| Abstract | Vratila su jedan od najzastupljenijih strojnih elemenata u svakom industrijskom pogonu. Često su iz konstrukcijskih razloga izrađena sa stupnjevima, odnosno promjenjivog promjera po duljini. Zbog toga se na tim mjestima uslijed opterećenja javljaju koncentracije naprezanja koje utječu na čvrstoću vratila. Za određivanje koncentracije naprezanja u radu će biti primijenjene analitičke metode rješavanja. Uz primjenu analitičkih metoda, dobivene vrijednosti će biti uspoređene s rezultatima numeričkih simulacija. Također, uz numerički proračun vratila, topološkim optimiranjem će se smanjiti koncentracija naprezanja na vratilu. U prvom dijelu ovog rada napraviti će se pregled literature vezan za vratila, metodu konačnih elemenata i topološko optimiranje. Također, biti će napravljen kratak pregled alata Abaqus i njegove dokumentacije. Nakon pregleda literature, u drugom dijelu, slijedi analitički proračun za izlazno vratilo elektromotora. Elektromotor u sebi sadrži reduktor kojim se smanjuje izlazna brzina vratila. Vratilo na sebi sadrži dva ležaja, jedan prijenosni element i jedan element za odvod snage. Provjeriti će se čvrstoća, deformacije i kritične brzine vrtnje. U trećem dijelu ovog rada napravljen je numerički proračun vratila i uspoređena su naprezanja dobivena numerički i analitički. U zadnjem dijelu napravljena je topološku optimizacija vratila. Optimiran je prijelaz s manjeg na veći promjer. Napravljena su dva slučaja optimiranja. Prvi slučaj je optimiranje modela vratila koji na sebi već ima zaobljenja. Drugi slučaj optimiranja je s vratilom bez zaobljenja, odnosno prijelaza s manjeg na veći promjer. |
| Abstract (english) | Shafts are one of the most abundant machine elements in any industrial plant. Often, for structural reasons, they are made with degrees, that is, variable diameters in length. Therefore, stress concentrations occur in these places due to the load, which affect the strength of the shaft. Analytical methods of solving will be applied to determine the stress concentration in the paper. With the use of analytical methods, the obtained values will be compared with the results of numerical simulations. Also, with numerical shaft calculation, topological optimization will reduce the stress concentration on the shaft. In the first part of this paper, a review of the literature related to shafts, finite element method and topological optimization will be made. Also, a brief overview of the Abaqus tool and its documentation will be made. After reviewing the literature, in the second part, follows the analytical calculation for the output shaft of the electric motor. The electric motor contains a reducer that reduces the output speed of the shaft. The shaft on it contains two bearings, one transmission element and one power drain element. Strength, deformation and critical rotational speeds will be checked. In the third part of this paper, a numerical calculation of the shaft was made, and the stresses obtained numerically and analytically were compared. In the last part, topological optimization of the shaft was made. The transition from a smaller to a larger diameter is optimized. Two cases of optimization have been made. The first case is the optimization of the shaft model that already has fillets on it. The second case of optimization is with a shaft without fillets or smooth transitions from a smaller to a larger diameter. |
