Publicación: Analysis of the tooth-root stress of external spur gears with high effective contact ratio
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Fecha
2024-11-15
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Elsevier
Resumen
For spur gears with contact ratio close to 2, the extension of the contact interval resulting from loaded tooth deflections and local contact deformations may result in an effective contact ratio above 2. In these cases, the load is transmitted by at least two tooth-pairs, the maximum load and tooth-root stress decrease, and therefore the calculation methods of the gear rating Standards ISO and AGMA provide very conservative results. In this work, two models are applied to the calculation of the tooth-root stress of load-induced high contact ratio external gears: (i) an analytic model of load sharing, based on the minimum energy method, and (ii) a finite element model, which validates the results obtained from the previous model. Obtained values of the stress are compared with those provided by ISO and AGMA rating methods, which do not account for the stress reduction due to the higher contact ratio. A new modification coefficient is proposed to correct these conservative values, which allows the AGMA and ISO geometry factors to remain as no load-dependent factors and keep their actual calculation methods and significance.
En el caso de engranajes rectos con una relación de contacto cercana a 2, la extensión del intervalo de contacto resultante de las deflexiones de los dientes bajo carga y las deformaciones de contacto locales puede dar como resultado una relación de contacto efectiva superior a 2. En estos casos, la carga se transmite por al menos dos pares de dientes, la carga máxima y la tensión en la raíz del diente disminuyen y, por lo tanto, los métodos de cálculo de las normas de clasificación de engranajes ISO y AGMA proporcionan resultados muy conservadores. En este trabajo, se aplican dos modelos al cálculo de la tensión en la raíz del diente de engranajes externos de alta relación de contacto inducida por carga: (i) un modelo analítico de reparto de carga, basado en el método de energía mínima, y (ii) un modelo de elementos finitos, que valida los resultados obtenidos a partir del modelo anterior. Los valores de la tensión obtenidos se comparan con los proporcionados por los métodos de clasificación ISO y AGMA, que no tienen en cuenta la reducción de la tensión debido a la mayor relación de contacto. Se propone un nuevo coeficiente de modificación para corregir estos valores conservadores, lo que permite que los factores de geometría AGMA e ISO permanezcan como factores no dependientes de la carga y mantengan sus métodos de cálculo y su importancia reales.
En el caso de engranajes rectos con una relación de contacto cercana a 2, la extensión del intervalo de contacto resultante de las deflexiones de los dientes bajo carga y las deformaciones de contacto locales puede dar como resultado una relación de contacto efectiva superior a 2. En estos casos, la carga se transmite por al menos dos pares de dientes, la carga máxima y la tensión en la raíz del diente disminuyen y, por lo tanto, los métodos de cálculo de las normas de clasificación de engranajes ISO y AGMA proporcionan resultados muy conservadores. En este trabajo, se aplican dos modelos al cálculo de la tensión en la raíz del diente de engranajes externos de alta relación de contacto inducida por carga: (i) un modelo analítico de reparto de carga, basado en el método de energía mínima, y (ii) un modelo de elementos finitos, que valida los resultados obtenidos a partir del modelo anterior. Los valores de la tensión obtenidos se comparan con los proporcionados por los métodos de clasificación ISO y AGMA, que no tienen en cuenta la reducción de la tensión debido a la mayor relación de contacto. Se propone un nuevo coeficiente de modificación para corregir estos valores conservadores, lo que permite que los factores de geometría AGMA e ISO permanezcan como factores no dependientes de la carga y mantengan sus métodos de cálculo y su importancia reales.
Descripción
The registered version of this article, first published in “Mechanism and Machine Theory,Volume 203,2024,105813", is available online at the publisher's website: Elsevier, https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2024.105813
Categorías UNESCO
Palabras clave
External gears, Load sharing, Tooth-root stress, Time-varying meshing stiffness, Engranajes externos, Compartir carga, Estrés en la raíz del diente, Rigidez de malla variable en el tiempo
Citación
José I. Pedrero, Miryam B. Sánchez, Miguel Pleguezuelos, Alfonso Fuentes-Aznar, Analysis of the tooth-root stress of external spur gears with high effective contact ratio. Mechanism and Machine Theory,Volume 203,2024,105813,https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2024.105813
Centro
E.T.S. de Ingenieros Industriales
Departamento
Mecánica