Ghid.13.1.3

Mogan Gh.L., Butilă E.V., Buzdugan I.D. Proiectarea reductoarelor conico-cilindrice. Universitatea Transilvania din Braşov

Ghid.13.1.3 Verificare arbori intermediari ai RConCil cu FEA (ANSYS)

1. SCHEME DE ÎNCĂRCARE A ARBORELUI INTERMEDIAR

1.1 Schema forţelor de încărcare a arborelui intermediar al RConCil HH

1.2 Schema forţelor de încărcare a arborelui intermediar al RConCil HV

1.3 Schema forţelor de încărcare a arborelui intermediar al RConCil VH

1.4 Schema forţelor de încărcare a arborelui intermediar al RConCil VV

2. DATE DE INTRARE

Modelul FEA, conform ANSYS

- pentru variantele HH și VV

- pentru variantele HV și VH

Date necesare

- Coordonatele punctului de aplicație a forțelor care acționează asupra roții conice (0, d_m2/2, -L_c) unde, d_m2 reprezintă diametrul mediu al roții conice (Ex.6.1.1), L_c - distanţa de la conul suplimentar mediu al roţii conice, unde acţionează forţele din angrenaj (secţiunea mediană), la suprafaţa de rezemare a acesteia pe arbore (modele de mai sus); se determină prin măsurare din modelul 3D al roţii conice.

- Coordonatele punctului de aplicație a forțelor care acționează asupra pinionului cilindric: (0, - d_w1/2, b₁/2), pentru variantele HH și VV; (d_w1/2, 0, b₁/2), pentru variantele HV și VH; d_w1 și b₁ reprezintă diametrul de rostogolire și respectiv lungimea pinionului cilindric (Ex.6.2.1).

- Forţele de încărcare a roţii conice: tangenţială, ; radială, ; axială, (Ex.7.2).

- Forţele de încărcare a roţii cilindrice: tangenţială, ; radială, ; axială, (Ex.7.2).

- Caracteristicile materialului: E = 2 . 10¹¹ Pa, modulul de elasticitate al materialului după tratamentul termic; υ = 0,3 – coeficientul Poisson (aceste valori sunt setate implicit de modulul Workbanch ANSYS); rezistența la curgere σ_c (Ex.4.2.1); coeficientul de siguranță admisibil pentru solicitările de rezistență, c_a = 1,5…2.

Obs. Modelele de analiză din figurile de mai sus conțin și reazemele: R1 și R2 care simulează rulmenții (permit rotirea arborelui în jurul axelor acestora și R3 care asigură fixarea spațială (anulează deplasările de translație și de rotație în jurul axei proprii)

3. LANSAREA APLICAŢIEI

Deschiderea modelului 3D (de tip CATPart) și salvarea acestuia ca fișier igs sau stp în CATIA

[se va activa din folderul cu modele 3D CATIA cu ¿ aplicația ] ® ¿ ® ¿ ®: [se va selecta în caseta calea și folderul în care se va salva], [se va selecta în lista tipul fișierului, sau ], [se va introduce în caseta denumirea Arbore intermediar cu pinion cilindric], ¿.

Deschiderea mediului Workbanch (ANSYS)

¿ ® [se deschide fereastra ]: [se va selecta din fereastra , grupul de aplicații ¿ și modulul ¿¿], [apare ferestera în care apare proiectul A, dezvoltat anterior, cu modulele componente]:

Încărcare model geometric

® ¿ ® ¿ [se va selecta folderele căii și fișierul ] (se evidențiază încărcarea modelului prin apariția unei bife, )

Salvarea modelului

¿ ® ¿ ® : [se va selecta folderele căii unde se va salva], [se va introduce în caseta denumirea Arbore intermediar cu pinion cilindric HH/HV/VH/VV păstrând tipul .wpj implicit], ¿

4. PREPROCESARE DATELOR ÎN WORBANCH (ANSYS)

(Anexa.13.1.3.1 Descrierea modulului WORKBANCH ANSYS)

Modelul geometric

Încărcarea modulului DesignModeler
¿¿ ® apare fereastra ® ¿, apare modelul geometric:

Modificare unitate de măsură lungimi

¿ ® ¿ (se modifică bara de dimensiuni).

Discretizarea modelului

Încărcarea modulului DesignModeler

¿ (din bara aplicațiilor) ® : (aplicația A), ¿¿, apare fereastra, , cu modelul cu elemente finite:

Discretizare automată

: ® ¿ (apare modelul cu elemente finite)

Modificare discretizare

: ¿, [se va activa caracteristica , ¿ unde implicit este (grosier)], [se va selecta din lista asociată ¿ (mediu) sau ¿ (fin)] ® ¿ (din bara Mesh)

Obs. În cazul variantei de dicretizare (fin) dimensiunea (numărul de elemnete) modelului cu elemnte finite ste mărită și timpul de rezolvarea a modelului este mai mare, dar există certitudinea unor erori mai mici ale rezultatelor.

Modelarea constrângerilor

Modelarea constrângerilor induse de rulmenți

¿® ¿ ® ¿ ® : [se va activa caracteristica,

¿], (¿) [se vor selecta cu Ctrl+¿ suprafețele (pe care se montează rulmentul din stânga, fig. a)], ¿ (apare modelul cu constrângerea marcată, fig. c).

¿® ¿ ® ¿ ® : [se va activa caracteristica,

¿], (¿), [se vor selecta cu Ctrl+¿ suprafețele (pe care se montează rulmentul din dreapta, fig. b)], ¿ (apare modelul cu constrângerea marcată, fig. d).

a b

c d

Modelarea constrângerii de fixare spațială (pentru anularea mișcării de rigid liber)

¿® ¿ ® ¿ ® : [se va activa caracteristica,

¿], (¿), [se vor selecta cu ¿ suprafața frontal (fig. a)], ¿ .

[se va activa caracteristica, ¿], [se vor selecta cu ¿ opțiunea și se va selecta din lista asociată opțiunea ]

[se introduce în casetele associate , , , , valori nule ale deplasărilor 0, 0, 0, 0] , (apare modelul cu forța rezultantă marcată, fig. b),

Modelarea încărcărilor

Modelarea încărcărilor în zona roții conice

¿® ¿ ® ¿ ® ¿ ®:

[se va activa caracteristica, ¿], [se vor selecta cu ¿ suprafațele (trei) de contact cu pana paralelă (fig. a)],

¿ ;

[se introduce în casetele associate , , valorile coordonatelor: 0, d_m2/2, -L_c] , (apare modelul cu punctul marcat, fig. b);

[se va activa caracteristica, ¿], [se vor selecta cu ¿ opțiunea și se va selecta din lista asociată opțiunea ]

[se introduce în casetele associate , valorile forțelor: , ] , (apare modelul cu forța rezultantă marcată, fig. b),

Obs. După finalizarea introducerii datelor fereastra are structura:

Modelarea încărcărilor în zona pinionului cilindric

- pentru variantele HH și VV

¿® ¿ ® ¿ ® ¿ ®:

[se va activa caracteristica, ¿], [se va selecta cu ¿ suprafața unui dinte opus canalului de pană (fig. a)],

¿ ;

[se introduce în casetele associate , , valorile coordonatelor: 0, -d_w1/2, b₁/2] , (apare modelul cu punctul marcat, fig. b);

[se va activa caracteristica, ¿], [se vor selecta cu ¿ opțiunea și se va selecta din lista asociată opțiunea ]

[se introduce în casetele associate , , valorile forțelor: , , ] , (apare modelul cu forța rezultantă marcată, fig. b).

Obs. După finalizarea introducerii datelor fereastra are structura:

Fereastra principală după introducerea constrângerilor și încărcărilor

- pentru variantele HV și VH

¿® ¿ ® ¿ ® ¿ ®:

[se va activa caracteristica, ¿], [se va selecta cu ¿ suprafața unui dinte opus canalului de pană (fig. a)],

¿ ;

[se introduce în casetele associate , , valorile coordonatelor: d_w1/2, 0, b₁/2] , (apare modelul cu punctul marcat, fig. b);

[se va activa caracteristica, ¿], [se vor selecta cu ¿ opțiunea și se va selecta din lista asociată opțiunea ]

[se introduce în casetele associate , , valorile forțelor: , , ] , (apare modelul cu forța rezultantă marcată, fig. b).

Obs. După finalizarea introducerii datelor fereastra are structura:

Fereastra principală după introducerea constrângerilor și încărcărilor

Salvarea modelului

¿ ® ¿.

Setarea rezultatelor

Setarea deplasărilor totale

¿® ¿ ® ¿.

Setarea tensiunilor echivalente

¿® ¿ ® ¿.

Setarea reacțiunii asociate rulmentului din stânga

¿® ¿ ® : [se va activa caracteristica, ¿], [se va selecta din lista cu ¿ ].

Setarea reacțiunii asociate rulmentului din dreapta

¿® ¿ ® : [se va activa caracteristica, ¿], [se va selecta din lista cu ¿ ].

Arborele specificațiilor după introducea setărilor rezultatelor

5. REZOLVAREA MODELULUI

® ¿

6. POSTPROCESAREA REZULTATELOR

6.1 Postprocesarea datelor obținute cu modelul FEA asociat variantelor HH și VV

Vizualizarea deplasărilor totale

¿ ® apare modelul

Verificare la deformații liniare (săgeți) în zona angrenajului

v ≤ v_a; v_a = (0,01…0,03) * m_n = (0,01…0,03) * 4 = 0,04…0,12 mm; 0,035 < 0,04…0,12 mm (se verifică).

Semnificații: v – săgeata maximă indicată în legenda Total Deformation; v_a – săgeata admisibilă, m_n – modulul normal.

Vizualizarea tensiunilor echivalente (von-Mises)

¿ ® apare modelul

Verificarea la solicitări compuse

σ_vM_<σ_a; σ_a= σ_c/c = 750/(1,5…2) = (350…500) MPa; 152,08 < (350…500) MPa (se verifică).

Semnificații: σ_vM – tensiunea echivalentă (von-Mises) maximă din legenda Equivalent Stress, σ_a – tensiunea admisibilă la tracțiune, c – coeficientul de siguranță.

Vizualizarea forței de reacțiune asociată rulmentului din stânga

¿ ® apare modelul

Vizualizarea forței de reacțiune asociată rulmentului din dreapta

¿ ® apare modelul

6.2 Postprocesarea datelor obținute cu modelul FEA asociat variantelor HV și VH

Vizualizarea deplasărilor totale

¿ ® apare modelul

Verificare la deformații liniare (săgeți) în zona angrenajului

v ≤ v_a; v_a = (0,01…0,03) * m_n = (0,01…0,03) * 4 = 0,04…0,12 mm; 0,03 < 0,04…0,12 mm (se verifică).

Semnificații: v – săgeata maximă indicată în legenda Total Deformation; v_a – săgeata admisibilă, m_n – modulul normal.

Vizualizarea tensiunilor echivalente (von-Mises)

¿ ® apare modelul

Verificarea la solicitări compuse

σ_vM_<σ_a; σ_a= σ_c/c = 750/(1,5…2) = (350…500) MPa; 128,9 < (350…500) MPa (se verifică).

Semnificații: σ_vM – tensiunea echivalentă (von-Mises) maximă din legenda Equivalent Stress, σ_a – tensiunea admisibilă la tracțiune, c – coeficientul de siguranță.

Vizualizarea forței de reacțiune asociată rulmentului din stânga

¿ ® apare modelul

Vizualizarea forței de reacțiune asociată rulmentului din dreapta

¿ ® apare modelul