Название  проекта: Исследование новой конструкции прямозубой шестерни на основе композитного материала с использованием усовершенствованного подхода к анализу контакта зубьев

Цель проекта: Целью этого проекта является разработка и проверка конструкции цилиндрической зубчатой передачи на основе композитного материала с использованием усовершенствованного метода анализа контакта зубьев для оптимизации производительности и долговечности зубчатой передачи. Оценивая и совершенствуя профили контакта зубьев специально для композитных материалов, этот проект стремится решить проблемы чувствительности к выравниванию, снижения шума и износостойкости. Результатом станет конкретная оценка композитных зубчатых передач как жизнеспособной, экономически эффективной альтернативы традиционным стальным шестерням, отвечая на центральный вопрос о том, как композитные материалы могут повысить эффективность, надежность и срок службы зубчатых передач в промышленных приложениях.

Задачи: 1) Этот комплексный проект включает в себя ряд взаимосвязанных задач, направленных на революционизацию конструкции прямозубой шестерни путем интеграции композитных материалов с передовыми методами анализа. Основная цель проекта — улучшить производительность шестерни за счет применения нового метода анализа контакта зубьев, специально разработанного для зубчатых передач на основе композитных материалов. Этот подход будет решать такие важные вопросы, как распределение напряжений, чувствительность к несоосности и характер износа. Совершенствуя конструкцию шестерни с использованием композитных материалов, проект стремится предоставить легкую, экономичную и высокопрочную альтернативу традиционным металлическим шестерням в различных промышленных приложениях.

2) Проект представляет несколько ключевых инноваций для достижения этой цели. Во-первых, тщательный процесс выбора материала будет оценивать композиты, такие как эпоксидная смола и карбид кремния, выбранные за их превосходное соотношение прочности к весу. Выбранные материалы пройдут подробные механические испытания для проверки таких показателей производительности, как прочность на растяжение, эластичность и износостойкость, что обеспечит основу для проектирования шестерен, адаптированных к свойствам композита. Затем будет создана 3D-модель композитной шестерни, после чего будет проведен анализ методом конечных элементов (FEA) для оценки распределения напряжений и грузоподъемности. Моделирование методом конечных элементов (FEA) позволит внести первоначальные усовершенствования в конструкцию, гарантируя, что шестерня выдержит целевые нагрузки без ущерба для своего преимущества в виде легкости.

3) Разработка усовершенствованного метода анализа контакта зубьев составляет основу проекта со специализированным подходом, адаптированным для анализа композитных материалов в различных условиях эксплуатации. Этот метод анализа контакта зубьев оценит схемы контакта зубьев и учтет специфические для композита проблемы, такие как анизотропия материала и чувствительность к выравниванию. С помощью параметрического анализа метод анализа контакта зубьев оценит, как несоосность влияет на композитные шестерни иначе, чем на традиционные металлические аналоги, совершенствуя конструкцию для оптимальной долговечности и эффективности. В проекте будет использоваться этот метод анализа контакта зубьев для создания всеобъемлющего набора данных о поведении пути контакта, что улучшит диагностику неисправностей и возможности прогнозирования несоосности.

4) Изготовление прототипа и тестирование производительности являются неотъемлемой частью проверки как метода анализа контакта зубьев, так и конструкции композитной шестерни. Прототип будет изготовлен с использованием выбранных композитных материалов, после чего будут проведены обширные испытания в контролируемых условиях для измерения несущей способности, вибрации, шума и скорости износа. Эмпирические данные испытаний будут сопоставлены с результатами анализа FEA и анализа контакта зубьев, что даст четкую оценку практической жизнеспособности и готовности композитной шестерни к промышленному применению.

5) Наконец, проект будет сосредоточен на анализе данных и оптимизации, уточнении модели анализа контакта зубьев и конструкции шестерни на основе характеристик прототипа. Этот этап обеспечит соответствие шестерни всем показателям производительности, снизив шум, вибрацию и износ до целевых уровней. Завершив эти оптимизации, проект достигнет Текущий уровень технологической готовности (TRL) предлагаемого проекта составляет 0. Согласно результатам выполнения задач проекта, уровень технологической готовности (TRL) должен соответствовать уровню 1.

Идея проекта: Использование композитных материалов в производстве зубчатых колес предлагает многообещающее решение для снижения веса, снижения производственных затрат и повышения производительности, особенно в областях, где сокращение массы имеет решающее значение, таких как автомобильная и аэрокосмическая промышленность. Композитные шестерни, обычно изготовленные из углеродного волокна и армированных стекловолокном полимеров, предлагают значительные преимущества по сравнению с традиционными металлами, включая высокое соотношение прочности и веса, износостойкость и долговечность при различных нагрузках. Однако уникальные механические свойства композитов, такие как изотропия и чувствительность к несоответствию, требуют специальных методов анализа для обеспечения надежности и стабильности производительности. Этот проект представляет собой усовершенствованный метод анализа касания зубов, специально разработанный для композитных материалов. Этот новый подход к анализу контакта с зубьями позволяет всесторонне оценить пути контакта, точно оценить характеристики трансмиссии, чувствительность выравнивания и потенциал износа, характерные для композитных трансмиссий. Анализируя параметрические данные о поведении контакта, специфичном для композита, этот метод анализа контакта с зубом упрощает оптимизацию и коррекцию выравнивания профилей поверхности зуба, что важно для снижения шума, вибрации и разрушения материала в композитных системах передачи. Сочетание композитных материалов с этим специализированным методом анализа зубьев создает прочную основу для создания более легких, экономичных и высокопроизводительных шестерен. Этот проект демонстрирует потенциал интеграции композитных материалов с передовыми методами анализа контактов, прокладывая путь к более эффективным, эластичным и надежным конструкциям зубчатых колес в различных промышленных приложениях.

Ожидаемые результаты: — не менее 3 (трех) статей и (или) обзоров в рецензируемых научных изданиях по научному направлению проекта, индексируемых в Science Citation Index Expanded и входящих в 1 (первый), 2 (второй) и (или) 3 (третий) квартиль по импакт-фактору в базе Web of Science и (или) имеющих процентиль по CiteScore в базе Scopus не менее 60 (шестидесяти); — не менее 2 (двух) статей или обзоров в рецензируемом зарубежном или отечественном издании, рекомендованном КОКНВО; Одна из статей с категорией — multidisciplinary (мультидисциплинарного или междисциплинарного практического применения).

 — либо не менее 2 (двух) статей и (или) обзоров в рецензируемых научных изданиях, индексируемых в Science Citation Index Expanded и входящих в 1 (первый) и (или) 2 (второй) квартиль по импакт-фактору в базе Web of Science и (или) имеющих процентиль по CiteScore в базе Scopus не менее 70 (семидесяти); — не менее 2 (двух) статей или обзоров в рецензируемом зарубежном или отечественном издании, рекомендованном КОКНВО; Одна из статей с категорией — multidisciplinary (мультидисциплинарного или междисциплинарного практического применения).

— либо не менее 1 (одной) статьи или обзора в рецензируемом научном издании, индексируемом в Science Citation Index Expanded и входящем в 1 (первый) квартиль в базе Web of Science или имеющем процентиль по CiteScore в базе Scopus не менее 90 (девяносто); — не менее 1 (одной) статьи или обзора в рецензируемом зарубежном или отечественном издании, рекомендованном КОКНВО. Одна из статей с категорией — multidisciplinary (мультидисциплинарного или междисциплинарного практического применения).

Также ожидается подготовка не менее 1 (одного) PhD по соответствующему направлению, защита диссертации по которому планируется в течений реализаций проекта или не позднее, чем через 2 (два) года после завершения проекта.