Μελέτη συστημάτων μετάδοσης κίνησης με οδοντωτούς τροχούς με χρήση λογισμικού ανάλυσης συστημάτων πολλαπλών σωμάτων

Abstract

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η τρισδιάστατη σχεδίαση, η μοντελοποίηση και η δυναμική ανάλυση ενός συστήματος μετάδοσης κίνησης με οδοντωτούς τροχούς μέσω λογισμικού ανάλυσης συστημάτων πολλαπλών σωμάτων (dynamics of multibody systems). Πιο συγκεκριμένα, ο κύριος στόχος είναι η μοντελοποίηση της πειραματικής διάταξης διάγνωσης και προσομοίωσης βλαβών του Εργαστηρίου Ταλαντώσεων και Δυναμικής Μηχανών. Η εξεταζόμενη διάταξη αποτελείται από ένα πλανητικό κιβώτιο και ένα διβάθμιο κιβώτιο σε σειρά στα οποία δίνεται κίνηση και φορτίο από δύο ηλεκτροκινητήρες αντίστοιχα. Αρχικά δημιουργούνται τα τρισδιάστατα σχέδια των υπό εξέταση κιβωτίων με χρήση κατάλληλου λογισμικού τρισδιάστατης σχεδίασης, ώστε τα μοντέλα που θα αναπτυχθούν να περιλαμβάνουν την ακριβή γεωμετρία των κυτίων, των γραναζιών, των αξόνων και των εδράνων κύλισης. Στη συνέχεια, με χρήση τρισδιάστατων χωρικών στοιχείων δημιουργείται το μοντέλο πεπερασμένων στοιχείων του συστήματος και εξετάζεται η κινηματική τους συμπεριφορά. Για τη σύγκριση των αποτελεσμάτων της ανάλυσης χρησιμοποιούνται τόσο οι θεωρητικές τιμές του συστήματος, αλλά και οι αντίστοιχες πειραματικές από προηγούμενες εργασίες. Η προσομοίωση και η αριθμητική επίλυση του συστήματος γίνεται μέσω λογισμικού ανάλυσης συστημάτων πολλών σωμάτων (multibody system analysis). Το σύστημα μελετάται για τρεις διαφορετικές καταστάσεις : α. υγιές, β. βλάβη οδοντωτού τροχού στο διβάθμιο, γ. βλάβη οδοντωτού τροχού στο πλανητικό. Για κάθε κατάσταση το σύστημα μελετάται θεωρώντας δύο διαφορετικές προσεγγίσεις : 1. Απλή προσέγγιση, όπου τα σώματα θεωρούνται ως στερεά και λαμβάνοντας υπόψη μόνο την κινηματική και κινητική τους συμπεριφορά, 2. Σύνθετη προσέγγιση, όπου τα σώματα θεωρούνται εύκαμπτα (παραμορφώσιμα), όπου πέρα της κινηματικής και κινητικής τους συμπεριφοράς λαμβάνονται υπόψη και οι παραμορφώσεις τους. The purpose of this thesis is the 3D design, modeling and the dynamic analysis of a transmission system with gears through a multibody analysis system software. More specific, the main target is the modeling of the experimental set – up for diagnostics and simulation of failures, of the laboratory of mechanical systems, vibrations and machine dynamics. The set – up that is going to be studied consists of a planetary gearbox and a two – stages gearbox connected in series in which motion and load are given through two electric motors respectively. At first, the 3D designs of the gearboxes are being created, using an appropriate software, of the under – examination gearboxes in a way that the models that will be created include the exact geometry of the boxes, the gears, the axles and the roller bearings. Subsequently, using 3D elements the finite element model is created and its kinematic behavior is studied. For the comparison of the results, the theoretical values of the system are used as well as experimental values that derive from previous studies. The simulation and the numerical solution, of the system are achieved through a multibody system analysis software. The system is studied in three different occasions: a. healthy model, b. gear failure in the two – stager gearbox, c. gear failure in the planetary gearbox. For every occasion the system is studied in two different ways: 1. Simple approach, where the bodies are considered as solids considering only their kinematic and kinetic behavior, 2. Complex approach, where the bodies are considering flex, where not only the kinetic and kinematic behavior is studied but also their deformations too.