Análise do contacto de engrenagens cónicas com dentado espiral: simulação numérica e validação experimental

Abstract

O objetivo deste trabalho é, principalmente, o estudo de engrenagens cónicas com dentado espiral. No entanto, no início da análise foram utilizadas engrenagens cilíndricas de dentes retos, por serem um mecanismo mais simples de analise e compreensão do seu comportamento. Para a análise, de ambas, recorreu-se a simulações por elementos finitos, usando o software Abaqus. Em primeiro lugar, foi feito um estudo da arte, para se conhecer melhor o mecanismo de transmissão estudado, as engrenagens. Num modo geral, foram estudados todos os tipos de engrenagens, mas foram analisadas, de um modo mais profundo, os dois tipos de engrenagens utilizados neste estudo (cilíndricas de dentes retos e cónicas de dentado espiral). Nesse mesmo estado da arte, foi feita uma pequena pesquisa sobre os processos de fabrico das engrenagens. Para estudo das engrenagens, foram analisadas as tensões (tensão segundo critério de Von Mises e a tensão normal s22). Este estudo levou em linha de conta aspetos de natureza operacional, tais como o desalinhamento involuntário dos eixos dos elementos da transmissão, bem como a correção do dentado e binário aplicado. Analisaram-se, ainda, alguns aspetos da simulação, que influenciam a análise do comportamento das engrenagens, tais como, influência do número de dentes e refinamento da malha. Por fim, foram analisados os resultados, comparados os comportamentos das engrenagens e retiradas conclusões.

The objective of this work is, mainly, the study of bevel gears with spiral teeth. However, at the beginning of the analysis, straight teeth cylindrical gears were used, as they are a simpler mechanism to analyse and understand their behaviour. For the analysis of both, finite element simulations were used, using the Abaqus software. Firstly, a study of the art was made, in order to better understand the studied transmission mechanism, the gears. In general, all types of gears were studied, but the two types of gears used in this study (cylindrical straight teeth and conical spiral teeth) were further analysed. In this same state of the art, a little research was done on the manufacturing processes of the gears. To study the gears, the stresses were analysed (stress according to Von Mises criteria and the normal stress s22). This study took into account aspects of an operational nature, such as the involuntary misalignment of the axles of the transmission elements, as well as the correction of the gear and applied torque. Some aspects of the simulation were also analysed, which influence the analysis of the behaviour of the gears, such as, influence of the number of teeth and mesh refinement. Finally, the results were analysed, the gears' behaviour was compared and conclusions were drawn.