기어의 기계적 성능을 예측하는 것은 새로운 기어 애플리케이션 개발과 관련된 시간과 비용을 줄이는 데 필수적입니다. Envalior 에서는 실험적 사례 연구, 국소 섬유 배향 및 기어의 피로 수명을 정확하게 예측하는 고유 소재 거동을 기반으로 하는 프레임워크를 개발했습니다.
성공적인 기어 애플리케이션을 개발하려면 정확한 고장 예측이 가능한 견고한 제품이 필요하며 시장에 가장 먼저 출시할 준비가 되어 있어야 합니다. 그러나 기어의 단기 및 장기 기계적 성능을 예측하려면 오용 또는 실속 토크로 인한 정적 강도 및 루트 파괴를 고장 모드로 사용하는 내구성 성능을 고려해야 합니다.
루트 응력 피로 테스트.
기어 어플리케이션 개발의 시간과 비용을 크게 줄이기 위해 실험을 통해 검증된 프레임워크를 사용하여 표준 인장 바 피로 시험 또는 단순화된 기어 시험과 같은 단순화된 테스트를 사용하여 기어의 수명 피로 성능을 정확하게 예측할 수 있습니다. 이 프레임워크에는 유리 섬유 함량에 의해 추가되는 강성 계산과 부품 형상, 게이팅 위치 및 온도 등 다양한 하중 조건을 가진 응용 분야에 대한 계산이 포함됩니다.
각 설계 단계에서 전용 애플리케이션 테스트를 통해 반복적인 방식으로 성공적인 최종 설계를 추진할 수 있습니다. 또한 단순화된 테스트 결과와 기어 응용 분야에 대한 전문 지식 및 섬유 배향 및 고유 소재 거동을 포함한 기본 소재 지식을 결합하면 기어 고장 모드와 해당 토크 수준을 예측할 수 있습니다.
기어 응용 분야의 루트 응력 피로는 가동성 제어 실패와 균열 성장 실패의 두 가지 주요 실패 메커니즘으로 인해 어려움을 겪습니다. 유리 섬유 강화 기어는 주로 진폭과 사이클 수가 모두 큰 순환 하중이 있는 응용 분야에 사용되기 때문에 부품의 수명은 주로 균열 성장 제어 실패에 의해 결정됩니다.
이 고장은 가공, 취급 또는 충전제 추가로 인한 작은 초기 결함으로 인해 발생하며, 이로 인해 부하가 걸리면 응력 농도가 발생하고 결국 고장으로 이어지는 열풍 또는 균열이 전파됩니다. 실험 사례 연구를 통해 개발 및 검증된 일련의 방정식을 사용하여 온도 의존성을 포함한 피로 수명을 정확하게 예측할 수 있습니다.
테스트 시작 시 습기 없이 테스트 전반에 걸쳐 Stanyl® TW271F6를 사용했습니다. 고체 윤활제(PTFE)를 내구성 테스트를 위해 샘플에 첨가했습니다. 테스트 기어는 6개의 게이트를 통해 2개의 캐비티 금형에서 사출 성형되었으며 중량의 30% 유리 섬유로 강화되어 성형 중 수축 보정이 우수했습니다. 성형 후 기어의 품질 품질은 ISO 1328에 따라 12입니다.
두 개의 모터가 있는 맞춤형 환경 제어 실험 설정을 사용하여 하나는 주어진 속도로 기어를 회전시키고 다른 하나는 제동하여 구동 기어의 일정한 토크 출력을 보장합니다. 국부 치아 온도는 적외선 센서를 통해 측정되는 정상 상태 온도에 도달할 때까지 마찰로 인해 증가합니다.
웰드 라인에서 섬유 배향은 톱니의 루트와 평행하지 않습니다. 이 결과 부품의 이러한 위치에서 강성 및 강도 차이가 발생합니다. 우리는 응력-변형 곡선의 응력을 나타내는 계수를 결정하기 위해 기어의 톱니에서 평균적으로 균일한 섬유 배향을 가정했지만 계수는 기어 형상과 게이트 위치에 크게 의존합니다.
웰드 라인에서 섬유 배향의 차이는 국부 강성 및 강도 차이를 유발합니다.
기어의 내구성 은 다양한 환경 온도에서 다양한 토크 수준에서 테스트되었으며 수명이 기록되었습니다. 실험은 수명이 적용된 토크 수준과 환경 조건에 의해 심각하게 영향을 받는다는 것을 보여줍니다.
Envalior 에서는 이 데이터와 테스트 방법론을 사용하여 기어 테스터의 비등온 내구성 측정을 기반으로 근본 고장을 정확하게 예측하는 접근 방식을 개발했습니다. 우리는 온도 종속 사전 인자를 사용하여 등온 루트 응력 피로 곡선을 예측할 수 있습니다. 예측은 마모 현상이 잠재적인 고장 메커니즘이 되는 매우 높은 온도 또는 매우 긴 테스트 시간을 가진 응용 분야를 제외하고 수명 동안 3배 이내의 정확도를 입증했습니다.
Envalior CAE 전문가/과학자
Benjamin van Wissen은 Envalior의 CAE 전문가/과학자 입니다. 그는 강도, 강성, 피로, 크립, NVH 및 열 성능 평가를 포함한 폴리머 응용 분야에 대한 FEA 분석을 수행합니다. 그는 폴리머 기어 강도 계산 및 설계를 전문으로 합니다. 그 외에도 그는 복잡한 FEA 소재 카드를 특성화하기 위한 기초 소재 연구를 담당하고 있습니다. Envalior 입사 전에는 자동차 및 화학 산업에서 근무했습니다. 그는 Abaqus, Altair Hyperworks(Optistruct 및 CFD 포함 ), Digimat 및 KISSsoft를 기어 설계 및 계산에 사용하는 FEA에 능숙한 강력한 엔지니어링 전문가입니다.
08 July 2024
