Analysis and design of a gear tooth crack-growth sensor for real-time measurement

Abstract

90 σ.Στην παρούσα διπλωματική εργασία, αναπτύσσεται μια μέθοδος που βασίζεται στην πτώση του ηλεκτρικού δυναμικού, η οποία επιτρέπει τον προσδιορισμό σε πραγματικό χρόνο του μήκους της ρωγμής στον πόδα οδόντος μετωπικού οδοντωτού τροχού ευθείας, μετωπικής οδοντώσεως. Για να σχεδιασθεί ο αισθητήρας είναι απαραίτητο να εκτιμηθεί η επίπεδη παραμορφωσιακή κατάσταση στην επικίνδυνη διατομή του οδόντος. Εκτελείται στατική ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων στον οδόντα εφαρμόζοντας ένα ομοιόμορφα κατανεμημένο, μοναδιαίο φορτίο κάθετα στο ανώτερο σημείο μονής επαφής του. Η ρωγμή ξεκινάει στο σημείο της μέγιστης κύριας τάσης σ1 και η τροχιά της προσδιορίζεται και σχεδιάζεται με βάση διατμητικά κριτήρια (τύπου Tresca και von Mises). Εισάγεται συνεχές ρεύμα από ένα ζεύγος ηλεκτροδίων και από ένα δεύτερο ζεύγος μετράται η διαφορά δυναμικού. Τα αποτελέσματα συσχετίζονται με τo πραγματικό (%) μήκος της ρωγμής. Η βέλτιστη θέση τοποθέτησης των ηλεκτροδίων εντοπίζεται εκτελώντας ηλεκτροστατική ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων.In this thesis an electrical potential difference method for the real-time assessment of the length of a gear root crack is presented. In order to design and study a crack sensor for gear teeth it is necessary to assess the stress conditions prevailing in the vicinity of the tooth root . In this report , a Finite Element Analysis (FEA) of single spur gear teeth loaded at their HPSTC was performed and the location of the critical cross-section as well as the crack path were determined assuming a maximum shear stress criterion. Two measuring electrodes were placed in selected positions over the gauge area of a spur gear tooth and their readings were associated with the actual position of the crack tip using FEA. The optimum position of the two measuring electrodes was found performing rigorous Electrostatic Field Analysis Simulations.Ανδρέας Ε. Νικολακάκη