Βέλτιστη μοντελοποίηση, δυναμική ανάλυση και διάγνωση βλαβών συστημάτων μετάδοσης κίνησης με χρήση λογισμικού συστημάτων πολλαπλών σωμάτων και πειραματικών μετρήσεων

Abstract

Οι οδοντωτοί τροχοί αποτελούν την πιο αποτελεσματική μέθοδο μετάδοσης ισχύος ή μετάδοσης κίνησης από μια άτρακτο σε μια άλλη. Το εύρος εφαρμογής τους είναι εκτενέστατο και χρησιμοποιούνται σε διάφορους κλάδους της βιομηχανίας. Κάποιοι από αυτούς είναι, ο κλάδος της παραγωγής ενέργειας, στον οποίο εφαρμόζονται τόσο σε θερμικά εργοστάσια παραγωγής ηλεκτρισμού, όσο και σε κιβώτια ταχυτήτων ανεμογεννητριών. Ακόμα, χρησιμοποιούνται και στον τομέα της αυτοκινητοβιομηχανίας όπου αποτελούν εξαρτήματα κιβωτίων ταχύτητας και διαφορικών. Επιπρόσθετα, εμφανίζονται και σε τομείς όπως η αγροτική βιομηχανία και η βιομηχανία κατεργασίας υλικών. Η συγκεκριμένη διπλωματική εργασία αναπτύχθηκε στο πλαίσιο της μελέτης της λειτουργίας του συστήματος οδοντοκίνησης του εργαστηρίου Ταλαντώσεων και Δυναμικής Μηχανών του τμήματος Μηχανολόγων Μηχανικών το οποίο περιλαμβάνει ένα πλανητικό σύστημα μετάδοσης κίνησης ευθείας οδόντωσης και ένα διβάθμιο κιβώτιο αποτελούμενο από οδοντωτούς τροχούς ελικοειδούς οδόντωσης. Επίσης, περιλαμβάνει την σύγκρισης πειραματικών αποτελεσμάτων και αποτελεσμάτων που προέκυψαν από μοντέλα δυναμικής και πεπερασμένων στοιχείων τόσο μεταξύ τους, όσο και με τη θεωρία εντοπισμού σφαλμάτων σε οδοντωτούς τροχούς. Το πρώτο στάδιο της εργασίας περιλαμβάνει τη διαδικασία της σχεδίασης και ανάπτυξης ενός λειτουργικού μοντέλου πολλαπλών σωμάτων αποτελούμενο από απαραμόρφωτα στερεά που προσομοιώνει την παραπάνω διάταξης με χρήση των προγραμμάτων SOLIDWORKS και Adams View. Στη συνέχεια και με την χρήση του προγράμματος ANSA Kinetics το μοντέλο θα τροποποιηθεί σε μοντέλο παραμορφώσιμων σωμάτων και θα εισαχθούν σε αυτό σφάλματα στους οδόντες των τροχών με στόχο την εξαγωγή των χαρακτηριστικών της εσφαλμένης λειτουργίας του και την αξιολόγηση αυτών με βάση τη θεωρία εντοπισμού σφαλμάτων. Στο επόμενο τμήμα της εργασίας θα παρουσιαστεί η πειραματική διάταξη του εργαστηρίου, οι παράμετροι λειτουργίας της και η μεθοδολογία καταγραφής, αποθήκευσης και επεξεργασίας του σήματος. Τέλος, θα εκτελεσθεί η διαδικασία σύγκρισης των πειραματικών αποτελεσμάτων με τη θεωρία εντοπισμού σφαλμάτων και θα παρουσιαστούν τα συμπεράσματα που προέκυψαν κατά την παρούσα μελέτη. From the beginning of time, gears have been considered as the most effective method for transmitting motion between two shafts. They possess a wide range of applications in the industrial sector. We can distinguish 4 main industrial sectors: Α) Power generation sector, not only in thermal power stations but also in wind turbines, by means of gearbox Β) Automotive industry, by means of differentials and gearboxes Γ) Agricultural sector Δ) Material machining This particular thesis has been developed under the operation of the drivetrain diagnostics experimental set-up, located in the Laboratory of Vibration and Machine Dynamics. The set-up consists of one planetary gearbox, with spur gears, and one two-stage gearbox, with helical gears. Additionally, a comparison between the experimental measurements and two Multibody dynamic models, one rigid and a second flexible, which is derived from finite element methods, is executed utilizing damage detecting methods. The first step of the thesis is to design and develop two rigid multibody dynamic scenarios, one for the healthy case and a second one for the damaged case. The software used for these chapters are SOLIDWORKS and Adams View. As a second step, by using software Ansa and solver Kinetics, two flexible models are created and ultimately imported in Adams View. Completing the evaluation between the comparison of the aforementioned cases the focus is turned on the experimental parameters, vibration filtering and processing. Finally, a presentation of the differences between the cases (healthy and damaged) and the conclusions behind them are listed.