Gearbox transmission error study using multi body analysis software MSC Adams

Abstract

El error de transmisión es una de las variables de funcionamiento más importantes en un sistema de transmisión por engranajes. Se define como la diferencia entre el ángulo de giro teórico que debería tener el engranaje de salida en función del ángulo del engranaje de entrada y el valor real del ángulo de giro del engranaje de salida. Esta diferencia se debe principalmente a tres factores, la deformación elástica de los diferentes elementos del sistema debido a las cargas a las que están sometidos, errores en la fabricación o montaje de los engranajes que hacen que el perfil del engranaje no sea una evolvente perfecta o efectos dinámicos que pueden aparecer a altas velocidades. La gran importancia del error de transmisión reside en que está considerado por la literatura en este campo como el principal origen de las vibraciones producidas en un sistema con engranajes. El objetivo de este proyecto será desarrollar un modelo numérico utilizando software de análisis MultiBody con el que podamos estudiar la evolución del error de transmisión en una caja de cambios de dos etapas en el que se introducirán además componentes modelados mediante software de elementos finitos para tener en cuenta la flexibilidad de los elementos del sistema como pueden ser los ejes o los rodamientos. El modelo se desarrollará utilizando un software comercial de análisis MultiBody de los más utilizados en la industria, en concreto, Adams 2017 de la marca MSC Software, aprovechando un nuevo módulo lanzado con esta versión para el modelado del contacto entre engranajes llamado Advanced 3D Contact. El modelo se simulará con distintos valores de las variables de entrada, principalmente velocidad de entrada y par resistente, para ver la evolución del error de transmisión en los distintos casos, así como se estudiarán distintos modelos donde se varía la rigidez de los distintos elementos del sistema y se analiza su impacto en el error de transmisión.

Transmission error is one of the most important working variables in a geared transmission system. I can be defined as the difference between the theoretical rotation angle of the output gear for a given rotation of the input gear and the actual angle of rotation of the output gear in the real system. This difference between the theoretical angle and the real one has three main causes, the elastic deformation of the different components of the system due to forces they are subjected to, manufacturing and assembling errors that make the teeth profile differ from the perfect involute profile, and the dynamic effects that can appear at high speeds. The reason why the transmission error is so important is that it is considered to be one of the main causes of vibrations in geared systems. The aim of this master thesis is to develop a numeric model using MultiBody analysis software that allows us to study the evolution of the transmission error in a two-stage gearbox, introducing also components modelled using finite elements software in order to account for the flexibility of different components of the system, such as the shafts of the bearings. The model will be developed using one of the most used tools in the industry for MultiBody analysis which is Adams 2017, from the company MSC Software taking advantage of their new module introduced in this version, Advanced 3D Contact, that allows us to model contact between gear teeth much more precisely than the previous version. The model will be simulated under different values for the input variables, mainly input speed and resisting torque, to study the evolution of the transmission error in the different scenarios, and we will also work with different models where we change the flexibility of the elements of the system to analyze their impact on the transmission error.