تحلیل تنش های تماسی در چرخدنده های ساده و مدلسازی سطوح تماسی

تماس یکی از اصلی ترین روش های انتقال نیرو بین اجسام است. مسائل تنش های تماسی در محدوده وسیعی از کاربردهای مهندسی مانند دندانه های درگیر چرخدنده ها، تماس بین چرخ یک واگن و ریل، بادامک ها و یاتاقان های غلتشی قابل طرح و تحلیل است و اهمیت آنها در مهندسی نوین و طراحی های صنعتی امروزی رو به افزایش است. بدیهی است که کیفیت سطوح تماسی اجسام در حال تماس، نقش بسزایی در انتقال نیروهای تماسی دارند و وجود زبری در سطوح آنها عاملی بسیار مهم در ایجاد تنش های تماسی می باشد. در این تحقیق تماس بین دندانه های درگیر در چرخدنده های ساده، با استفاده از روش های تحلیلی مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. همچنین سطوح تماسی بصورت زبر و در حضور عامل اصطکاک در نظر گرفته شده است. زبری های سطوح با استفاده از توابع سهموی و با قیدهای مختلف، تقریب زنی شده و به کمک مدل های مکانیک تماسی کشسان – مومسان بصورت تک و چند زبری مورد تحلیل قرار گرفته است. با بکارگیری مدل اصطکاکی زبری پایه، نیروهای مماسی وارد بر هر تک زبری نیز بررسی گردیده و بدین ترتیب ضریب اصطکاک مربوط به سطوح تماسی زبر در بارهای مختلف محاسبه گردیده است. به منظور بررسی اعتبار تحلیل از تئوری مشهور هرتز و مدل کشسان تماس بین دو استوانه استفاده شده و تاثیر دو عامل کلیدی زبری سطح و اصطکاک در نواحی کشسان- مومسان بر روی تنش های تماسی و برشی مورد مطالعه قرار گرفته است. با تمرکز بر نتایج تحلیل مشاهده می شود که زبری های سطوح موجب افزایش قابل ملاحظه ای در تنش های تماسی موضعی، در مقایسه با شرایط تئوری هرتز بدون لحاظ نمودن زبری می گردد و در این حالت مقادیر تنش های تماسی با ورود به ناحیه کشسان – مومسان، بدلیل آغاز جریان مومسانی و وجود کرنش های مومسان کاهش محسوسی می یابد. همچنین در نظر گرفتن نیروهای مماسی باعث می شود مقادیر حداکثر تنش های برشی، که در فاصله اندکی در زیر سطوح تماسی رخ می دهد و از مهمترین عوامل خرابی سطوح دندانه های چرخدنده های ساده بشمار می رود، نسبت به مدل تماسی هرتز افزایش چشمگیری یابد.