Általános geometriájú fogaskerekek generálása

XXXI. OTDK, Műszaki Tudományi Szekció, 9A_Gépgyártástudomány és -technológiai berendezések tagozat

Helyezés: 2

Nevező intézmény: Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gépészmérnöki Kar

A pályamunka szerzői: Bendefy András
Szak: Géptervező, Képzés típusa: MSc, Intézmény: Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Kar: Gépészmérnöki Kar,
Bendefy Zoltán
Szak: Mérnök Informatikus, Képzés típusa: BSc, Intézmény: Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Kar: Villamosmérnöki és Informatikai Kar


Témavezető:
Bachrathy Dániel - tud. munkatárs, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gépészmérnöki Kar


A fogaskerekek gyártása leggyakrabban fogazógépek segítségével történik, melyek különböző kialakításúak lehetnek. E gépek a megfelelő paraméterek megadása után képesek legyártani a fogaskerekeket, a pontos geometria ismerete nélkül.

A közelmúltban, a gépészmérnöki gyakorlatban a fogaskerekek egyértelmű geometriai leírására csak ritkán volt szükség, azonban a mai CNC technológiák bevezetésével ez megváltozott. Lehetőség nyílt például lézeres vagy egyéb lemez-megmunkálási technológiával tetszőleges fogprofilú és alakú fogaskerekek előállítására. Ezekhez viszont elengedhetetlen az egyértelmű geometriának a megadása.

A dolgozatban sor kerül a fogaskerék-származtatás kinematikájának az ismertetésére. A pontos kinematikai gördülés leírásával és az általános fogprofil generálásával létrejött egy matematikai modell, mely segítségével tetszőleges fogaskerekek származtathatóak.

A levezetett összefüggések numerikus megoldásai Matlab szoftverbe lettek leprogramozva. Kezdetben a számításhoz Boolean-operációk voltak szükségesek a virtuális „anyageltávolításhoz” melyet egy beépített Matlab program végezett. Az így kapott eredményekkel több utómunkálatot kellett végrehajtani (szűrés, átlagolás, stb.) a megfelelően sima kontúrhoz és CNC program létrehozásához, ami tovább bonyolította a feladatot. A megoldás felgyorsítása érdekében egy specializált saját program készült, mely segítségével gyorsabban kaphatunk eredményt. A Boolean műveletek helyett egy kontúrkereső algoritmus határozza meg a fogaskerekek végleges alakját, így az utómunkálatokra sincs szükség.

Az elkészített program később átkerült C# környezetbe, hogy megfelelő felhasználói felülettel rendelkezzen és, hogy szélesebb körű terjeszthetőséget tegyen lehetővé. A dolgozat keretében elkészített szoftver néhány tesztpéldával kerül bemutatásra, melyeket le is gyártottunk. Először egy szinuszos függvény szerint változó sugarú, háromágú fogaskerékpár lett legyártva, majd egy nyílt láncú mechanizmus, mely végpontjának egyenesbe vezetését változó áttételű fogaskerekek biztosítják. További például szolgál egy fogaskerék pár, mellyel egy adott szögben álló kardáncsukló fordulatszám-lüktetése szüntethető meg, valamint egy íróasztallámpa, melynek a megfelelő rugófeszítését is speciális fogaskerekek biztosítják.

A dolgozat célja, hogy a megírt programmal segítséget nyújtson azoknak, akik ezeket a fogaskerekeket a bonyolultságuk miatt nem alkalmazták, és hogy a gyakorlatban ezek a még ritka gépelemek jobban elterjedjenek.