ضريب شدت تنش در چرخ‌دنده ترك‌دار فولادي و ماده هدفمند در جعبه دنده خودرو

Stress intensity factor in single cracked gears made of steel and functionally graded materials in vehicle gearbox

در اين تحقيق، شروع ترك و نفوذپذيري آن، در دندانه چرخ‌دنده براي جعبه دنده خودرو بررسي شده است. دندانه‌اي با تركي در ريشه آن، در نرم‌افزار ABAQUS شبيه‌سازي شد. سپس ضريب شدت تنش (ض.ش.ت.) در نوك ترك براي حالت‌هاي مختلف بارگذاري محاسبه شد. ض.ش.ت. در نوك ترك براي چرخ‌دنده ساخته‌ شده از فولاد و چرخ‌دنده ساخته‌شده از ماده هدفمند به دست آمده و باهم مقايسه شده‌اند. تاثير موقعيت بار دندانه، هندسه ريشه دندانه و نفوذ توزيع بار روي پهلوي دندانه بر ض.ش.ت. بررسي شده است. نتايج عددي نشان مي‌دهند كه ترك مي‌تواند از مكان‌هاي متفاوتي در ريشه دندانه آغاز و در امتداد مسيرهاي خاص رشد نمايد؛ به طوري كه با در نظر گرفتن ترك به اندازه مشخص در ريشه دندانه مي‌توان نشان داد كه ض.ش.ت. حالت اول بيشترين مقدار را نسبت به ض.ش.ت. حالت‌هاي دوم و سوم به خود اختصاص مي‌دهد، لذا بيشتر شكست‌ها براي چرخ‌دنده‌ها در حالت اول است.

The fracture problem in gears with cracks on the root of the gear teethes has been considered in this article. The problem was solved by the finite element method, using the ABAQUS software. Then, the stress intensity factor at the tip of cracks was calculated for different loading conditions. The stress intensity factor at the tip of cracks for steel gears and gears made of functionally graded materials were obtained and compared. The position of the indentation load, the geometry of the tooth root and the tooth flank load distribution on the stress intensity factor was investigated. Numerical results showed that by considering the size of the crack in the tooth root, the value of the stress intensity factor, mode I, was bigger than mode II and mode III.