Visualization of internal stress pattern in gears in power transmission systems using rapid prototyping (RP)

The paper contains description of an experimental method of stress pattern visualization. Mainly analytical methods and a Finite Element Method are used to determine internal stress pattern. Sometimes photo-elasticity is used. Model is made by copying real objects by casting from special optical-active resins. There is possible to put into use Rapid Prototyping methods. Some materials used in RP processes are optically active. In proposed solution of stress pattern visualization special models of gears are used. Models are made directly from optically active resin by Rapid Prototyping method - stereolitography. A transparent fotohardening optically active resin Sl5170 has been used to observe stress pattern in polarized light. Prototypes of gear are assembled in a special device and loaded by torque. The principle of a mechanical similarity was applied. In relation to the classic photo-elasticity method novelty is the use of the LCD monitor as a source of light and a camera with polarisation filter for observation and recording the distribution of internal stress pattern. The use of simulation of gear generating in CAD system and stereolitography method to produce a prototype allows you to eliminate the classic machining of gear at lower cost.

W artykule przedstawiono eksperymentalną metodę wyznaczania rozkładu naprężeń. W celu określenia rozkładu naprężeń używane są metody analityczne i komputerowe wykorzystujące metodę elementów skończonych. W niektórych przypadkach użycie znajduje elestooptyka. Modele do elastooptyki są kopiami rzeczywistych obiektów, wykonanymi z materiału czynnego optycznie. Możliwe jest zastosowanie techniki szybkiego prototypowania w celu wykonania takiego modeluo. Niektóre z materiałów używanych w szybkim prototypowaniu są czynne optycznie. W proponowanym rozwiązaniu w wizualizacji naprężeń w kołach zębatych układów napędowych używane są specjalne modele kół. Modele są wykonane bezpośrednio z żywicy czynnej optycznie metodą stereolitografii. Użyto przezroczystej, fotoutwardzalnej żywicy Sl5170 w celu wyznaczenia rozkładu naprężeń. Modele kół obserwowano w świetle spolaryzowanym. Koła zestawiono w specjalnym przyrządzie i obciążono momentem skręcającym. Zastosowano zasadę podobieństwa modelowego. W stosunku do klasycznej metody elastooptyki nowością jest zastosowanie monitora LCD jako źródła światła oraz aparatu fotograficznego z filtrem polaryzacyjnym do obserwacji i rejestracji rozkładu naprężeń. Zastosowanie symulacji obróbki obwiedniowej w systemie CAD oraz wytworzenie kół za pomocą stereolitografii elimnuje klasyczną obróbkę skrawaniem i przyczynia się do obniżenia kosztów badań.