Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.22
no.1
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pp.1-9
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2019
In electric agricultural machine the gearbox is used to increase torque and lower the output speed of the motor shaft. The gearbox consists of several shafts, helical gears and spur gears works in series. Optimization plays an important role in gear design as reducing the weight or volume of a gear set will increase its service life and improve the bearing capacity. In this paper the basic design parameters for gear like shaft diameter and face width are considered as the input variables. The bending stress and material volume is considered as the objective function. ANSYS was used to investigate the bending stress when the variable was changed. Artificial Neural Network (ANN) was used to obtain the mathematical model of the system based on the bending stress behaviour. The ANN was used since the output system is nonlinear. The Genetic Algorithm (GA) technique of optimization is used to obtain the optimized values of shaft diameter and face width on the pinion based on the ANN mathematical model and the results are compared as that obtained using the traditional method. The ANN and GA were performed using MATLAB. The simulation results were shown that the proposed algorithm was successfully calculated the value of shaft diameter and face width to obtain the minimal bending stress and material volume of the gearbox.
An, Junwook;Lee, Kwang Hee;Gyu, Yusung;Jo, Je Sang;Lee, Chul Hee
Journal of Drive and Control
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v.14
no.2
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pp.23-29
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2017
In this study, a flexible multi-body dynamic simulation model of a knuckle boom crane is developed to evaluate the stress of spindle and rack gears under dynamic working conditions. It is difficult to predict potential critical damage to a knuckle boom crane if only the static condition is considered during the development process. To solve this issue, a severe working scenario (high speed with heavy load) was simulated as a boundary condition for testing the integrity of the dynamic simulation model. The crane gear model is defined as a flexible body so contact analysis was performed. The functional motion of a knuckle boom crane is generated by applying forces at each end of the rack gear, which was converted from hydraulic pressure measured for the experiment. The bending and contact stress of gears are theoretically calculated to validate the simulation model. In the simulation, the maximum stress of spindle and rack gears are observed when the crane abruptly stops. Peak impact force is produced at the contact interface between pinion and rack gears due to the inertia force of the boom. However, the maximum stress (bending/contact) of spindle and rack are under the yield stress, which is safe from damage. By using the developed simulation model, the experiment process is expected to be minimized.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.2
no.6
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pp.1-8
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1994
To enhance the strength of gears for transmission, Generally caburizing heat treatment is applied. But there are some problems in this technology the distortion of gears during heat treatment process, and the discontinuity of manufacturing process. For these reasons, the high frequency induction hardening process is widely used. This method is one of the surface hardening process to improve the wear resistance and fatigue life of the machine components. In this study, to compare the bending fatigue strength of caburized gear with that of induction hardened gear, bending fatigue testing of gears with two different cases was performed by using an electrohydraulic servo-controlled fatigue testing machine and double tooth bending fatigue test fixture. Fatigue life distributions at constant stress levels were established directly from fatigue data. For gear design, the fatigue strength distribution at specified life is more important. This distribution is obtained by statical transformation from fatigue life distribution. Reliability of bending fatigue strength was estimated by P-S-N curves and Weibull distribution.
A functional external fixator system for bone deformity near the joints using worm gear was developed for curing the angle difference in fracture bones while the lengthening bar was developed for curing the differences in length, also in fracture bones. Both experiments and FE analysis were performed to compare the elastic stiffness in several loading modes and to improve the functional external fixator system for bone deformity near joints. The FE model using compressive and bending FE analysis was applied due to the angle differentiations. The results indicate that compressive stiffness value in the experiment was 175.43N/mm, bending stiffness value in the experiment was 259.74 N/mm, compressive stiffness value in the FEA was 188.67 N/mm, and bending stiffness value in the FEA was 285.71 N/mm. Errors between experiments and FEA were less than $10\%$ in both the 'compressive stiffness and the bending stiffness. The maximum stress (157 MPa) applied to the angle of the clamp was lower than the yield stress (176.4 MPa) of SUS316L. The degree of stiffness in both axial compression and bending of the new fixator are about 2 times greater than other products, with the exception of EBI (2003).
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.22
no.3
s.168
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pp.162-169
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2005
The functional external fixator system fur bone deformity near joints in legs using the worm gear was developed for curing the difference angles in fracture bone and the lengthening bar for curing the difference length in fracture bone. Both experiments and FE analysis were performed to compare the elastic stiffness in several loading modes and to improve the functional external fixator system for the bone deformity. The FE model using the compressive and bending FE analysis was applied to the FE analysis due to the angle differences. The results show that the compressive stiffness value in experiment was 175.43N/mm; the bending stiffness value in experiment was 259.74N/mm; compressive stiffness value in FEM was 188.67N/mm; bending stiffness value in FEA was 285.71N/mm. The errors between experiments and FEA were less than 10%. The maximum stress (157MPa) to the angle of clamp was lower than the yield stress (176.4MPa) of SUS316L. The stiffnesses in both axial compressive and bending of the new fixator are about 2 times higher than other products except EBI (2003).
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2004.10a
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pp.1248-1251
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2004
The functional external fixator system for bone deformity near joints in legs using the worm gear was developed for curing the difference angles in fracture bone and the lengthening bar for curing the difference length in fracture bone. Both experiments and FE analysis were performed to compare the elastic stiffness in several loading modes and to improve the functional external fixator system for bone deformity near joints in legs. The FE model using the compressive and bending FE analysis was applied the FE analysis due to the angle differences. The results show that the compressive stiffness value in experiment was 175.43N/mm, the bending stiffness value in experiment was 259.74N/mm, compressive stiffness value in FEM was 188.67N/mm, bending stiffness value in FEA was 285.71N/mm. The errors between experiments and FEA were less than 10%. The maximum stress (157MPa) to the angle of clamp was lower than the yield stress (176.4MPa) of SUS316L. The stiffnesses in both axial compressive and bending of the new fixator are about 2 times higher than other products except EBI (2003).
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.17
no.1
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pp.112-119
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1993
A strength and durability estimation system of involute cylindrical gears which are commonly used as power transmission devices is developed on the personal computer, which analyzed and/or evaluates the gear design and the service performance at the point of view of strength and durability. The typical considerations are the bending strength and the sunface durability, and the strength and durability estimations are carried out using the reliable standards of AGMA&ISO. In addition, the finite element analysis (FEM) of tooth bending stress is conducted in order to compare the real maximum stress with the estimaed bending stress by the standard. Therefore, the system is built so that the variables or factors considered differently in those standards and the strength & durability are appraised seperately by each method, and a series of the estimation processes is integrated into the system can be used in the initial design at the view point of strength and durability. And it is useful to the purpose of the trouble-shooting of gear system and the purpose of introducing the methods for maintaining design strength in service, with appraising the strength and durability after design or with appraising the influencing factors, as a whole. Therefore, this strength and durability estimation system can help the aim of automatic design of cylindrical gears.
This paper deals with the bending fatigue strength of sintering spur gears. The test specimens are used to sintering spur gear to be consisted of Fe-C-Ni-Mn and SCM415 spur gear. The fatigue test at a constant stress amplitude is performed by using an electrohydraulic servo-controlled pulsating tester. The S-N curves are obtained and the enhancement of fatigue strength due to carburized treatment is clarified, Accordingly, this study presents the fatigue strength of sintering spur gear, SCM415 spur gear and carburized gears of them. The strength enhancement due to the carburized treatment is discussed.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2003.11a
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pp.316-323
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2003
The gear system is commonly applied in the marine propulsion shafting system using the diesel engine with the power take off/in system and it also is necessary to reduce propeller revolution increasing the propulsion efficiency. The diesel engine has the advantage more than other thermal engines in high thermal efficiency and mobility. But the large vibratory torque which induced by higher combustion pressure is transmitted to these gears. In this paper, the surface durability and bending stress of gear system considering vibratory and transient torque is evaluated by ISO and AGMA regulation. And the influence of these in gear design is investigated with the theoretical analysis and onboard measurement result of torsional vibration.
Gears are components of transmission which transmit the power of an engine to a machine and offer numerous speed ratios, a compact structure, and high efficiency of power transmission. Gear train design in the automotive industry uses simulation software. However, PTO (Power Take-Off) gear design for agricultural applications uses the empirical method because of the wide range of load fluctuations in agricultural fields. The PTO is an important part of agricultural tractors which transmits the power to various tractor implements. Therefore, a simulation was essential to the optimal design of the PTO. When the PTO gear is optimally designed, there are many advantages such as low cost, reduced size, and light weight. In this study, we conducted the bending and contact safety factor simulation for the PTO gear of an agricultural tractor. The bending and contact safety factors were calculated on ISO 6336 : 2006 by decreasing the face widths of the PTO pinion and wheel gear from 18 mm at an interval of 1 mm. The safety factor of the PTO gear decreased as the face width decreased. The contact safety factors of the pinion and wheel gear were 1.45 and 1.53, respectively, when the face width was 18 mm. The simulation results showed that the face width of the PTO gear should be greater than 9 mm to maintain the bending and contact safety factors higher than 1. It would be possible to reduce the weight of the PTO gear for different uses and working conditions. This study suggests that the possibility of designing an optimal PTO gear decreases as its face width decreases.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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