Simulative investigation on the contact pattern of polymer crossed helical gears by FEM

Abstract

El objetivo principal de esta tesis es simular el patrón de contacto y el comportamiento de deformación de un par de engranajes helicoidales cruzados fabricados con un material polimérico. Para ello, se debe construir un modelo de simulación, partiendo de la geometría 2D para realizar un análisis de sensibilidad del engrane. A continuación, este modelo debe ampliarse a la geometría 3D y simularse un ciclo de engrane completo del par de engranajes investigado; en el caso concreto de esta geometría, esto significa una rotación del engranaje de 9º. A continuación, los resultados de la simulación deben comprobarse para verificar su plausibilidad y compararse con los obtenidos por otros métodos (los resultados de esos otros métodos no entran en el ámbito de esta tesis).

La tesis incluye en detalle: - Inducción en el campo de los engranajes helicoidales cruzados de polímero y Análisis por Elementos Finitos incluyendo investigación bibliográfica. - Realización de un análisis de sensibilidad de malla para calcular el error aproximado causado por la malla. - Análisis de contactos Hertz para simulaciones 2D y 3D. - Adaptación de la geometría CAD existente en Design Modeler para facilitar su implementación en el software de mallado ANSYS. - Creación de múltiples estrategias de mallado para identificar las regiones de refinamiento óptimas para la simulación. - Definición de condiciones de contorno y propiedades de contacto. - Análisis de resultados, como el comportamiento de la deformación y la tensión

The main goal of this thesis is to simulate the contact pattern and deformation behaviour of a crossed helical gear pair made from a polymer material. Therefore, a simulation model should be built up, starting with 2D geometry to perform a mesh sensitivity analysis. This model should then be extended to the 3D geometry and one full meshing cycle of the investigated gear pair should be simulated, in the specific case of this geometry, this means a rotation of the gear of 9º. The simulation results should then be checked for plausibility and compared to those obtained by other methods (the results from those other methods are not within the scope of this thesis).

The thesis includes in detail: - Induction in the field of polymer crossed helical gears and Finite Element Analysis including literature research. - Performing a mesh sensitivity analysis to calculate the approximate error caused by the mesh. - Analysis of Hertz contacts for 2D and 3D simulations. - Adaptation of existing CAD geometry in Design Modeler for easier implementation in ANSYS meshing software. - Creation of multiple meshing strategies to identify the optimum refinement regions for the simulation. - Definition of boundary conditions and contact properties - Analysis of results, like deformation and stress behaviour