International Journal of Advanced Culture Technology
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제6권3호
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pp.163-172
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2018
The power train of hydro-mechanical continuously variable transmission(HMCVT) for the middle class forklift makes use of an hydro-static unit, hydraulic multi-wet disc brake & clutches and complex helical & planetary gears. The complex helical & planetary gears are a very important part of the transmission because of strength problems. The helical & planetary gears belong to the very important part of the HMCVT's power train where strength problems are the main concerns including the gear bending stress, the gear compressive stress and scoring failures. The present study, calculates specifications of the complex helical & planetary gear train and analyzes the gear bending and compressive stresses of the gears. It is necessary to analyze gear bending and compressive stresses confidently for an optimal design of the complex helical & planetary gears in respect of cost and reliability. This paper not only analyzes actual gear bending and compressive stresses of complex helical & planetary gears using Lewes & Hertz equation, but also verifies the calculated specifications of the complex helical & planetary gears by evaluating the results with the data of allowable bending and compressive stress from the Stress - No. of cycles curves of gears. In addition, this paper explains actual gear scoring and evaluates the possibility of scoring failure of complex helical & planetary gear train of hydro-mechanical continuously variable transmission for the forklift.
The characteristics of gear meshing vibration undesgo change as the vibration is transmitted from the gear to the housing. Therefore, vibration transmission characteristics of helical gear systems must be understood before the effective methods of reducing gear noise can be found. In this work, using a helical gear with different lead errors, the gear vibration in the rotational direction and the bearing vibration are measured. The frequency characteristics of gear and bearing vibration are investigated and a comparson is also provided.
This paper presents a study on the analytical prediction of vibration transmission from helical gears to the bearing. The proposed method is based on the application of the three dimensional helical gear behaviors and complete description of shaft by the spectral method. Helical gear system used in this paper consists of the driving element, helical gears, shafts, bearings, couplings and load element. In order to describe all translation and rotation motion of helical gears twelve degree of freedom equations of motion by the transmission error excitation are derived. Using these equations, transfer matrix for the helical gear is derived. For the detail behavior of shaft motion, the $12{\times}12$ transfer matrix for the shaft is derived. Transfer matrix for the bearing, coupling, driving element, and load is also derived. Application of the boundary conditions in the assembled transfer matrix produces the forces and displacements in each element of the helical gear system. The effect of the proposed method is shown by numerical example.
In this study, focusing on reducing a load in forming helical gears, the extrusion using two-step processes for manufacturing helical gear is proposed. The process is composed of the extrusion step in which spur gear to be used as a preform in next step is formed, and the torsion step in which the preform of spur gear is formed to helical gear. Upper-bound theory for the two-step process is applied and compared with the results of experiment. The result of upper-bound solution has a good agreement with that of the experiment and the FE analysis. The newly proposed method can be used as an advanced forming technique to remarkably reduce a forming load, to prolong a tool life, and to replace the conventional forming process of helical gears. Results obtained from the extrusion using two-step processes enable the designer and manufacturer of helical gear to be more efficient in this field.
Recently the studies on the vibration and the noise of a helical gear transmission have been focused on the many researchers. The manufacturing error and the deformation of the tooth profile, which generates the vibration and the noise of the gear transmission, are main factors. The major purpose of this study is to develop an optimal design program for reducing the vibration and the noise of the helical gear. To obtain the these results, we restrain the helical gear from the deformation of the tooth profile and increase the contact ratio within the optimal design program. Furthermore we made the three-dimensional solid modeling of the helical gear from the AutoCAD and the Pro/Engineer. This model will be available to generate the finite element model and the NC code.
In this paper, a simplified model is studied to predict analytically the vibration from the helical gear system due to an axial excitation of helical gears. The simplified model describes gear, shaft, bearing, and housing. In order to obtain the axial force of helical gears, the mesh stiffness is calculated in the load deflection relation. The axial force is obtained from the solution of the equation of motion, using the mesh stiffness. It is used as a longitudinal excitation of the shaft, which in turn drives the gear housing through the bearing. In this study, the shaft is modeled as a rod, while the bearing is modeled as a parallel spring and damper only supporting longitudinal forces. The gear housing is modeled as a clamped circular plate with viscous damping. For the modeling of this system, transfer matrices for the rod and bearing are used, using a spectral method with four pole parameters. The model is validated by finite element analysis. Using the model, parameter studies are carried out. As a result, the linearized dynamic shaft force due to the gear excitation in the frequency domain was proposed. Out-of-plan displacement from the forced vibrating circular plate and the renewed mode normalization constant of the circular plate were also proposed. In order to control the axial vibration of the helical gear system, the plate was more important than the shaft and the bearing. Finally, the effect of the dominant design parameters for the gear system can be investigated by this model.
This work analytically investigated the radiated noise of a helical gear-housing system due to the excitation of helical gears. The helical gears were modeled as a 12-degree of freedom mass-spring-damper system; the shaft was modeled as a rod, a beam, and a torsional shaft; and the gear housing was modeled as a clamped circular plate with viscous damping. The modeling of this system used transfer matrices for helical gears, shafts, and bearings. Damping for both the bearings and the plate were obtained by modal testing. For the evaluation of noise, sound pressure from the plate due to the force and the moment in both radial and tangential directions was analytically derived by the Rayleigh integral. The analytical derivation and parameters from the experiment were applied to an analysis of noise for the two sets of helical gears with differing gear ratios. The analysis showed that the moment excitation in both helical gears contributed more to the noise of the plate than axial force excitation.
This work dealt with dynamic characteristics of spur gear and helical gear system to understand the gear vibration and noise. To find out dynamic characteristics in the gear system, a finite element model and an analytic model for the gear system were used. Using the models, the natural frequency and mode-shape characteristics of spur gears and helical gears were calculated. Two models show that natural frequencies of helical gears were lower than those of spur gears. Mode-shape characteristics of gear pairs by analytical model and some issues of finite element modeling were also discussed. Impact test was used to validate the finite element model.
The vibrational model of a helical gear pair is developed with considering the elastic deformation of the active teeth and the body to be a rigid. The main source of vibration in geared system which has been known to be the gear transmission error is mathematically formulated and used for the analysis of vibrational characteristics of geared system. As an example, a simple geared system containing a helical gearing is considered. The critical speeds are found by the campbell diagram and compared with the experimental results.
Gear vibration is caused by the mesh stiffness, gear accuracy, and assembling errors. For these reasons, helical gear has the azial, radial, and rotational vibrations. In this study, the mesh stiffness is calculated by considering the tooth bending, contact, and foundation deformations. Rotational vibration of helical gear with tooth error is modeled by the nonlidear equation of motion with single degree of freedom and is anlyzed numerically. Also, by a specially designed experimental set-up, the analysis are cross-checked and the vibration characteristics of helical gear are discussed.
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