodovkách z hlediska účinnosti a hluku (2006-2008).

Postup řešení a příklady dílčích výsledků • Práce soustředěna na zpracování programového vybavení, umožňujícího návrh soukolí HCR. Zpracovány a využívány tyto programy (autor prof. Němček): Geometrie – komplexní geometrická kontrola čelních (vnějších i vnitřních) a kuželových kol (s přímými a šikmými zuby) s libovolným základním profilem. Kontrola záběrových parametrů. Součástí jsou i základní výpočty (předepsaná vzdálenost os, vyrovnané skluzy, zaoblení paty atd.) Výpočet všech kontrolních rozměrů pro čelní kola. Profil – přesné vykreslování zvoleného počtu zubů obou kol v záběru včetně přechodových křivek pro čelní ozubená kola (vnější i vnitřní). Lze sledovat záběrové pole, plynule zvětšovat i zmenšovat obraz, přesouvat i rotovat s koly. 1M6840770002

Str. 2



3. Mechanická převodová ústrojí 3.1.1 Optimalizace geometrických parametrů ozubení s prodlouženým trváním záběru (HCR) a s modifikacemi pro použití v automobilových převodovkách z hlediska účinnosti a hluku (2006-2008). DMK – interaktivní vykreslování diagramů mezních korekcí (tzv. blokujících obrysů) pro čelní ozubená kola. Jediný software svého druhu v oboru.

ČSNw – pevnostní kontrola, zjednodušená i úplná, čelních (vnějších a vnitřních) ozubených kol podle ČSN 01 4686. Využití v etapách 3.1.2 a 3.1.3. Programové vybavení je využíváno ve firmách TATRA a.s., Kopřivnice, TOS Znojmo, a.s., DEPRAG CS, a.s., Lázně Bělohrad, zpracovány a zveřejněny postupy a metody pro navrhování nestandardních tvarů zubů včetně HCR (např. zpráva „Evolventní čelní soukolí s prodlouženým trváním záběru (High Contact Ratio – HCR)“, článek v časopise MECCA № 1+2 / 2006, přednášky na konferencích a jiné. 1M6840770002

Str. 3



3. Mechanická převodová ústrojí 3.1.1 Optimalizace geometrických parametrů ozubení s prodlouženým trváním záběru (HCR) a s modifikacemi pro použití v automobilových převodovkách z hlediska účinnosti a hluku (2006-2008). • Nově vypracován program pro identifikaci neznámých ozubených kol.

Možnost využití pro hodnocení ozubených kol automobilních převodovek v etapě 3.1.2.

1M6840770002

Str. 4



3. Mechanická převodová ústrojí 3.1.2 Rešerše a analýza provedení mechanických převodů předních evropských výrobců z hlediska geometrie, modifikací, přesnosti a deklarovaných dimenzí (2005-2008) Přehled řešených převodovek osobních automobilů

Typ A 1M6840770002

Typ B

Typ C Str. 5



3. Mechanická převodová ústrojí 3.1.2 Rešerše a analýza provedení mechanických převodů předních evropských výrobců z hlediska geometrie, modifikací, přesnosti a deklarovaných dimenzí (2005-2008) Výsledky rozborů vlastností převodovek osobních automobilů

Hlavní poznatky z rozborů

užití HCR soukolí u soukolí 2. ... 5. převodového stupně, trvání záběru profilu εα = 1,7 ... 2,2 a trvání záběru krokem εβ = 1,1 ... 1,4 a 1,6 ... 2, měrné skluzy v patách zubů se vyskytují převážně v rozmezí -2 ... -3 a jsou většinou vyrovnané, tloušťky zubů na hlavách pastorků se pohybují převážně v rozmezí 0,5 ... 0,8 mm, ozubená kola jsou převážně ševingovaná s poměrně značnou plynulou modifikací evolventy i boční křivky, často se vyskytuje i asymetrická úhlová modifikace (různý úhel šroubovice na tažné a zpětné straně zubu), přesnost ševingovaných soukolí se pohybuje u všech sledovaných úchylek v rozmezí 5 ... 9 třídy přesnosti podle DIN 3960, resp. ISO 1328 broušená kola se vyskytují jen zřídka a vždy v souvislosti s neobvyklým tvarem těles ozubených kol.

1M6840770002

Str. 6



3. Mechanická převodová ústrojí 3.1.2 Rešerše a analýza provedení mechanických převodů předních evropských výrobců z hlediska geometrie, modifikací, přesnosti a deklarovaných dimenzí (2005-2008) V roce 2009 provedeny rozbory dvou převodovek zahraničního původu pro střední nákladní automobil (T810 – výrobce TATRA a.s.). Rozbor byl proveden v rámci diplomových prací.

Trčka, M.: Konstrukční rozbor reálné převodovky středního nákladního automobilu. Ostrava: VŠB-TU Ostrava, 2009, Diplomová práce. (Výrobce ZF).

Grydil, J.: Konstrukční rozbor reálné přídavné dvoustupňové převodovky nákladního automobilu. Ostrava: VŠB-TU Ostrava, 2009, Diplomová práce. (Dvoustupňová převodovka s diferenciálem 2:1 – výrobce Steyer)

1M6840770002

Str. 7



3. Mechanická převodová ústrojí 3.1.3 Vývoj metody posuzování únosnosti ozubených kol automobilových převodů úpravou dosud užívaných standardů a s využitím metody konečných prvků

Postup řešení a příklady dílčích výsledků • Provedeno porovnání výsledků pevnostních výpočtů podle ISO a DIN metodami B a C Stanovení směrodatné obv. síly Ft

Stanovení součinitelů přídavných zatížení KA, KFV, KHα, KHβ, KFα, KFβ

Výpočet napětí v ohybu σF

v dotyku σH

Přípustné hodnoty v ohybu

σFP

v dotyku

σHP

B

Přednost se dává stanovení ze spektra zatížení nebo podle metody C

Definované výpočtové postupy.

Definovaný výpočtový postup pro sílu ve vnějším bodě osamělého záběru.

Výpočetní postupy pro sílu v pólu nebo ve vnějším bodě osamělého záběru.

Z hodnot σFlim a σHlim s uvážením všech definovaných součinitelů.

C

Jmenovité zatížení nebo maximální provozní zatížení při nejčastějších provozních podmínkách.

Kvalifikovaný odhad nebo zjednodušený výpočet.

Síla na hlavě zubu – zjednodušená metoda

Výpočetní postupy pro sílu v pólu nebo ve vnějším bodě osamělého záběru..

Zjednodušený postup podle B s případným zanedbáním definovaných součinitelů.

1M6840770002

Str. 8




Postup řešení a příklady dílčích výsledků • Zpracovány programy pro pevnostní výpočty PROFILDATA – jednoduchá tvorba přesného datového souboru pro vstup MKP výpočtů nebo přesné vykreslování čelních ozubení (vnějších i vnitřních). Pro rovinný i 3D model. Je možno volit hustotu bodů na boku zubu i na přechodové křivce. Rovněž je možné zadávat boční vůli. Výstupem je ASCII datový soubor pro libovolný počet zubů. ŽIVOT – výpočty životnosti pro základní díly automobilových převodů (ozubená kola, hřídele aj.). Výpočty probíhají podle zvolené hypotézy kumulace poškození. Vstup možný přes přímé zadání spektra (až 20 hladin) nebo lze toto spektrum vypočítat. Zobrazuje výsledky v tabulce nebo graficky.

1M6840770002

Str. 9



3. Mechanická převodová ústrojí 3.1.3 Vývoj metody posuzování únosnosti ozubených kol ....... Program pro automatizaci výpočtu v programu Ansys Definice geometrie ozubení, materiálů, polohy (nebo více poloh) záběru a zatížení

Vytvoření výpočetního souboru (nebo souborů pro více poloh) – (preprocessing)

Výpočet (solving) a následný postprocessing

Výsledky: • rozložení síly v průběhu záběru • tuhost zubů • ohybové napětí • napětí v dotyku

1M6840770002

Str. 10



3. Mechanická převodová ústrojí 3.1.3 Vývoj metody posuzování únosnosti ozubených kol ....... Příklad řešení pro soukolí HCR v záběru pro ohyb a dotyk.

Dotyk zubů

Ohyb zubů (první hlavní napětí v patě zubu)

σ O1 ,MKP

Porovnání jednotlivých ohybových DIN met.B napětí MKP Geometrické parametry

Jednotkové napětí [MPa]

Rozdíl [%]

Počet zubů z

Průměr hlavy zubu da [mm]

Průměr dotyku čelisti dc [mm]

σ1FOP

σ1OMKP

52

216

211,7

0,0510

0,0480

+6,2

70

288

283,3

0,0459

0,0433

+5,9

1M6840770002

Str. 11

σ O1 ,MKP




Dosažené výsledky a výstupy nabízené pro praxi • Moravec, V., Dejl, Z., Němček, M., Folta, Z., Havlík, J.: Čelní ozubená kola v převodovkách automobilu. Vydavatelství Montanex, a.s., Ostrava, 2009. ISBN 978-80-7225-304-3 • Havlík, T.: Výpočet napjatosti různých tvarů nestandardních ozubených soukolí metodou konečných prvků. Ostrava: VŠB-TU Ostrava, 2009. Habilitační práce. • Němček, M.: Identifikace neznámých ozubených kol. In: Transactions of the Universities of Košice, 2009. ISSN 1335-2393. • Němček, M., Dejl, Z.: New Method of a Calculation of Equidistant Coordinates of an Involute Tooth Profile for FEM Calculations of Gear. Proceedings on CD, 8 stran. In: Proceesings of the ASME 2009 Internatiopnal Design Engineering Technical Conferences IDETC/CIE 2009. San Diego, USA. ISBN 978-0-7918-3856-3. • Soubory programů – viz kapitola 3.1.1 a 3.1.3. • Český překlad normy DIN 3990 – část 41: Výpočet únosnosti čelních ozubených kol. Uživatelská norma pro navrhování automobilních převodů. 1M6840770002

Str. 12




Další postup řešení • Optimalizace geometrických parametrů a pevnostních výpočtů ozubených kol automobilních převodovek zahrnující reálné provozní podmínky. • Kinematické a geometrické vazby automobilních diferenciálů a pevnostní výpočty jejich ozubení.

1M6840770002

Str. 13



3. Mechanická převodová ústrojí Výsledky etapy 3.1.3 Vývoj metody posuzování únosnosti ozubených kol automobilních převodů ... Příklad řešení napjatosti ozubení v ohybu a dotyku pro soukolí s vysokým trváním záběru (εα = 2,006).

Dotyk zubů 1M6840770002

Ohyb zubů (první hlavní napětí v patě zubu) Str. 14



3. Mechanická převodová ústrojí Phase results 3.1.3 Development of the assessment method of automotive tooth wheels ... An example of solution of a gearing stress state in bending and in contact with high contact ratio (εα = 2,006).

Contact stress of teeth 1M6840770002

Bending of teeth (the first main stress in dedendum) Str. 15


Výzkumné centrum spalovacích motorů a automobilů Josefa Božka - 5. kolokvium Josefa Božka 2009, Praha,

Recommend Documents