歯車の機械的性能を予測することは、新しい歯車のアプリケーションの開発に関連する時間とコストを削減するために不可欠です。エンバリオでは、実験的なケーススタディ、局所的な繊維配向、および固有の材料挙動に基づいて、ギアの疲労寿命を正確に予測するフレームワークを開発しました。
成功するギアアプリケーションを開発するには、正確な故障予測を備えた堅実な製品が必要であり、最初に市場に投入される必要があります。しかし、歯車の短期的および長期的な機械的性能を予測するには、誤用や失速トルクによる静的強度を調べ、根元破壊を故障モードとする耐久性性能を考慮する必要があります。
根の応力疲労のテスト。
歯車アプリケーションの開発にかかる時間とコストを大幅に削減するために、実験によって検証されたフレームワークを使用して、標準的な引張り棒疲労試験や簡易歯車試験などの簡略化された試験を使用して、歯車の寿命疲労性能を正確に予測できます。このフレームワークには、ガラス繊維含有量によって追加される剛性の計算と、部品形状、ゲート位置、温度など、さまざまな荷重条件のアプリケーションが含まれています。
各設計フェーズで専用のアプリケーションテストを行うことで、反復的な方法で最終設計を成功に導くことができます。また、簡略化された試験結果と、歯車の用途に関する専門知識、繊維配向や固有の材料挙動などの基本的な材料知識を組み合わせることで、歯車の故障モードとそれに対応するトルクレベルを予測できます。
歯車用途における根応力疲労は、可塑性制御破壊と亀裂成長破壊という2つの主要な破壊メカニズムに悩まされています。ガラス繊維強化ギアは、主に振幅とサイクル数の両方で大きな繰り返し荷重を伴う用途で使用されるため、部品の寿命は、主に亀裂成長制御破壊によって決まります。
この故障は、加工、取り扱い、またはフィラーの追加による小さな初期欠陥によって引き起こされ、負荷下で応力が集中し、最終的に破損につながるクレーズまたは亀裂を伝播します。実験ケーススタディを使用して開発および検証された一連の方程式を使用して、温度依存性を含む疲労寿命を正確に予測できます。
テスト全体でStanyl®TW271F6を使用し、テストの開始時に湿気はありませんでした。耐久性試験のために固体潤滑剤(PTFE)をサンプルに添加しました。テストギアは、6つのゲートを介して2キャビティ金型で射出成形され、重量で30%のガラス繊維で強化され、成形中の収縮を良好に補正しました。成形後、ISO 1328によると、ギアの品質は12です。
2つのモーターを備えたカスタムの環境制御実験セットアップを使用して、一方が所定の速度でギアを回転させ、もう一方がブレーキをかけて、ドリブンギアのトルク出力を一定に保ちます。局所的な歯の温度は、赤外線センサーを介して測定される定常状態の温度に達するまで、摩擦によって増加します。
ウェルドラインでは、繊維配向は歯の根元と平行ではありません。これは、成形品内のこれらの位置での剛性と強度の違い結果。応力-ひずみ曲線の応力を表す係数を決定するために、歯車の歯の平均均一な繊維配向を仮定しましたが、係数は歯車の形状とゲート位置に強く依存します。
ウェルドラインでの繊維配向の違いは、局所的な剛性と強度の違いを引き起こします。
ギアの耐久性は、さまざまな環境温度のさまざまなトルクレベルでテストされ、寿命が記録されました。実験では、寿命が印加トルクレベルと環境条件によって大きく影響を受けることが実証されています。
エンバリオでは、このデータと試験方法を使用して、歯車試験機での非等温耐久性測定に基づいてルート破壊を正確に予測するアプローチを開発しました。等温根応力疲労曲線は、温度依存の事前因子を使用して予測できます。予測は、摩耗が潜在的な故障メカニズムになる非常に高い温度または非常に長いテスト時間のアプリケーションを除いて、寿命の3倍以内の精度を実証しています。
エンバリオのCAEエキスパート/サイエンティスト
ベンジャミン・ヴァン・ウィッセンは、エンバリオのCAEエキスパート/サイエンティスト です。 強度、剛性、疲労、クリープ、NVH(騒音振動ハーシュネス\)、熱性能評価など、ポリマー用途のFEA解析を行っています。彼はポリマーギアの強度計算と設計を専門としています。それに加えて、彼は複雑なFEA材料カードを特徴付けるための基礎材料研究を担当しています。エンバリオに入社する前は、自動車および化学業界で働いていました。彼は、Abaqus、Altair Hyperworks(OptistructとCFDを含む )、Digimat、KISSsoftを使用してギアの設計と計算を行うFEAに熟練した強力なエンジニアリングの専門家です。
08 July 2024
