Aplicación de técnicas de ingeniería inversa en el proceso de diseño de transmisiones de engranajes cónicos espirales tallados mediante fresa frontal circular

Autor: Ruiz Orzáez, Ramón
Přispěvatelé: Fuentes Aznar, Alfonso, González Pérez, Ignacio, Ingeniería Mecánica, Materiales y Fabricación
Jazyk: Spanish; Castilian
Rok vydání: 2018
Předmět:
Zdroj: Repositorio Digital de la Universidad Politécnica de Cartagena
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Popis: [SPA] Se presenta un completo enfoque computarizado integrado para el diseño, la generación y el análisis de tensión de los engranajes cónicos en espiral de fresado frontal de alta resistencia y bajo ruido fabricados mediante el proceso de cinco cortes. El enfoque propuesto se basa en técnicas de ingeniería inversa y constituye una mejora del método de síntesis local desarrollado por Faydor L. Litvin. En primer lugar, se define una topografía de despegue deseada en la superficie del diente activo que impulsa el piñón para proporcionar condiciones de contacto favorables (un patrón de contacto ajustado con una función parabólica de errores de transmisión negativos con una magnitud máxima limitada). A continuación, se aplican algoritmos de optimización restringidos y no restringidos para derivar numéricamente los ajustes de máquina-herramienta de desbaste y acabado del miembro de piñón. Se implementa computacionalmente un procedimiento de diseño normalizado basado en los estándares AGMA con el propósito principal de dimensionar los engranajes de engranajes cónicos en espiral tanto hipoidales como. Hace uso de los datos básicos de la transmisión por engranajes y permite determinar datos en blanco, como los parámetros del cono de paso y otras dimensiones de los elementos de engranajes, así como verificar si aparece o no un efecto de subcotización. Se implementa un modelo matemático generalizado de generación computacional de accionamientos de engranajes cónicos en espiral y hipoides. Fundamentalmente, se basa en el modelo cinemático de los generadores de engranajes hipoidales de estilo tradicional de cuna, e incluye procesos de corte tanto de fresado de cara como de corte de cara. Se propone un algoritmo numérico mejorado de propósito general basado en un enfoque puramente geométrico y un modelo de ensamblaje de tipo matriz para la simulación de la malla y el análisis de contacto de los dientes (TCA) de los accionamientos de engranajes cónicos en espiral fresados ​​con la cara. En esencia, la independencia del tipo de contacto de apoyo entre las superficies de contacto (contacto puntual, lineal o de borde), la alta estabilidad computacional y la consideración de pares adyacentes de dientes de malla en la estimación del patrón de contacto constituyen sus características principales. Además, la generación de redes elípticas se ha implementado para la discretización de dominios bidimensionales en cuadrículas numéricas uniformes ajustadas de límites y se ha aplicado como una etapa aislada en el algoritmo TCA propuesto, así como en la generación de modelos de elementos finitos de unidades de engranajes cónicos en espiral. Se presenta un enfoque para determinar la configuración de la máquina-herramienta de acabado correspondiente al miembro del engranaje de los engranajes de engranajes cónicos en espiral y hipoides. Se consideran tanto los procesos generadores como los no generadores. Básicamente, hace uso de los datos en blanco de geometría de transmisión por engranajes previamente determinados. Los ajustes de la máquina-herramienta se calculan analíticamente mediante el concepto de un engranaje de corona generador de imágenes imaginario. El enfoque propuesto constituye el punto de partida de los métodos de síntesis para la determinación de los ajustes de máquina-herramienta de desbaste y acabado correspondientes al miembro de piñón. Se propone un enfoque numérico novedoso basado en la resolución de un problema de optimización no lineal restringida para la determinación de los ajustes de la máquina-herramienta aplicados en la operación de corte en bruto de piñones biselados en espiral facetados por medio de amoladoras de hoja extendida. Los objetivos principales son la disminución del tiempo del ciclo de mecanizado y la maximización del material rugoso sin dañar las superficies a terminar. Se presenta un enfoque computacional para la generación automática y paramétrica de modelos de elementos finitos de transmisiones de engranajes cónicos en espiral de fresado frontal de alta resistencia lownoise como parte del mencionado enfoque integrado para el diseño, generación y análisis de esfuerzos. El análisis de elementos finitos (FEA) se realiza mediante la aplicación de un programa de computadora de elementos finitos de propósito general. Se incluye el modelado de los componentes de soporte (ejes y cojinetes) correspondientes a los elementos de engranajes y, en consecuencia, se tienen en cuenta las deflexiones del eje y la deformación torsional causadas por la transmisión de potencia. Por último, se presenta un procedimiento analítico para la determinación de errores relativos de alineación entre los elementos de engranaje en los engranajes cónicos en espiral con fresado frontal. Permite compensar las deflexiones de los ejes causadas por la transmisión de par nominal mediante la modificación de la microgeometría de superficie activa del piñón. Se presentan varios ejemplos numéricos para validar los algoritmos propuestos. [ENG] A complete computerised integrated approach for design, generation and stress analysis of low-noise high-endurance face-milled spiral bevel gear drives manufactured by means of the Five-Cutting Process is presented. The proposed approach is based on inverse engineering techniques, and constitutes an improvement of the Local Synthesis Method developed by Faydor L. Litvin. Firstly, a desired ease-off topography is defined on pinion driving active tooth surface in order to provide favourable conditions of contact (an adjusted contact pattern with a parabolic function of negative transmission errors with limited maximum magnitude). Next, constrained and unconstrained optimization algorithms are applied to derive numerically both roughing and finishing machine-tool settings of the pinion member. A normalised design procedure based on AGMA Standards is implemented computationally with the main purpose of sizing both hypoid and spiral bevel gear drives. It makes use of the basic gear drive data and it let determine blank data such as pitch cone parameters and other dimensions of gearing elements, as well as checking if undercutting effect appears or not. A generalised mathematical model of computational generation of hypoid and spiral bevel gear drives is implemented. Fundamentally, it is based on the kinematical model of traditional cradle-style hypoid gear generators, and it includes both face-milling and face-hobbing cutting processes. A general purpose enhanced numerical algorithm based on an purely geometric approach and a matrix-type assembly model is proposed and applied for simulation of meshing and Tooth Contact Analysis (TCA) of face-milled spiral bevel gear drives. In essence, the independence of the type of bearing contact between mating surfaces (point, linear or edge contact), the high computational stability and the consideration of adjacent pairs of meshing teeth on contact pattern estimation constitute their main features. Furthermore, elliptic grid generation has been implemented for discretization of two-dimensional domains into boundary fitted uniform numerical grids and applied as an isolated stage in the proposed TCA algorithm, as well as in generation of finite elements models of spiral bevel gear drives. An approach for determination of finishing machine-tool settings corresponding to the gear member of hypoid and spiral bevel gear drives is presented. Both generating and non-generating processes are considered. Basically, it makes use of the gear drive geometry blank data previously determined. Machine-tool settings are calculated analytically by means of the concept of an imaginary generating crown gear. The proposed approach constitutes the starting point of synthesis methods for determination of both roughing and finishing machine-tool settings corresponding to the pinion member. A novel numerical approach based on the resolution of a constrained nonlinear optimization problema is proposed for determination of machine-tool settings applied in the rough-cutting operation of facemilled spiral bevel pinions by means of spread-blade grinders. The main objectives are the decrease of the machining cycle time and the maximization of the rough material without damaging the to-befinished surfaces. A computational approach for automatic and parametric generation of finite element models of lownoise high-endurance face-milled spiral bevel gear drives is presented as part of the aforementioned integrated approach for design, generation and stress analysis. Finite Element Analysis (FEA) is performed by application of a general purpose finite element computer program. Modelling of supporting components (shafts and bearings) corresponding to gearing elements is included in it, and, consequently, shaft deflections and torsional deformation caused by power transmission are taken into account. Lastly, an analytical procedure for determination of relative errors of alignment between gearing elements in face-milled spiral bevel gear drives is presented. It allows supporting shafts deflections caused by nominal torque transmission to be compensated through modification of the pinion driving active surface microgeometry. Several numerical examples are presented to validate the proposed algorithms. Escuela Internacional de Doctorado Universidad Politécnica de Cartagena Programa de Doctorado en Tecnologías Industriales por la Universidad Politécnica de Cartagena
Databáze: OpenAIRE
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