Optimization of hobbed spiral bevel and hypoid gears, manufactured on CNC machine tools  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
77921
Type K
Principal investigator Simon, Vilmos
Title in Hungarian CNC fogazógépeken, kettős legördítéssel gyártott íveltfogú kúpkerekek és hipoid fogaskerekek optimizálása
Title in English Optimization of hobbed spiral bevel and hypoid gears, manufactured on CNC machine tools
Keywords in Hungarian Íveltfogú kúpkerekek, hipoid fogaskerekek, tervezés, optimizálás, gyártás
Keywords in English Spiral bevel gears, hypoid gears, design, optimization, manufacture
Discipline
Mechanics (Council of Physical Sciences)100 %
Ortelius classification: Propulsion systems engineering
Panel Engineering, Metallurgy, Architecture and Transport Sciences
Department or equivalent Department of Machine and Industrial Product Design (Budapest University of Technology and Economics)
Participants Kozma, Mihály
Starting date 2009-04-01
Closing date 2013-12-31
Funding (in million HUF) 8.000
FTE (full time equivalent) 5.40
state closed project
Summary in Hungarian
A tervezett kutatás célja a kétszeres legördítéssel gyártott íveltfogú kúpkerekek és hipoid fogaskerekek optimális fogmódosításának a meghatározása az új, hatszabadságfokú, CNC fogazógépek adta lehetőségek alapján.
A tervezett kutatási feladatok:
1. A fogaskerekek geometriájának a meghatározása a hatszabadságfokú, CNC fogazógépek mozgáslehetőségeinek a függvényében. Az egyes szerszámgépbeállítási paraméterek különböző hatványú polinomok szerinti változtatása és azok befolyásának a meghatározása a pillanatnyi érintkezési pontok nyomvonalának és a “potenciális” érintkezési vonalaknak az alakjára és helyzetére a fogaskerekek legördülése folyamán, valamint a fogaskerekek pillanatnyi helyzeteiben a fogfelületek között fellépő hézag alakjára és nagyságára.
2. A fogaskerekek kapcsolódásának terhelés alatti vizsgálata. A szerszámgépbeállítási paraméterek változtatására alkalmazott függvények befolyásának a vizsgálata a maximális fogfelületi nyomásra, terheléseloszlási tényezőre és a fogaskerékpár áttételi hibájára. A függvények optimálása a kapott eredmények alapján.
3. A fogaskerekékpárok termo-elasztohidrodinamikus kenésvizsgálata. A szerszámgépbeállítási paraméterek változtatására felállított függvények befolyásának vizsgálata a kenési viszonyokra és paraméterekre, az erre kifejlesztett számítógépes program segítségével.
4. A kétszeres legördítéssel gyártott íveltfogú kúpkerekek és hipoid fogaskerekek fogfelületi módosításának az optimálása az előbbi pontokban felsorolt kutatások során kapott eredmények alapján. A hatszabadságfokú CNC fogazógépek mozgásait vezérlő függvények meghatározása az optimális fogmódosítások elérése céljából.
Summary
The aim of the planned research is the determination of the optimal tooth surface modifications in face hobbed spiral bevel and hypoid gears manufactured on six-axis free-form gear generators.
The main elements of the planned research are:
1. Tooth surface generation of spiral bevel and hypoid gears by face hobbing method on six-axis free-form CNC gear generators. The variation of machine tool settings will be represented as polynomials of degree n in terms of cradle rotation angle. The full tooth contact analysis of the obtained gear pair will be carried out. The influence of the degree of the polynomial functions on the position and shape of path of contact and potential contact lines, and on the shape and size of separation of contacting teeth surfaces will be investigated.
2. Loaded tooth contact analysis of face hobbed spiral bevel and hypoid gears. The influence of the order of polynomial functions for machine tool setting variations on maximum tooth contact pressure, load distribution factor, and transmission errors will be investigated. On the basis of the obtained results, the optimal values of the coefficients of the polynomial functions conducting the machine tool setting variations will be determined.
3. Thermo-elasohydrodynamic analysis of lubrication of face hobbed spiral bevel and hypoid gears. The influence of the order of polynomial functions for machine tool setting variations on EHD lubrication will be investigated.
4. On the basis of the obtained results of load distribution calculation and EHD lubrication analysis, the optimal tooth modifications and the corresponding cutting process for face hobbed spiral bevel and hypoid gears will be proposed.




 

Final report

  
Results in Hungarian
1. Meghatároztuk a kettős legördítéssel gyártott hipoid fogaskerekek és íveltfogú kúpkerekek geometriáját a hatszabadságfokú, CNC szerszámgépek mozgáslehetőségeinek a függvényében. A szerszámgép-beállítási paraméterek változtatására ötödfokú polinom függvényeket alkalmaztunk. Kidolgoztunk egy algoritmust a CNC fogazógép mozgásainak ezen függvények szerinti vezérlésére.. 2. Elvégeztük az új módszerrel generált hipoid fogaskerekek és íveltfogú kúpkerekek kapcsolódásának terhelés alatti vizsgálatát, ami magában foglalta a terheléseloszlás meghatározását a pillanatnyilag kapcsolódásban lévő fogpárok között, valamint ezen fogpárok érintkezési vonalai mentén. 3. Kidolgoztunk egy módszert a kettős legördítéssel gyártott hipoid fogaskerekek és íveltfogú kúpkerekek termo-elasztohidrodinamikus kenésvizsgálatára. 4. Kifejlesztettünk egy módszert a szerszám geometriájának és a gépbeállítási paraméterek változtatásának szisztematikus optimalizálására. Az optimalizálás célja, hogy szimultán csökkentsük a maximális fogfelületi nyomást, a hajtott fogaskerék szögelfordulási hibáját, az olajfilmben az energiaveszteséget és maximalizáljuk az olajfilm hidrodinamikus terhelhetőségét. 5. Kifejlesztettük a megfelelő számítógépes programokat. 6. Az optimális fogfelületi módosítások alkalmazásával lényegesen csökkent a maximális fogfelületi nyomás, az áttételi hiba, az olajfilmben jelentkező energiaveszteségek és növeke-dett az olajfilm hidrodinamikus terhelhetősége.
Results in English
1. The geometry of face-hobbed hypoid and spiral bevel gears due to the possible movements of the six-axis free-form CNC machine-tools was determined. The variation of machine tool settings was represented by polynomial functions of fifth order. An algorithm was developed for the execution of motions on the CNC hypoid generators conducted by polynomial functions. 2. The loaded tooth contact analysis of face-hobbed hypoid and spiral bevel gears was performed. 3. The full thermo-elastohydrodynamic analysis of lubrication in face-hobbed modified hypoid and spiral bevel gears was carried out. 4. An optimization methodology was developed to systematically define optimal head-cutter geometry and machine-tool settings to induce optimal tooth modifications. The goal of the optimization is to simultaneously minimize tooth contact pressures and angular displacement error of the driven gear, to maximize the EHD load-carrying capacity of the oil film and to minimize the power losses in the oil film. 5. The theoretical background was implemented by the corresponding computer simulations. 6. By applying the optimal tooth modifications, drastic reduction in the maximum tooth contact pressure, transmission errors and power losses in the oil film, and increase in the EHD load-carrying capacity were achieved.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=77921
Decision
Yes





 

List of publications

  
Simon, V.: Optimal Tooth Modifications in Face-Hobbed Spiral Bevel Gears to Reduce the Influence of Misalignments on EHD Lubrication, ASME Journal of Mechanical Design (elfogadva), 2014
Simon, V.: Optimal Machine Tool Settings for the Manufacture of Face-Hobbed Spiral Bevel Gears, ASME Journal of Mechanical Design (under review), 2014
Simon, V.: Manufacture of Optimized Face-Hobbed Spiral Bevel Gears on CNC Hypoid Generator, ASME Journal of Manufacturing Science and Engineering (elfogadva), 2014
Simon, V.: Optimization of Face-Hobbed Hypoid Gears, Mechanism and Machine Theory (under review), 2014
Simon, V.: Reduction of the Influence of Misalignments on Operating Characteristics in Face-Hobbed Hypoid Gears, Meccanica (under review), 2014
Simon, V.: Minimization of the Influence of Misalignments on EHD Lubrication in Face-Hobbed Spiral Bevel Gears, ASME International Power Transmission and Gearing Conference, Portland, Paper No. DETC2013/PTG-12080, pp. 1-11, 2013
Simon, V.: Optimal Tooth Surface Modifications in Face-Hobbed Hypoid Gears, Key Engineering Materials, Vol. 572, pp. 351-354, 2013
Simon V: Generation of Hypoid Gears on CNC Hypoid Generator, J MECH DESIGN - T ASME Vol. 133: 1-9, 2011
Simon V: Advenced Manufacture of Spiral Bevel Gears on CNC Hypoid Generating Machine, J MECH DESIGN - T ASME 132: (3) 1-8, 2010
Simon, V.: Loaded Tooth Contact Analysis in Face-Hobbed Spiral Bevel Gears, 7th In-ternational Conference Research and Development of Mechanical Elements and Systems, Zlatibor, pp. 507-514, 2011
Simon, V.: Manufacture of Face-Hobbed Spiral Bevel Gears on CNC Hypoid Generator, 10th International Conference Modern Technologies in Manufacturing, Cluj-Napolca, pp. 295-298, 2011
Simon, V.: Optimal Tooth Modifications in Face-Hobbed Spiral Bevel Gears, 7th International Conference KOD 2012 on Machine and Industrial Design in Mechanical Engineering, Balatonfüred, pp. 9-16., 2012
Simon, V.: Elastohydrodynamic Lubrication Analysis in Face-Hobbed Spiral Bevel Gears, Proceedings of the 7th International Conference KOD 2012 on Machine and Industrial Design in Mechanical Engineering, Balatonfüred, pp. 349-356., 2012
Simon, V.: Optimization in Face-Hobbed Spiral Bevel Gears, 3rd International Conference on Engineering Optimization, Rio de Janeiro, pp. 1-7., 2012
Simon, V.: Design of Face-Hobbed Spiral Bevel Gears with Reduced Maximum Tooth Contact Pressure and Transmission Errors, Chinese Journal of Aeronautics, Vol. 26, pp.777-790, 2013
Simon V.: Advanced Design and Manufacture of Face-Hobbed Spiral Bevel Gears, Proceedings of the ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition, Lake Buena Vista, Florida, Paper No. IMECE2009-10237, pp. 1-10., 2009
Simon, V.: Influence of Tooth Modifications on Tooth Contact in Face-Hobbed Spiral Bevel Gears, Mechanism and Machine Theory, Vol. 46, pp. 1980-1998, 2011
Simon, V.: Generation and Tooth Contact Analysis of Face-Hobbed Spiral Bevel Gears, 13th World Congress in Mechanism and Machine Science, Guanajuato, Mexico, Paper No. A9_288, pp. 1-10., 2011
Simon, V.: Optimized Polynomial Functions for Inducing Variation on Machine Tool Settings in Manufacturing Hypoid Gears, 13th World Congress in Mechanism and Machine Science, Guanajuato, Mexico, Paper No. A9_289, pp. 1-10., 2011
Simon, V.: Optimal Modifications of Gear Tooth Surfaces, Gear Technology, March/April, pp. 62-72., 2011
Simon, V.: Deformations and Stresses in Face-Hobbed Spiral Bevel Gears, 11th ASME International Power Transmission and Gearing Conference, Washington, Paper No. DETC2011/PTG-47089, pp. 1-11., 2011
Simon, V.: Influence of Tooth Modifications on Load Distribution in Face-Hobbed Spiral Bevel Gears, 11th ASME International Power Transmission and Gearing Conference, Washington, Paper No. DETC2011/PTG-47090, pp. 1-12., 2011



Back »