본 논문에서는 앙상블 기법을 통해 스퍼 기어의 설계 변수들을 입력 변수로 갖는 물림 강성 예측 모델을 제시하였다. 기존 연구들에서 제시된 계산 방식을 통해 개별 강성을 계산하고 총 물림 강성값의 최소 및 최대값을 도출하여 데이터셋을 생성하였다. 다변량 선형 회귀, 서포트 벡터 회귀, 의사결정 트리 회귀를 사용하여 물림 강성 최소 및 최대값을 예측하는 모델을 생성하였다. 스태킹 앙상블 기법을 사용하여 해당 예측 모델들을 기반 모델로 갖는 메타 모델을 생성하였다. 실제 항공기 엔진 시동기에 사용되는 기어의 제원을 통해 앙상블 메타 모델의 검증을 수행하였으며, 매우 높은 예측 성능을 보이는 것을 통해 실제 기어 시스템에 대한 적용 타당성 및 유효성을 확인하였다.
A four-degree-of-freedom non-linear model with time varying mesh stiffness has been developed for the dynamic analysis of spur gear trains. The model includes a spur gear pair, two shafts, two inertias representing load and prime mover. In the model, developed several factors such as time varying mesh stiffness and damping, separation of teeth, teeth collision, various gear errors and profile modifications have been considered. Two computer programs are developed to calculate stiffness of a gear pair and transmission error and the dynamic analysis of modeled system using time integration method. Dynamic tooth and mesh forces, dynamic factors are calculated. Numerical examples have been given, which shows the time varying mesh stiffness ha a significant effect upon the dynamic tooth force and torsional vibrations.
종래부터 공작기계의 성능은 그 공작기계가 발휘하는 가공정도와 가공능률이라고 하는 막연한 개념으로 취급되어 왔으나, 최근 가공정도나 가공능률을 저해하는 제현상, 예를 들면 채터나 열변형 등에 관한 정력적인 연구가 진행되면서 이들이 발생기구가 명확히 됨과 동시에 이들 제현상의 발생한계로부터 가공성능을 정량적으로 평가 해왔다. 그러나 연구보고라는 말의 성격상 연구의 대부분이 특정 현상이나 요소에 대하여 기술한 것이기 때문에 제 현상을 총괄하여 공작기계의 성능을 체계화한 것이라고볼 수는 없다. 여기서 공작물의 물림조건에서 발생 되고 있는 여러가지 문제점 중에서 척킹(chucking)된 공작물의 물림강성이 채터 진동의안정한계, 즉 가공한계에 미치는 영향에 대해서는 선삭가공에서 척 가공방식이 일반적으로 널리사용되고 있다는 점을 감안할 때 매우 중요한 과제이다. 그 중에서도 척에 물린 공작물의 경우에는 절삭저항의 작용위치와 죠의상대적인 위치에 의한 공작물 강성의 변화가 가공정도에 커다란 영향을 미친다는 것이 오래 전부터 지적되고있느 사항 중의 하나이다. 따라서 척-공작물계의 동적인 특성이 절삭현상에 미치는 영향에 대하여 동적인 관점에서 검토할 필요가 있다.
A six-degree-of-freedom dynamic model with time-varying mesh stiffness/damping and friction has been developed for the dynamic analysis of a gear driving system. This model includes a spur gear pair, bearing, friction and prime mover. Using Newton???s method, equations of motion for the gear driving system were derived. Two computer programs are developed to calculate mesh stiffness, transmission error and friction force and analyze the dynamics of the modeled system using a time integration method. The influences of mesh stiffness/damping, bearing, and friction affecting the system were investigated by performing eigenvalue analysis and time response analysis. It is found that the reduction of the maximum peak magnitude by friction is decided according to designing the positions of pitch point and maximum peak in the responses.
The vibration and nosic of gears is causeed by manufacting error,alignment error in assembly, and thr meshing stiffness of gears which changes periodically as the meshing of teeth process. On a pair of power transmission helical gears with profile error, the relation between the characteristics of gear vibration and the profile error type have been investigated by simulating the vibrational acceleration level and calculating the natural frequency. The results show that the profile error decrease the natural frequency by reducing the tool stiffness and that the concave error type increase the vibrationsl level. And this paper describes the effect of the tip relief on the vibrational acceleration level which a pair of helical gears with concave error generates.
We develop a method to analyze dynamic behavior off multi-stage gear train system. The example system consists of three shafts supported by ball bearings at the ends of them and two pairs of spur gear set. For exact analysis, the meshing tooth pair of gear set is modeled as spring and damper having time-dependent meshing stiffness and damping. The bearing is modeled as spring. The result of this analysis is compared to that of other model having mean mesh stiffness. The effect of the excitation force by the unbalance off rotor off motor is also analyzed. Finally, the change ova natural frequency of the whole system due to the change of an angle between three shafts is compared in each case, and from this analysis, the avoiding angle for design is advised.
A finite element model of geared rotor system with flexible bearings were used to simulate the critical speeds and to investigate the effects of bearing coefficients on the dynamic behaviors of the systems. The finite element model includes the effects of tooth mesh stiffness, gyroscopic moment, rotary inertia, shear, and torque of the shaft. The gear mesh was modelled as a pair of rigid disks connected by a spring of time varying stiffness. The time varying mesh stiffness results in the abrupt change of the critical speeds of spur geared systems. As the bearing stiffness increases, critical speeds increase rapidly in case of stiff shafts, compared with flexible shafts.
Main sources of the nitration of a gear-pair system are backlash and transmission error, the difference between required and actual rotation during gear meshing. This paper presents the nonlinear dynamic characteristics of gear motions due to the existence of backlash and periodic variation of meshing stiffness, which is assumed as a one-term harmonic component. Gear motions are classified as three types with the consideration of backlash. Each response is calculated using the harmonic balance method and confirmed by numerical integration. The responses with the increase of the rotating speed show abrupt changes in its magnitude for the variation of the preload, exciting force, and damping coefficient. The result also shows that there is a chaotic motion with some specific design parameters and operating conditions In gear diving system. Consequently the design of gear driving system with low nitration and noise requires the study on the effects of nonlinear dynamic characteristics due to stiffness variation and backlash.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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