مطالعه عددی رشد ترک زیرسطحی در پدیده اسپالینگ دندانه چرخدنده ساده

چرخدنده ها قطعات مکانیکی پر کاربردی هستند که حرکت دورانی را با درگیری پهلوی دندانه ها منتقل می کنند. از آنجایی که چرخدنده ها در سیستم انتقال قدرت یک مجموعه به کار گرفته می شوند، خرابی آنها منجر به از کار افتادن مجموعه خواهد گردید. پس پیش بینی عوامل خرابی برای اطمینان از یک طراحی مناسب، اهمیت می یابد. خرابی سطح دندانه شامل مواردی از قبیل سایش، پیتینگ و اسپالینگ می باشد. با توجه به زمان بر و پر هزینه بودن مطالعات تجربی پدیده خستگی، باید به دنبال بهبود مدل های عددی بود و این مدل ها را به شرایط واقعی مسئله نزدیک کرد. هدف این پژوهش اینست که یک مدل عددی برای پیش-بینی پیدایش و رشد ترک خستگی زیر سطحی تحت بارگذاری تماسی چرخه ای ارائه کند. در این مطالعه از نرم افزار آباکوس برای مدلسازی دوبعدی یک جفت دندانه در تماس، استفاده شده است. تحلیل به روش اجزای محدود استاندارد با رشد نموی ترک انجام شد. زاویه رشد ترک طبق معیار بهبودیافته ریچارد تعیین گردید. نتایج این پژوهش نشان داد که موقعیت ΔKII بیشینه، با حدود ۹% اختلاف، بهترین تطابق را با کف اسپالینگ تجربی دارد. در نتیجه موقعیت ΔKIIبیشینه به عنوان معیار موقعیت جوانه زنی ترک زیرسطحی پیشنهاد گردید. ضریب شدت تنش برای نوک چپ و راست ترک اولیه زیرسطحی یکسان بوده و هر دو نوک به صورت همزمان شروع به رشد می کنند. در این مدل برای تعیین زاویه رشد ترک از معیار بهبود یافته ریچارد استفاده شد که منجر به پیش بینی اسپالینگ با ابعاد نزدیک به اسپالینگ تجربی می شود. طول دهانه اسپالینگ پیش بینی شده حدود ۶% اختلاف نسبت به اسپالینگ تجربی نشان داد.

کلیدواژه ها:

اسپالینگ ، چرخدنده ، خستگی تماسی ، ترک زیرسطحی ، پیدایش و رشد ترک