Análise da influência de parâmetros geométricos nas tensões de flexão de engrenagens cilíndricas de dentes retos
The use of spur gears is important to machine systems where torque transmission or power transmission between shafts it is needed. It is important to realize an effective project, because the application of load between a pair of gears can cause high wear on teeth, like pitting and even the breaking...
| Autor principal: | Quadros, Pedro Murilo Souza de |
|---|---|
| Formato: | Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) |
| Idioma: | Português |
| Publicado em: |
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
2020
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| Assuntos: | |
| Acesso em linha: |
http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/10376 |
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riut-1-103762020-11-12T18:33:18Z Análise da influência de parâmetros geométricos nas tensões de flexão de engrenagens cilíndricas de dentes retos Analysis of the influence of geometric variations on the bending stresses of cylindrical spur gears Quadros, Pedro Murilo Souza de Ferreira, Ana Paula Carvalho da Silva Silva, Carlos Henrique da Ferreira, Ana Paula Carvalho da Silva Silva, Carlos Henrique da Passos, Adriano Gonçalves Silva, Cláudio Tavares Engrenagens Flexão (Engenharia civil) Estrutura analítica de projeto Método dos elementos finitos Deformações e tensões Engenharia mecânica Gearings Flexure Work breakdown structure Finite element method Strains and stresses Mechanical engineering CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE PRODUCAO::ENGENHARIA DO PRODUTO::DESENVOLVIMENTO DE PRODUTO The use of spur gears is important to machine systems where torque transmission or power transmission between shafts it is needed. It is important to realize an effective project, because the application of load between a pair of gears can cause high wear on teeth, like pitting and even the breaking of teeth. This makes that it is necessary to change the pair. The two failures modes most common are frature in the root region by bending stress and surface fatigue by contact stress. To reduce these failures, the change of the material or geometric variations can be done, and the last one is the goal of this paper. The gears are modeled using the software Solidworks, making use of features to accelerate the creation of several models with geometric variations. To make the models similar to the gears really manufactured, it is presented theoretical concepts related to the building of curves, which the gear profile has. An analytical method was constructed based on equations presented by AGMA Standard and the bending stress equation purposed by Lewis. The final equation used to perform the resulting bending stresses on the rooth tooth refers to a modified Lewis equation, which was made to improve the results. The numerical analysis are developed using the ABAQUS commercial pack and subsequent validation with the analytical model. The main improvements made on ABAQUS are showed and discussed. In the end, the generated results shown a decay of the bending stress with the increasing of teeth number, module and pressure angle. It is also shown that the gears has the same bending stress behavior on the rooth teeth. Therewith, it is possible to evaluate what geometry configuration is the best to spur gears, to avoid excessive bending stress according to the geometric variations. O uso de engrenagens cilíndricas de dentes retos é de suma importância em sistemas mecânicos onde se deseja a transmissão de torque ou potência entre eixos. É importante realizar um bom projeto das engrenagens, pois a aplicação da carga entre elas pode gerar desgaste elevado nos dentes, como a crateração ou até mesmo a quebra dos dentes, fazendo com que seja necessária a troca do par engrenado. Os dois modos de falha mais comuns em engrenagens são a fratura na região da raiz por fadiga de flexão e a fadiga superficial da face dos dentes. Para minimizar essas falhas, é possível realizar uma mudança no material das engrenagens ou realizar mudanças geométricas no par engrenado, que é o objetivo desse trabalho. As engrenagens são modeladas no software SolidWorks, fazendo o uso da parametrização para a rápida geração de modelos com geometrias diferentes. Para que os modelos reflitam com a realidade de engrenagens fabricadas na prática, usam-se conceitos teóricos para a construção do perfil do dente. Um modelo analítico foi construído tendo como base a equação apresentada pela norma AGMA e a tensão de flexão proposta de Lewis. A equação resultante utilizada para realizar os cálculos de tensão na raiz do dente tratase de uma modificação da equação de Lewis, visando melhorar o resultado final. É feito uso do ABAQUS para construção do modelo numérico e posterior validação com o modelo analítico. As principais etapas e melhorias realizadas no software são apresentadas e discutidas. Com os resultados gerados, nota-se a redução da tensão com o aumento do número de dentes, módulo e/ou ângulo de pressão. É visto também o comportamento semelhante da tensão na raiz do dente para todos os modelos estudados. Dessa forma, é possível avaliar qual a configuração geométrica ideal para que as ECDR sofram um esforço menor de tensão de acordo com as modificações que podem ser realizadas na geometria. 2020-11-12T18:33:17Z 2020-11-12T18:33:17Z 2015-12-17 bachelorThesis QUADROS, Pedro Murilo Souza de. Análise da influência de parâmetros geométricos nas tensões de flexão de engrenagens cilíndricas de dentes retos. 2015. 76 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2015. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/10376 por openAccess application/pdf Universidade Tecnológica Federal do Paraná Curitiba Brasil Graduação em Engenharia Mecânica UTFPR |
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Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
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Português |
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Engrenagens Flexão (Engenharia civil) Estrutura analítica de projeto Método dos elementos finitos Deformações e tensões Engenharia mecânica Gearings Flexure Work breakdown structure Finite element method Strains and stresses Mechanical engineering CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE PRODUCAO::ENGENHARIA DO PRODUTO::DESENVOLVIMENTO DE PRODUTO |
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The use of spur gears is important to machine systems where torque transmission or power transmission between shafts it is needed. It is important to realize an effective project, because the application of load between a pair of gears can cause high wear on teeth, like pitting and even the breaking of teeth. This makes that it is necessary to change the pair. The two failures modes most common are frature in the root region by bending stress and surface fatigue by contact stress. To reduce these failures, the change of the material or geometric variations can be done, and the last one is the goal of this paper. The gears are modeled using the software Solidworks, making use of features to accelerate the creation of several models with geometric variations. To make the models similar to the gears really manufactured, it is presented theoretical concepts related to the building of curves, which the gear profile has. An analytical method was constructed based on equations presented by AGMA Standard and the bending stress equation purposed by Lewis. The final equation used to perform the resulting bending stresses on the rooth tooth refers to a modified Lewis equation, which was made to improve the results. The numerical analysis are developed using the ABAQUS commercial pack and subsequent validation with the analytical model. The main improvements made on ABAQUS are showed and discussed. In the end, the generated results shown a decay of the bending stress with the increasing of teeth number, module and pressure angle. It is also shown that the gears has the same bending stress behavior on the rooth teeth. Therewith, it is possible to evaluate what geometry configuration is the best to spur gears, to avoid excessive bending stress according to the geometric variations. |
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QUADROS, Pedro Murilo Souza de. Análise da influência de parâmetros geométricos nas tensões de flexão de engrenagens cilíndricas de dentes retos. 2015. 76 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2015. |
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