بررسی خستگی تماسی و خمشی چرخ دنده های ساده

چرخ دنده یکی از مهم ترین اجزای مکانیکی مورد کاربرد در سیستم های صنعتی می باشد که اغلب به علت خستگی مکانیکی، آسیب دیده و کارایی مطلوب خود را از دست می دهد. خستگی مکانیکی موجب می گردد که چرخ دنده ها در باری کمتر از حد تسلیم، تخریب گردند. در نتیجه بایستی در حین طراحی چرخ دنده ها عمر کاری مورد نیاز آن ها نیز محاسبه گردد. شکست در ناحیه ریشه دنده و کچلی سطح دنده دو عامل از کارافتادگی دنده ها می باشند. شکست ریشه در اثر خستگی خمشی و کچلی ناشی از تنش های تماسی هرتز است که مقادیر این تنش در ناحیه تماس یک زوج دنده ای بیشینه می باشد. فرآیند خستگی به دو قسمت جوانه زنی و رشد ترک تقسیم می شود. برای تخمین عمر خستگی چرخ-دنده ها از مدل های تنش پایه و کرنش پایه موجود استفاده می گردد. جهت تخمین عمر جوانه زنی ترک خستگی از ترکیب روش عددی با مدل های خستگی موجود استفاده می شود. مدل های مذکور به منظور تخمین عمر کاری چرخ دنده ساده ساخته شده از جنس فولاد 42crmo4 مورد استفاده قرار می گیرند. در ابتدا با استفاده از مقایسه میان عمر تخمینی مدل های خستگی و نتایج تجربی موجود، مناسب ترین مدل ها ارائه می گردد. سپس با کمک تعیین عمر خستگی ریشه دنده و سطح جانبی دنده، محل بحرانی جهت آغاز جوانه زنی ترک خستگی مشخص می گردد. در انتها کاهش عمر ناشی از بارگذاری خمشی دوطرفه که در چرخ دنده های هرزگرد ایجاد می گردد، تخمین زده می شود. همچنین تأثیر تغییر ابعاد و اصطکاک بر روی پروفیل و مقادیر تنش تمامی نقاط سطح جانبی دنده مورد بررسی قرار می گیرد.