Raziskovalca Laboratorija za konstruiranje (LECAD) in Laboratorija za vodne in turbinske stroje (LVTS) sta v novi raziskavi dokazala, da je z uporabo visokozmogljive hitre kamere mogoče spremljati nastanek upogibnih deformacij polimernih zobnikov med obratovanjem. Rezultati opisane raziskave so bili objavljeni v ugledni reviji Materials & Design, (IF=9.417).

Polimerni zobniki čedalje pogosteje nadomeščajo kovinske zobnike v lažjih aplikacijah v množici različnih segmentov industrije kot so denimo e-mobilnost, gospodinjski aparati, avtomobilska industrija, robotika, industrijska avtomatizacija ter mnogo drugih. Uspešna uporaba polimerov kot material za zobnike zahteva izjemno dobro poznavanje njihovega termomehanskega obnašanja in odpornosti na poškodbene procese kot so utrujanje, obraba, jamičenje in termično inducirane neelastične deformacije. Omenjeni procesi se odvijajo postopoma tekom večjega števila obratovalnih ciklov zobnika in imajo izvor v t. i. procesu ubiranja zobniškega para, tj. v kratki periodi, ko je posamezen par zob zobniškega prenosa v drsno-kotalnem kontaktu. Razumevanje samega procesa ubiranja, ki vpliva tako na napetostno-deformacijske pogoje v strukturi zobniških materialov kot tudi na procese trenja in generacije toplote zaradi termičnih izgub, je ključnega pomena za doseganje visokozmogljivih polimernih zobniških gonil, ki bodo kos zahtevanim obratovalnim pogojem in bodo dosegali zastavljeno življenjsko dobo.

Doslej je bilo mogoče strukturni odziv zobnika med fazo ubiranja analizirati le z uporabo numeričnih simulacijskih pristopov, ki zelo pogosto temeljijo na metodi končnih elementov. Čeprav so tovrstne simulacije lahko izjemno koristne, so matematični modeli, na katerih le-te temeljijo, pogosto omejene s preozkimi predpostavkami in poenostavitvami. V predstavljeni raziskavi sta raziskovalca predlagala pristop optične eksperimentalne analize za ovrednotenje pomikov in deformacij zob polimernega zobnika (kot material sta obravnavala polioksimetilen kopolimer, POM-C) tekom cikla ubiranja na podlagi posnetkov s kamero z visoko hitrostjo zajema in mikro-optiko. V ta namen sta raziskovalca implementirala dve metodi obdelave dobljenih posnetkov, in sicer že znano metodo korelacije digitalne slike (DIC) in na novo razvita metoda zaznavanja relativnih pomikov profila (EDD). Prva, DIC metoda, omogoča podrobno analizo upogibnih pomikov, ki se pojavljajo po celotni domeni stranske površine analiziranega zoba in poleg samih pomikov omogoča tudi direktno pretvorbo v strukturne deformacije (pod pogojem, da sta uporabljeni pegasti vzorec na površini in ločljivost dovolj dobra). Druga metoda, tj. EDD metoda, se osredotoča na analizo profila zoba in poleg zagotavljanja natančnih meritev pomikov profila omogoča tudi obravnavo procesov bolj dolgoročnih procesov kot sta obraba in akumulacija neelastičnih deformacij – te bodo dodatno raziskane v sklopu prihodnjih raziskav.

Povezava do članka: https://doi.org/10.1016/j.matdes.2022.111184