Проверочный силовой расчет в АNSYS зубчатого зацепления

Большую часть зубчатых колес составляют колеса с упрочнением активных поверхностей (цементованные, поверхностно-закаленные, азотированные). Поэтому актуальным является анализ напряженно-деформированного состояния (НДС) зубьев этих колес на различных стадиях зацепления в областях, где напряжения могут достигать предельно-допустимых значений, с применением программного комплекса ANSYS. Упрочненный с поверхности зуб представляет собой биметаллическую конструкцию, в которой поверхность и сердцевина состоят из материалов с разными физико-механическими свойствами. Любое упрочнение поверхности обусловливает изменение НДС за счет остаточных напряжений, которые суммируются с напряжениями от внешней нагрузки и должны учитываться при расчете. При таком подходе к расчету становится понятным физическая модель и смысл расчета. В случае использования классических методов расчета свойства упрочняемых колес задаются коэффициентами, не учитывающими структуру и конкретные свойства упрочненного слоя и сердцевины. Исследовано значение и роль остаточных напряжений, а также их связь со структурой и свойствами цементуемой стали при определении допускаемых напряжений. Найдены касательные напряжения, по которым оценивается контактная прочность. Численные методы анализа, заложенные в программе ANSYS, дают несущественные расхождения в расчетах изгибной и контактной прочности и позволяют обходиться без эмпирических коэффициентов, используя стандартные характеристики механических свойств.

Литература

[1] ГОСТ 21354–87. Передачи зубчатые цилиндрические эвольвентные внешнего зацепления. Расчет на прочность. Москва, Издательство стандартов, 1988. 127 с.

[2] Остряков Ю.А., Шевченко И.В. Проектирование деталей и узлов конкурентоспособных машин. Санкт-Петербург, Изд-во «Лань», 2013. 336 с.

[3] Ражиков В.Н., ред. Курсовое проектирование деталей машин. Санкт-Петербург, Политехника, 2014. 700 с.

[4] Зинченко В.М. Инженерия поверхности зубчатых колес методами химико-термической обработки. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. 303 с.

[5] Радченко В.П., Саушкин М.Н. Ползучесть и релаксация остаточных напряжений в упрочненных конструкциях. Москва, Машиностроение–1, 2005. 226 с.

[6] Каратушин С.И., Спиридонов Д.В., Плешанова Ю.А. Остаточные напряжения в цилиндрических изделиях. Металловедение и термическая обработка металлов, 2013, № 6, с. 53–55.

[7] Зубченко А.С., ред. Марочник сталей и сплавов. Москва, Машиностроение, 2001. 672 с.

[8] Морозов Е.М., Зернин М.В. Контактные задачи механики разрушения. Москва, Книжный дом Либроком, 2010. 544 с.

[9] Карабасов Ю.С., ред. Сталь на рубеже столетий. Москва, МИСИС, 2001. 664 с.

[10] Терентьев В.Ф., Оксогоев А.А. Циклическая прочность металлических материалов. Новосибирск, изд-во НГТУ, 2001. 61 с.

[11] Берендеев Н.Н. Применение системы ANSYS к оценке усталостной долговечности. Нижний Новгород, НГУ им. Н.И. Лобачевского, 2006. 84 с.