تحلیل عددی تأثیر پارامترهای مختلف در شرایط روانکاری و احتمال سایش در چرخ‌دنده‌های ساده و مارپیچ در سه گروه روغن پایه متداول در صنعت

بیرالوند, داوود; قاضی زاده احسائی, حسین; بناءزاده, فرزاد; مقدس, رسول

doi:10.48301/kssa.2023.394313.2529

تحلیل عددی تأثیر پارامترهای مختلف در شرایط روانکاری و احتمال سایش در چرخ‌دنده‌های ساده و مارپیچ در سه گروه روغن پایه متداول در صنعت

نوع مقاله : مقاله پژوهشی (نظری)

نویسندگان

داوود بیرالوند ¹

حسین قاضی زاده احسائی ²

فرزاد بناءزاده ¹

رسول مقدس ³

¹ کارشناسی ارشد، امور خدمات فنی مهندسی، مجتمع فولاد بوتیای ایرانیان، کرمان، ایران.

² استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه فنی و حرفه‌ای، تهران، ایران.

³ کارشناسی ارشد، مدیر امور خدمات فنی مهندسی، مجتمع فولاد بوتیای ایرانیان، کرمان، ایران.

10.48301/kssa.2023.394313.2529

چکیده

چرخ دنده‌ها یکی از اجزای بسیار مهم در سیستم‌های انتقال قدرت در صنعت می‌باشند. در پژوهش حاضر با استفاده از کد کامپیوتری در نرم‌افزار متلب بر اساس استاندارد AGMA 925-A03پس از صحت سنجی کد نوشته شده، تأثیر پارامترهای مختلف در شرایط روانکاری برای 3 گروه روغن پایه متداول در صنعت (پایۀ معدنی گروه 1، سینتتیک^[1] PAO و PAG) بررسی شده و طی آن ضخامت فیلم روغن در طول خط عمل^[2] برای 25 نقطه مختلف محاسبه و احتمال سایش در چرخ دنده‌ها بررسی شده است. همچنین دمای لحظه‌ای و تماسی در هر نقطه بررسی و با در نظر گرفتن ضریب اصطکاک احتمال سایش به‌صورت کمی‌ محاسبه شده است. نتایج نشان می‌دهد زمانی که دمای روغن گیربکس کمتر از 58 درجه سلسیوس باشد استفاده از روغن معدنی به‌دلیل ضریب فشار – ویسکوزیته بالاتر نسبت به روغن پایه PAG و در دمای روغن کمتر از 72 درجه سلسیوس نسبت به روغن پایه PAO فیلم روغن ضخیم‌تر و مستحکم‌تری تشکیل می‌دهد و در دماهای بالاتر از این اعداد به‌دلیل شاخص گرانروی بالاتر روغن‌های پایه سینتتیک فیلم روانکار روغن‌های سینتتیک ضخامت فیلم مستحکم‌تری تشکیل می‌دهند. همچنین هرچقدر سرعت پینیون و میانگین زبری سطح افزایش یابد میزان دمای تماسی کمتر و فیلم روغن مستحکم‌تر می‌شود.

[1] Synthetic
[2] Action line

کلیدواژه‌ها

ضخامت فیلم روانکار چرخ دنده AGMA ضریب فشار

ویسکوزیته

موضوعات

مهندسی مکانیک

عنوان مقاله English

Numerical Analysis of the Effect of Different Parameters on Lubrication Conditions and the Possibility of Wear in Spur and Helical Gears in Three Groups of Common base Oils in the Industry

نویسندگان English

Davood Beyralvand ¹

Hossein Ghazizade-Ahsaee ²

Farzad Banazadeh ¹

Rasoul Moghaddas ³

¹ MSc Student, Engineering Technical Services, Butia Iranian Steel Complex, Kerman, Iran.

² Assistant Professor, Department of Mechanical Engineering, Technical and Vocational University (TVU), Tehran, Iran.

³ MSc Student, Engineering Technical Services Manager, Butia Iranian Steel Complex, Kerman, Iran.

چکیده English

Gears are one of the most important components in power transmission systems in the industry. In this research, using computer codes in MATLAB based on the AGMA 925-A03 standard, the effect of different parameters on lubrication conditions for 3 groups of common base oils in the industry (mineral base group 1, PAO and PAG) was investigated after verifying the written code. Oil film thickness along the line of action was calculated for 25 different points and the possibility of wear in the gears was investigated. Furthermore, the instantaneous and contact temperature at each point was checked and by considering the friction coefficient, the possibility of wear was quantitatively calculated. The results showed that when the temperature of gear oil is lower than 58°C, the use of mineral oil has a higher pressure-viscosity coefficient than PAG base oil and when the oil temperature is lower than 72°C compared to PAO base oil, a greater and stronger thick oil film forms; and at temperatures higher than these, due to the higher viscosity index of synthetic base oils, the lubricating film of synthetic oils forms a stronger film thickness. In addition, the higher the speed of the pinion and the smoothness of the surface, the lower the contact temperature and the stronger the oil film.

کلیدواژه‌ها English

Lubricant Film Thickness Gear

AGMA

Pressure Coefficient

Viscosity

[1] Kelley, B. W. (1953). A new look at the scoring phenomena of gears. Society of Automotive Engineers transactions, 61, 175-188. https://www.jstor.org/stable/44553238

[2] Liu, F. H., Theodossiades, S., Bergman, L. A., Vakakis, A. F., & McFarland, D. M. (2015). Analytical characterization of damping in gear teeth dynamics under hydrodynamic conditions. Mechanism and Machine Theory, 94, 141-147. https://doi.org/10.1016/j. mechmachtheory.2015.08.007

[3] Bair, S. (2018). Generalized Newtonian viscosity functions for hydrodynamic lubrication. Tribology International, 117, 15-23. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2017.08.014

[4] Chapkov, A. D., Bair, S., Cann, P., & Lubrecht, A. A. (2007). Film thickness in point contacts under generalized Newtonian EHL conditions: Numerical and experimental analysis. Tribology International, 40(10-12), 1474-1478. https://doi.org/10.1016/j.triboint.20 07.01.002

[5] Polajnar, M., Thiebaut, B., Jarnias, F., & Kalin, M. (2021). Elasto-hydrodynamic friction changes on steel surfaces arising from the modified surface energy of the steel due to additive boundary films. Tribology International, 164(40), 107203. https://doi.or g/10.1016/j.triboint.2021.107203

[6] Wellauer, E. J., & Holloway, G. A. (1976). Application of EHD Oil Film Theory to Industrial Gear Drives. Journal of Engineering for Industry, 98(2), 626-631. https://doi.org/10 .1115/1.3438951

[7] Zhang, B., Wang, J., Omasta, M., & Kaneta, M. (2015). Effect of fluid rheology on the thermal EHL under ZEV in line contact. Tribology International, 87, 40-49. https://doi.org/1 0.1016/j.triboint.2015.01.024

[8] Zhao, Y., & Wong, P. L. (2021). Thermal-EHL analysis of slip/no-slip contact at high slide-to-roll ratio. Tribology International, 153, 106617. https://doi.org/10.1016/j.triboint .2020.106617

[9] Benedict, G. H., & Kelley, B. W. (1961). Instantaneous Coefficients of Gear Tooth Friction. American Society of Lubrication Engineers Transactions, 4(1), 59-70. https://doi.or g/10.1080/05698196108972420

[10] Raisin, J., Fillot, N., Vergne, P., & Dureisseix, D. (2019). Numerical simulation of lubricated DLC-coated point contacts under infinite sliding conditions. Tribology International, 133, 136-151. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2018.12.032

[11] Xu, L. (2023). Overview of EHL Helical Gear Friction Based on Point Contact. Academic Journal of Engineering and Technology Science, 6(1), 46-49. https://doi.org/10.252 36/AJETS.2023.060107

[12] Zhao, J., Sheng, W., Li, Z., Zhang, H., & Zhu, R. (2022). Effect of lubricant selection on the wear characteristics of spur gear under oil-air mixed lubrication. Tribology International, 167(4), 107382. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2021.107382

[13] Camousseigt, L., Galfré, A., Couenne, F., Oumahi, C., Muller, S., & Tayakout-Fayolle, M. (2023). Oil-bleeding dynamic model to predict permeability characteristics of lubricating grease. Tribology International, 183, 108418. https://doi.org/10.1016/j.t riboint.2023.108418

[14] Flodin, A., & Andersson, S. (2000). Simulation of mild wear in helical gears. Wear, 241(2), 123-128. https://doi.org/10.1016/S0043-1648(00)00384-7

[15] De la Cruz, M., Chong, W. W. F., Teodorescu, M., Theodossiades, S., & Rahnejat, H. (2012). Transient mixed thermo-elastohydrodynamic lubrication in multi-speed transmissions. Tribology International, 49, 17-29. https://doi.org/10.1016/j.triboint. 2011.12.006

[16] Johnson, K. L., Greenwood, J. A., & Poon, S. Y. (1972). A simple theory of asperity contact in elastohydro-dynamic lubrication. Wear, 19(1), 91-108. https://doi.org/10.1016/0 043-1648(72)90445-0

[17] Akbarzadeh, S., & Khonsari, M. M. (2008). Performance of Spur Gears Considering Surface Roughness and Shear Thinning Lubricant. Journal of Tribology, 130(2), 021503. htt ps://doi.org/10.1115/1.2805431

[18] Beyralvand, D., Banazadeh, F., Ghazizade-Ahsaee, H., & Moghaddas, R. (2022). Investigation on the Effect of Different Parameters in Lubrication Conditions in the Roller Bearings of the Rotary Kiln of Pelletizing Plant of Butia Iranian Steel Company. Karafan Quarterly Scientific Journal, 19(1), 243-262. https://doi.org/10.48301/kssa.2022.298589.1657

[19] American Gear Manufacturers Association. (2003). Effect of Lubrication on Gear Surface Distress (AGMA 925-A03). AGMA. https://webstore.ansi.org/preview-pages/AG MA/preview_AGMA+925-A03+(R2013).pdf

[20] Blok, H. (1937, June 14-19). Les températures de surface dans des conditions de graissage sous extrême pression. 2nd World Petroleum Congress, Paris, France. https://onepet ro.org/WPCONGRESS/proceedings-abstract/WPC02/All-WPC02/200848

[21] Fitch, J. C., & Troyer, D. D. (2000). Sampling methods for used oil analysis. Tribology & Lubrication Technology, 56(3), 40. https://www.proquest.com/openview/d467ac 85a9ec13d021cdb42c1eb630f6/1?pq-origsite=gscholar&cbl=44644