بررسی تغییرات هندسی چرخدنده جعبه‌دنده خودرو تحت گشتاور پیچشی ناگهانی مکرر

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 مهندسی مکانیک ،دانشگاه گیلان، رشت، ایران

2 مهندسی مکانیک ،دانشگاه علم و صنعت، تهران، ایران

چکیده

سیستم جعبه‌دنده در خودرو، در شرایط مختلف بارگذاری و تبدیل دور و گشتاور قرار می‌گیرد. در این مطالعه رفتار گیربکس در خودروئی با گشتاور موتور 150 نیوتن‌متر در حالت شروع حرکت با اعمال گشتاور پیچشی ناگهانی به محور ورودی و تحت بار مقاوم هیدرواستاتیک مورد بررسی واقع شده است. هدف از این مطالعه، بررسی تغییرات هندسی دندانه‌ها در چرخدنده‌ها و تعیین استحکام آنها با اعمال بارگذاری مکرر و بصورت افزایش تدریجی تا بازه 400 نیوتن‌متر در نظر گرفته شده است. بدین منظور، سامانه آزمون استحکام پیچشی با استفاده از نرم افزار های گروه طراحی و سیستم‌های کنترل ابزار دقیق و عملگر ، ساخته شده‌است. در ادامه، آزمایش تجربی با اندازه‌گیری مقادیر گشتاورهای اعمالی به محور ورودی نوعی گیربکس خودرو در وضعیت دنده 1 و عقب مطابق با جدول طرح آزمون و تامین شرایط بار مقاوم هیدرواستاتیک در خروجی جعبه دنده، تحت شرایط مذکور انجام شده است. با استفاده از روش تحلیل شکاف، پارامتر‌های میکروژئومتری چرخ دنده‌های مورد نظر، با استفاده از دستگاه اندازه‌گیری هندسه چرخدنده قبل و بعد از بارگذاری مورد مقایسه واقع شده‌اند. نتایج نشان می‌دهند، تغییری در پروفیل چرخدنده‌ها تا گشتاور 310 نیوتن‌متر ایجاد نمی‌شود. همچنین پس از اعمال گشتاور 385 نیوتن‌متر برای ایجاد تخریب، وضعیت تغییر شکل پلاستیک در دندانه‌ها و پارامترهای مختلف در مقایسه با شرایط قبل از بارگذاری، بطور میانگین انحراف 4 درصد در بازه تلرانسی را نشان می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Investigating The Geometrical Changes of The Automobile Transmission Gear Under Repeated Sudden Twisting Torque

نویسندگان [English]

  • seyed mahmood farmani 1
  • Abolfazl Bazazan 2
  • Majid Alitavoli 1
1 university of guilan
2 University of Science & Technology
چکیده [English]

The gearbox system in a vehicle is subjected to various loading, torque, and speed conversion conditions. In this study, the behavior of the gearbox in a vehicle with an engine torque of 150 N.m in the starting state by applying a sudden torsional torque to the input shaft and under hydrostatic resistant load has been investigated. The aim of this study is to investigate the geometric changes of the teeth in the gears and determine their strength by applying repeated loading and gradually increasing it up to a range of 400 N.m. For this purpose, a torsional strength test system has been built using software from the design group and control systems for precision instruments and actuators. Subsequently, an experimental test has been carried out by measuring the torque values ​​applied to the input shaft of a typical vehicle gearbox in the 1st and reverse gear positions in accordance with the test plan table and providing hydrostatic resistant load conditions at the gearbox output under the aforementioned conditions. Using the gap analysis method, the micro-geometric parameters of the gears under consideration have been compared using a gear geometry measuring device before and after loading. The results show that there is no change in the gear profile up to a torque of 310 N.m. Also, during the loading stage and after applying a torque of 385 N.m to cause destruction, the state of plastic deformation in the teeth and various parameters shows an average deviation of 4% in the tolerance range compared to the conditions before loading.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Sudden Torsional Torque
  • Repeated Loading
  • Hydro-Static Resistance Load
  • Geometric Parameters
  • Plastic Deformation

مراجع

[1] T. Masuyama, N. Miyazaki, Evaluation of load capacity of gears with an asymmetric tooth profile, International Journal of Mechanical and Materials Engineering, 11(1) (2016) 11.
[2] A. Gidado, I. Muhammad, A. Umar, Design, modeling and analysis of helical gear according bending strength using AGMA and ANSYS, Int’l Journal of Engineering Trends and Technology, 8(9)(2014).
[3] J. Zhang, H. Wang, Y. Liu, S. Hou, Z. Liu, H. Wang, Research on the strength calculation method and effects of gear parameters for high-coincidence high-tooth gears, Processes, 11(6) (2023) 1807.
[4] M. Hein, J. Pellkofer, D. Vietze, K. Stahl, Service Life of Cylindrical and Bevel Gears Under Variable Load and Stresses, in:  AGMA Fall Technical Meeting 2020,( 2020).
[5] O.C. Kalay, O. Doğan, T.G. Yılmaz, C. Yüce, F. Karpat, A comparative experimental study on the impact strength of standard and asymmetric involute spur gears, Measurement, 172 (2021) 108950.
[6] R.V. Rao, Design optimization of a spur gear train using TLBO and ETLBO algorithms, in:  Teaching Learning Based Optimization Algorithm: And Its Engineering Applications, Springer,( 2015), pp. 91-101.
[7]N. Bretl, S. Schurer, T. Tobie, K. Stahl, B.-R. Höhn, Investigations on tooth root bending strength of case hardened gears in the range of high cycle fatigue, in:  Proceedings of the American Gear Manufacturers Association Fall Technical Meeting, Indianapolis, IN, USA, (2013), pp. 15-17.
[8]Z. Wu, T. Wang, R. Zhang, The test analysis of transmission gears’ fatigue pitting, Journal of Chemical and Pharmaceutical Research, 5(9) (2013) 428-433.
[9]T. Mao, H. Liu, P. Wei, D. Chen, P. Zhang, G. Liu, An improved estimation method of gear fatigue strength based on sample expansion and standard deviation correction, International Journal of Fatigue, 161 (2022) 106887.
[10]G. Iarriccio, A. Zippo, M. Barbieri, F. Pellicano, Efficiency and durability of spur gears with surface coatings and surface texturing, in:  Advances in Condition Monitoring and Structural Health Monitoring: WCCM 2019, Springer,( 2021), pp. 285-291.
[11] J.-F. Hochrein, M. Otto, K. Stahl, Fast tooth deflection calculation method and its validation, Forschung im Ingenieurwesen, 86(4) (2022) 845-859.
[12] D. Kalibrierdienst, Guideline DKD-R 6-1 Calibration of Pressure Gauges, Accessed on, 7 (2015) 1-51.
[13] B.C. Pratt, The Calibration of Torque Measuring Devices to British Standard BS 7882: 2008, in, United Kingdom, (2008).
[14] A.Gorakhnath, , Reddy, A., and Vamsi, A. S., Mechanical properties of 27CD4 steel: A review. Materials Today: Proceedings, 45, (2021) 977-983.
[15] J.T.Smith,  Johnson, M. L., and Clark, D., Stress distribution in gear profiles under torsional loads, International Journal of Mechanical Engineering and Robotics Research, 9(5) (2020)  465-473.
[16] R.C. Frazer, S.J. Wilson, Implementing ISO 18653--Gears: Evaluation of instruments for Measurement of Individual geras, Gear Technology, 27(3) (2010) 38-47.
[17] J. Harianto, D.R. Houser, A methodology for obtaining optimum gear tooth micro-topographies for noise and stress minimization over a broad operating torque range, in:  International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference, (2007), pp. 289-303.
[18] Tolerance for cylindrical gear Teeth, Din 3962 (Tolerance for diviations of individual parameters)
[19] J.E. Shigly, Mechanical Engineering Design, (McGraw-Hill Book Company, New York,  ((1989).
[20]W.-F. Chen, D.-J. Han, D.-J. Han, Plasticity for structural engineers, J. Ross publishing, (2007).
[21] G.T. Sarkar, Y.L. Yenarkar, D.V. Bhope, Stress analysis of helical gear by finite element method, International Journal of Mechanical Engineering and Robotics Research, 2(4) (2013) 322-329.
[22] Psa Peugeot –citroen . B181155 . Involute dentures of a circle: definitions and verifications.
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 57، شماره 8
آبان 1404
صفحه 1085-1104

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار