Transcript ZB4 12_2011 - pkaero - Politechnika Rzeszowska

III KONFERENCJA RADY PARTNERÓW CZT AERONET
i PANELE EKSPERTÓW PROJEKTU 12 – 13 Grudnia 2011 r.
„Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym”
ZB 4
Opracowanie nowej, prostszej i tańszej przekładni zębatej
w miejsce skomplikowanych i drogich
przekładni planetarnych
Lider merytoryczny
Prof. dr hab. inż Piotr Kula, PŁ
dr inż Bogdan Kozik, PRz
Instytucje partnerskie w zadaniu
Politechnika Rzeszowska
Politechnika Łódzka
III i IV kwartał 2011
PROJEKT WSPÓŁFINANSOWANY PRZEZ UNIĘ EUROPEJSKĄ ZE ŚRODKÓW EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU ROZWOJU REGIONALNEGO
Główne wyniki zrealizowanych prac
badawczych
•
•
•
•
•
•
•
Opracowanie założeń konstrukcyjnych i wykonanie obliczeń parametrów
geometrycznych przekładni planetarnej dla badań opartych na zasadzie
podobieństwa modelowego
Opracowanie założeń dla wykorzystania metod CAx/RE/RP w procesie
badawczym przekładni lotniczych
Wykonanie modeli geometrycznych poszczególnych elementów przekładni w
środowisku 3D-CAD
wykonanie wirtualnej analizy współpracy poszczególnych elementów zespołu
przekładniowego
Wykonanie analizy współpracy kół przekładni w różnych warunkach
obciążenia z zastosowaniem MES
Wykonanie prototypów badawczych kół zębatych z zastosowaniem metod RP
Wykonanie analizy dokładności prototypów badawczych z zastosowaniem
współrzędnościowych metod pomiarowych
Główne wyniki zrealizowanych prac
badawczych
Model bryłowy przekładni planetarnej
Model rzeczywisty przekładni planetarnej
Główne wyniki zrealizowanych prac
badawczych
Zestawienie modeli rzeczywisty przekładni dwudrożnej i planetarnej
dla badań opartych na zasadzie podobieństwa modelowego
Główne wyniki zrealizowanych prac
badawczych
Opracowanie planu procesu projektowania i wykonania przekładni dwudrożnej o
zmniejszonej masie i wymiarach gabarytowych.
Działania, które powinny być wykonane na etapie projektu wstępnego:
•Analiza przepisów lotniczych pod kątem wymagań dla śmigłowców
•Analiza dotychczasowych rozwiązań konstrukcyjnych układów napędowych
stosowanych w przemyśle lotniczym
•Analiza rozwiązań materiałowych stosowanych w konstrukcjach przekładni
lotniczych
•Analiza narzędzi programowych umożliwiających
•teoretyczne zaprojektowanie przekładni wielodrożnej z punktu widzenia
możliwości przeprowadzenia niezbędnych obliczeń nowej przekładni
•Opracowanie schematu zazębienia kół przekładni
•Dobór rodzaju i parametrów kół zębatych
•Analizy wytrzymałościowe zazębienia z warunków na zginanie i naciski
powierzchniowe w oparciu o dostępne metodyki analityczne (ISO, PN)
•Wstępny dobór średnic wałów
•Wybór sposobu łożyskowania i wstępny dobór łożysk
•Wykonanie przekroju (layout)i modeli CAD zazębienia
Główne wyniki zrealizowanych prac
badawczych
Model CAD przekładni stanowiskowej
wykonany dla projektu wstępnego
Główne wyniki zrealizowanych prac
badawczych
1. Badanie naprężeń własnych w kołach zębatych po obróbce cieplnej poddanych
różnym rodzajom nawęglania
Koło nr/opis procesu
1
Nawęglanie
proszkowe
2
Nawęglanie gazowe
3
Nawęglanie
próżniowe
Wartość naprężeń własnych
wzdłużnych na średnicy
podziałowej
+96.6 ± 16.3 MPa
-64.4 ± 9.3 MPa
-134.0 ± 18.0 MPa
2. Badanie zawartości austenitu szczątkowego w stalach do nawęglania po obróbce
cieplnej
Proces/grubość warstwy nawęglonej
Materiał
Prenit /1.4
Prenit/ 2.7
FineCarb /1.4
FineCarb/ 0.6
AMS6265
AMS6278
AMS6380
AMS 6265
AMS 6278
AMS 6308
AMS 6265
AMS 6278
AMS 6380
AMS 6265
AMS 6278
AMS 6380
Prenit/ 0.6
Prenit/ 0.9
Zawartość γR [%]
29,04
18,91
25,95
11,94
12,62
10,29
17,21
15,83
15,84
19,63
19,26
16,89
Dane do wskaźników realizacji celów
projektu
Dane do wskaźników realizacji celów projektu (produktu i rezultatu) uzyskanych
w trzecim i czwartym kwartale 2011
• Referaty konferencyjne
Budzik G., Pisula J., Dziubek T., Sobolewski B., Zaborniak M.: Zastosowanie
systemów CAD/RP/CMM w procesie prototypownia kół zębatych walcowych o zębach
prostych. Baranów Sandomierski, październik 2011
• Publikacje w czasopismach (pełne dane bibliograficzne), które ukazały się w II
półroczu 2011 r.
1. Budzik G., Sobolak M., Kozik B., Sobolewski B.: A demonstrative prototype of
aeronautical dual-power path gear unit, Journal of KONES 2011, Vol. 18, No 3/2011
2. Kozik B.: An analysis of criterion for choosing constructional solutions for aeronautic
multi-powr path gear unit, Journal of KONES, Vol. 18, No 3/2011, s. 169-174
3. Budzik G.: The Use of the Rapid Prototyping Method for the Manufacture and
Examination of Gear Wheels, Monograph: Advanced Applications of Rapid Prototyping
Technology in Modern Engineering, INTECH Open Access Publisher ISBN 978-953307-330-9.
Dane do wskaźników realizacji celów
projektu
4. Sawicki J., Dybowski K., Pietrasik R., Kula P.,
Wpływ obróbki ubytkowej na wytrzymałość zmęczeniową stykową kół zębatych ze stali
17CrNi6-6 poddanych nawęglaniu próżniowemu ze wstępnym azotowaniem; 8
Konferencja Naukowa Inżynieria Powierzchni INPO 2011; Inżynieria Materiałowa Nr
4/2011 str.703-706
5. Wołowiec E., Kula P., Klimek Ł., Januszewicz B.,
Przyspieszenie powstawania warstw w elementach nawęglanych próżniowo; 8
Konferencja Naukowa Inżynieria Powierzchni INPO 2011; Inżynieria Materiałowa Nr
4/2011 str.793-796
6. Dybowski K., Pietrasik R., Kula P., Lipa S.,
Porównanie wytrzymałości zmęczeniowej na zginanie stali 17CrNi6-6 i 16MnCr5 po
nawęglaniu próżniowym; 8 Konferencja Naukowa Inżynieria Powierzchni INPO 2011;
Inżynieria Materiałowa Nr 4/2011 str.392-395)
• Prace mgr, dr, hab. – obronione w II półroczu 2011 r.
Prace magisterskie obronione:
1. Marek Sokołowski: Przekładnia obiegowa z zębami typu beveloid z automatycznym
kasowaniem luzów.
Promotor: dr hab. inż. Mariusz Sobolak, prof. PRz
2. Adam Zaprzała: Projekt koncepcyjny prototypu badawczego przekładni dwudrożnej.
Promotor: dr hab. inż. Grzegorz Budzik, prof. PRz
Główne wnioski
1. Komputerowo wspomagane metody projektowania CAD i analizy
CAE w połączeniu z technologiami Rapid Prototyping pozwalają na
szybkie i przez to relatywnie tanie wykonanie demonstracyjnych
i badawczych prototypów przekładni lotniczych.
2. Zastosowanie w przekładni dwudrożnej walcowych kół zębatych
o zębach śrubowych pozwala zmniejszyć gabaryty przekładni.
3. Zmiana typu uzębienia na uzębienie walcowe o zębach śrubowych
spowodowała pojawienie się siły poosiowej, która niekorzystnie
wpływa na obciążenia łożysk oraz wprowadza dodatkowe obciążenia
w samym kole zbiorczym. Wstępne obliczenia nośności łożysk
wykazały, że ich żywotność zmalała, ale założony resurs przekładni
został zachowany.
Główne wnioski
1. Przenośny dyfraktometr rentgenowski umożliwia szybki i dokładny
pomiar naprężeń własnych i zawartości austenitu szczątkowego istotnych z punktu widzenia eksploatacyjnego, parametrów warstwy
wierzchniej zarówno w próbkach badawczych jaki i elementach
rzeczywistych takich jak koła zębate.
2. Pomiar na średnicy podziałowej kół zębatych wykazał znaczące
różnice w poziomie naprężeń własnych zależnie od rodzaju
nawęglania któremu zostały one poddane.
3. Wykorzystanie metody rentgenowskiej dla pomiaru zawartości
austenitu szczątkowego eliminuje konieczność pracochłonnej oceny
tego parametru metodą optyczną. Pomiar jest możliwy również na
elementach o skomplikowanych kształtach.
4. Wykorzystywana w pomiarach lampa rentgenowska emitująca
charakterystyczne
promieniowanie
Cr
może
być
także
wykorzystywana dla pomiarów naprężeń własnych w konstrukcjach
wykonanych z aluminium i jego stopów.
Dziękuję za uwagę