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

Transkript

1 Obecné cíle 3.1 Výzkum vlastností čelních ozubených kol automobilových převodů. 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. 3.3 Výzkum metod pro simulaci zatížení dílů převodů automobilů. 3.4 Výzkum metod posuzování deformací části automobilových převodů. (VŠB-TU) (ČVUT) (VŠB-TU) (VŠB-TU) Řešené dílčí etapy 3.1 Výzkum vlastností čelních ozubených kol automobilových převodů... pokračování bodu Výzkum metod pro simulaci zatížení dílů převodů automobilů... pokračování bodu Výzkum metod posuzování deformací části automobilových převodů... pokračování bodu M Str. 1 Vladimír Moravec, VŠB-TU Ostrava, Ostrava

2 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 ( ). 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. 1M Str. 2 Vladimír Moravec, VŠB-TU Ostrava, Ostrava

3 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 ( ). 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 Využití v etapách a 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. 1M Str. 3 Vladimír Moravec, VŠB-TU Ostrava, Ostrava

4 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 ( ). Nově vypracován program pro identifikaci neznámých ozubených kol. Možnost využití pro hodnocení ozubených kol automobilních převodovek v etapě M Str. 4 Vladimír Moravec, VŠB-TU Ostrava, Ostrava

5 3.1.2 Rešerše a analýza provedení mechanických převodů předních evropských výrobců z hlediska geometrie, modifikací, přesnosti a deklarovaných dimenzí ( ) Přehled řešených převodovek osobních automobilů Typ A Typ B Typ C 1M Str. 5 Vladimír Moravec, VŠB-TU Ostrava, Ostrava

6 3.1.2 Rešerše a analýza provedení mechanických převodů předních evropských výrobců z hlediska geometrie, modifikací, přesnosti a deklarovaných dimenzí ( ) Výsledky rozborů vlastností převodovek osobních automobilů Hlavní poznatky z rozborů užití HCR soukolí u soukolí převodového stupně, trvání záběru profilu ε α = 1,7... 2,2 a trvání záběru krokem ε β = 1,1... 1,4 a 1,6... 2, měrné skluzy v patách zubů se vyskytují převážně v rozmezí 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 třídy přesnosti podle DIN 3960, resp. ISO 1328 broušená kola se vyskytují jen zřídka a vždy v souvislosti s neobvyklým tvarem těles ozubených kol. 1M Str. 6 Vladimír Moravec, VŠB-TU Ostrava, Ostrava

7 3.1.2 Rešerše a analýza provedení mechanických převodů předních evropských výrobců z hlediska geometrie, modifikací, přesnosti a deklarovaných dimenzí ( ) 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) 1M Str. 7 Vladimír Moravec, VŠB-TU Ostrava, Ostrava

8 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 F t Stanovení součinitelů přídavných zatížení K A, K FV, K Hα, K Hβ, K Fα, K Fβ Výpočet napětí v ohybu σ F v dotyku σ H v ohybu σ Přípustné hodnoty σ FP v dotyku σ σ HP 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 σ Flim a σ Hlim 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. 1M Str. 8 Vladimír Moravec, VŠB-TU Ostrava, Ostrava

9 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 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. 1M Str. 9 Vladimír Moravec, VŠB-TU Ostrava, Ostrava

10 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 1M Str. 10 Vladimír Moravec, VŠB-TU Ostrava, Ostrava

11 3.1.3 Vývoj metody posuzování únosnosti ozubených kol... Příklad řešení pro soukolí HCR v záběru pro ohyb a dotyk. Porovnání jednotlivých ohybových napětí DIN met. MKP B Dotyk zubů Ohyb zubů (první hlavní napětí v patě zubu) 1 σ O,MKP Geometrické parametry Jednotkové napětí [MPa] Rozdíl [%] Počet zubů z Průměr hlavy Průměr dotyku σ 1 FOP σ 1 OMKP 1 σ O,MKP zubu d a [mm] čelisti d c [mm] ,7 0,0510 0, , ,3 0,0459 0, ,9 1M Str. 11 Vladimír Moravec, VŠB-TU Ostrava, Ostrava

12 3.1.3 Vývoj metody posuzování únosnosti ozubených kol automobilových převodů úpravou dosud užívaných standardů a s využitím metody konečných prvků 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, ISBN Havlík, T.: Výpočet napjatosti různých tvarů nestandardních ozubených soukolí metodou konečných prvků. Ostrava: VŠB-TU Ostrava, Habilitační práce. Němček, M.: Identifikace neznámých ozubených kol. In: Transactions of the Universities of Košice, ISSN 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 San Diego, USA. ISBN Soubory programů viz kapitola a Český překlad normy DIN 3990 část 41: Výpočet únosnosti čelních ozubených kol. Uživatelská norma pro navrhování automobilních převodů. 1M Str. 12 Vladimír Moravec, VŠB-TU Ostrava, Ostrava

13 3.1.3 Vývoj metody posuzování únosnosti ozubených kol automobilových převodů úpravou dosud užívaných standardů a s využitím metody konečných prvků 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. 1M Str. 13 Vladimír Moravec, VŠB-TU Ostrava, Ostrava

14 Výsledky etapy Vývoj metody posuzování únosnosti ozubených kol automobilních převodů... Příklad řešení napjatosti ozubení v ohybu a dotyku pro soukolí s vysokým trváním záběru (ε α = 2,006). Dotyk zubů Ohyb zubů (první hlavní napětí v patě zubu) 1M Str. 14 Vladimír Moravec, VŠB-TU Ostrava, Ostrava

15 Phase results 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 (ε α = 2,006). Contact stress of teeth Bending of teeth (the first main stress in dedendum) 1M Str. 15 Vladimír Moravec, VŠB-TU Ostrava, Ostrava