title: Εκπαιδευτικά μοντέλα πεπερασμένων στοιχείων στατικής και δυναμικής αντοχής στοιχείων μηχανών
title: Educational finite element models of static and dynamic strength of machine components
Creators: name: Μακαρογλου Νικολαος
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2024

description: Η παρούσα διπλωματική εργασία παρουσιάζει αναλυτικές οδηγίες χρήσης για τα λογισμικά προσομοίωσης μηχανικής Ansys και Fusion 360. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκαν τρία παραδείγματα μοντέλων, δίνοντας στο χρήστη πληροφορίες για τις διαφορετικές περιπτώσεις που εξετάστηκαν. Αρχικά, πραγματοποιήθηκε ο επανυπολογισμός του συντελεστή συγκέντρωσης τάσεων (Kt), που υπάρχει στα διαγράμματα του Κεφαλαίου 5.3.6 από το σύγγραμμα «Στοιχεία Μηχανών» του συγγραφέα Χρήστος Α. Παπαδόπουλος, έκδοση 3η, εκδόσεις ΤΖΙΟΛΑ. Για το κάθε διάγραμμα από τις σελίδες 134-139, δημιουργήθηκαν τα σχήματα, πάνω στα οποία έγιναν οι προσομοιώσεις στο λογισμικό Ansys. Για την πρώτη καμπύλη αλλάζοντας τις απαραίτητες διαστάσεις βρέθηκαν 6 σημεία και ο συντελεστής συγκέντρωσης τάσεων τους. Ο συντελεστής αυτός συγκρίθηκε με εκείνον που περιέχει το σύγγραμμα σε άξονα i) με σφηνόδρομο ημικυκλικού άκρου, ii) με μεταβολή διατομών, iii) με εγκοπές και iv) με οπή που υπόκεινται σε εφελκυσμό, κάμψη και στρέψη. Βρέθηκε ότι οι θεωρητικές και υπολογιστικές τιμές είναι παραπλήσιες, επαληθεύοντας την ορθότητα των μοντέλων. Στο δεύτερο στάδιο χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό Fusion 360 με το οποίο σχεδιάστηκαν οδοντωτοί τροχοί 21 και 42 δοντιών. Έγινε σύγκριση της καμπτικής τάσης και επιφανειακής πίεσης, καθ’ όσον διακυμαίνεται η στρεπτική δύναμη που ασκείται στον μικρό οδοντωτό τροχό. Επαληθεύθηκαν οι υπολογιστικές τιμές καμπτικής τάσης και επιφανειακής πίεσης μέσω των σχέσεων κατά AGMA για δύναμη ροπής από 100 έως 800 N-m. Στο τρίτο και τελευταίο στάδιο της διπλωματικής εργασίας, έγινε εκ νέου σύγκριση της καμπτικής τάσης και επιφανειακής πίεσης, αλλά σε τροχούς 20 και 40 δοντιών, σταθερής δύναμης, με περιστρεφόμενη κλίση επαφής. Βρέθηκε μία ευθεία πάνω στο σημείο επαφής τους, όπου σε όλα τα σημεία της υπάρχει επαφή ενός σετ δοντιών. Έπειτα, βρέθηκαν 8 σημεία πάνω στη ευθεία αυτή και μέσω μετακίνησης και των 2 τροχών κατά τον άξονα Z υπολογίστηκε η επιφανειακή πίεση στο σημείο επαφής τους για ροπή δύναμης 400 N-m. Όταν το σημείο επαφής απομακρύνεται από τη κορυφή του δοντιού προς τη ρίζα του pinion, μειώνεται η επιφανειακή πίεση. Επιπρόσθετα, συγκρίθηκε και η καμπτική τάση του pinion και του τροχού σε 8 διαφορετικά σημεία, κατά το οποίο παρατηρήθηκε ότι όσο το σημείο επαφής απομακρυνόταν από την κορυφή του δοντιού προς τη ρίζα του pinion, τόσο η καμπτική τάση αυξανόταν. Το ίδιο συνέβη και για τον τροχό. Επομένως, συμπεράθηκε ότι η επιφανειακή πίεση είναι αντιστρόφως ανάλογη της καμπτικής τάσης.
description: This thesis presents detailed user instructions for the engineering simulation software Ansys and Fusion 360. For this purpose, three example models were used, giving the user information about the different cases considered. Initially, the stress concentration factor (Kt) was recalculated, which is present in the diagrams of Chapter 5.3.6 from the book "Elements of Machines" by the author Christos A. Papadopoulos, 3rd edition, TZIOLA publications. For each diagram from pages 134-139, the figures were created, on which the simulations were made in the Ansys software. For the first curve, by changing the necessary dimensions, 6 points and their stress concentration factor were found. This coefficient was compared to that contained in the book for axis i) with a hemispherical tip spline, ii) with changing cross-sections, iii) with notches and iv) with a hole subjected to tension, bending and torsion. The theoretical and calculated values were found to be close, verifying the correctness of the models. In the second stage, the Fusion 360 software was used, with which 21 and 42 tooth spur gears were designed. A comparison of bending stress and surface pressure was made as the torsional force applied to the small gear varies. The calculated bending stress and surface stress values were verified through the AGMA equations for torque force from 100 to 800 N-m. In the third and final stage of the thesis, the bending stress and surface pressure were again compared, but on 20 and 40 teeth spur gears, the force being constant, with rotating contact slope. A straight line was found on their point of contact, where at all its points there is contact of one set of teeth. Then, 8 points were found on this line and by moving both wheels along the Z axis, the surface pressure at their contact point was calculated for a torque of 400 N-m. As the contact point moves away from the top of the tooth towards the root of the pinion, the surface pressure is reduced. In addition, the bending stress of the pinion and wheel at 8 different points was compared, in which it was observed that as the contact point moved away from the top of the tooth towards the root of the pinion, the bending stress increased. The same happened for the wheel. Therefore, it was concluded that the surface pressure is inversely proportional to the bending stress.