Doktorant: mgr inż. Robert Baran
Promotor: dr hab inż. Krzysztof Michalczyk, prof. AGH
Promotor pomocniczy: dr inż. Mariusz Warzecha
Zagadnienia poruszane w pracy:
Zakres tematyczny pracy obejmuje wyjaśnienie wpływu ukształtowania geometrii zwojów końcowych sprężyn śrubowych naciskowych na ich wybrane właściwości eksploatacyjne. Tematyka ta nie jest wystarczająco zbadana z powodu trudności w modelowaniu analitycznym właściwości zwojów końcowych oraz koniecznością prowadzenia żmudnych badań doświadczalnych. W przypadku sprężyn o dużej liczbie zwojów aktywnych, stosowane obecnie zależności, nie ujmujące wpływu zwojów końcowych, wykazują dobrą zgodność z doświadczeniem, jednak wraz ze zmniejszającą się liczbą zwojów aktywnych, efekty związane z wpływem zwojów biernych stają się coraz istotniejsze, a dokładność tych zależności maleje. Akty normatywne dotyczące sprężyn śrubowych podają szerokie zakresy tolerancji sztywności osiowej i poprzecznej, ponieważ nie sformułowano metod pozwalających na ich dokładniejsze oszacowanie. Zagadnienie to jednak jest istotne w przypadku sprężyn pracujących w maszynach przy dużych obciążeniach wibracyjnych jak wózki kolejowe, przenośniki i młyny wibracyjne, a pęknięcia tych sprężyn poniżej zwoju końcowego stały się genezą podjęcia się realizacji niniejszego zagadnienia badawczego.
Badania realizowane w ramach doktoratu obejmują analizę sztywności osiowych i poprzecznych sprężyn naciskowych różniących się liczbą zwojów aktywnych, kątem wzniosu i wskaźnikiem przy wybranych sposobach ukształtowania zwojów końcowych. W tym celu przeprowadzono badania stanowiskowe, na podstawie których wykonano model numeryczny odzwierciedlający pracę sprężyny naciskowej w sposób osiowy i poprzeczny. Analizy numeryczne są wykonywane na trójwymiarowych modelach sprężyn naciskowych, których metodę budowania opracowano w oparciu o skrypty napisane w języku Python. Następnie wyniki badań numerycznych opracowane statystycznie i zestawione z dotychczasowymi metodami analitycznymi, pozwolą opracować poprawki do tych metod celem uwzględnienia wpływu zakończeń sprężyn.
Następnym etapem jest potwierdzenie konieczności wyróżniania z pośród zwojów aktywnych, tzw. zwojów przejściowych między biernymi a aktywnymi o wyrównanym poziomie skoku. Badania wstępne wykazały wpływ tego parametru na kształt charakterystyki osiowej. Celem tych badań będzie opisanie tego czynnika i podanie wzorów określających jego wpływ na kształt charakterystyki siłowo-przemieszczeniowej.
Zagadnienie badawcze obejmuje również analizę wielkości naprężeń w zwojach sprężyn poddawanych ściskaniu, ścinaniu oraz zginaniu w zależności od wybranej geometrii zwojów końcowych wykorzystując metodę elementów skończonych. Ponadto podjęto się zagadnienia określenia wpływu parametrów zwojów aktywnych oraz biernych na stateczność sprężystą sprężyn przy wybranych warunkach podparcia. Wiąże się ono z nierównomiernym rozkładem sztywności poprzecznych rzeczywistych sprężyn, który w zależnościach literaturowych jest modelowany jako jednorodny.
Praca pozwala poszerzyć zakres wiedzy o sprężynach naciskowych, wskazać na problem zależności sztywności od ukształtowania zwojów końcowych sprężyn i sformułować nowe metody obliczeniowe. Badania te mają na celu usprawnienie pracy konstruktorów poprzez podanie dodatkowych zaleceń konstrukcyjnych i metod obliczeniowych.