Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.15
no.5
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pp.28-33
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1998
In monitoring and diagnosing machinery with gear trains, gear meshing force are the important signature indicating the operating condition. The gear meshing forces, however, are extremely difficult to be measured while gears are rotating. One easy possible way is to measure vibrations which are produced and transferred by the gear meshing forces. While the gear meshing forces are traveling, the force waveforms are shaped by the path transfer function. In the paper, the way to recover the source waveform by eliminating the path effects is discussed using inverse filter.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.18
no.12
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pp.3246-3252
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1994
The vibration of meshing gear system is originated form teeth deformation, teeth contact ratio, profile error, etc. The gear vibration is classified as whine vibration during meshing and as rattle vibration during idling. In this study, the whine vibration is investigated under the assumption of piecewise linearity of elastic stiffness due to the variation of meshing. Numerical, theoretical and experimental investigations show the existence of the superharmonic components of the second and the third order. consistently It can be concluded that the superharmonic components in whine vibration of meshing gear is originated from the stiffness variation. It also shows that the higher order harmonics are reduced on the increase of motor speed.
In a transmission or geared rotor system a coupled phenomenon of lateral and torsional vibrations may occur due to the gear meshing effect. Particularly, in high speed or low vibration and low noise applications of geared rotor systems a coupled rotordynamic analysis is required to precisely predict their dynamic characteristics. In this paper a generalized finite element model of a gear pair element is developed, which actively couples the lateral and torsional vibrations due to the gear meshing effect. In the modeling the generalized forces due to the transmission error. geometrical eccentricities. and unbalances in the gear system are also considered. Then. using the developed gear pair element model a coupled unforced rotordynamic analysis is performed with a prototype 800 RT turbo-chiller rotor-bearing system having a hull-pinion speed increasing gear. Results show that the torsional vibration characteristics experience some changes due to the gear meshing and lateral dynamic coupling effect, but that they have no adverse effect and the lateral ones have no practical changes in an operating speed range.
A counter gear transmits the rotation angle, so the angular velocity ratio of the gear does not necessarily need to be constant in the meshing process. As a pinion has a small number of teeth when combined with an internal gear for counters, tooth interference can occur with the use of an involute curve. This paper introduces circular arcs that represent a tooth profile and fillet for the profile design of a pinion through the combination of arcs with lines. The straight line of a rack tooth represents the profile of a mating internal gear. Thus, the circular arc and line maintain contact during the rotation of the counter gear. This paper presents an analysis of the meshing of the circular arc tooth and rack tooth along with the properties of the counter gear, such as the change in rotational velocity and amount of backlash. The contact ratio of the counter gear is 1 because the tooth contact occurs between circular arcs and line. The initial position of tooth contact, which denotes the simultaneous contact of two teeth, is found. As the rotation of the pinion, only one tooth keeps the contact situation. This meshing property is analyzed by the geometrical constraints of the tooth profile in contact and the results are presented as graphical diagrams in which tooth-arc movements are superimposed.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.5
no.1
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pp.69-78
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1997
Main sources of the vibration in gear driving system are transmission error and backlash. Transmission error is the difference of the rotation between driving and driven gear due to tooth deformation and profile error. Vibro-impacts induced by backlash between meshing gears lead to excessive vibration and noise in many geared rotation systems. Nonlinear dynamic characteristics of the gear driving system due to transmi- ssion error and backlash are investigated. Transmission error is calculated for spur gear. Nonlinear equation of motion for the gear driving system is developed with the calculated transmission error and backlash. Numerical analysis of the equation and the experimental results show the existence of meshing frequency, superharmonic compon- ents. Instability of the gear driving motion is found on the basis of Mathieu equation. Rattle vibration due to backlash is also discussed on the basis if nonlinear jump phenomenon.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.10
no.6
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pp.8-14
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2001
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.
In the gear meshing process, gear temperature field concerns the meshing surface friction, the friction heat depends on the contact pressure, the contact pressure is affected by the elastic deformation of gears and the temperature field caused by the thermal deformation, so the temperature field, stress field and displacement field should be mutual coupling. It is necessary to consider in meshing gear pair in the operation process of thermodynamic coupling contact stress (TCCS) and thermodynamic coupling deformation (TCD), and based on thermodynamic coupling analysis (TCA) of gear teeth deformation.
The design and simulation of meshing of a single enveloping worm-gear drive with modified surfaces is presented. Generally worm-gear is generated by the hob which is identical to the worm. This process guarantees the conjugation between the worm and the gear but results in a line contact at every instant which is very sensitive to misalignment. The localization of bearing contact is necessary to reduce the sensitivity of the worm-gear drive to misalignment. Practically this localization is achieved by application of an oversized worm type hob to cut the worm-gear. The oversized hob approach is very practical and effective to localize bearing contact but can not provide the conjugation between the worm and the modified worm-gear. This work proposes an analytical procedure to make the worm surface conjugate to the worm-gear which is cut by the oversized hob. The developed computer program allows the investigation of the influence of misalignment on the shift of the bearing contact and the determination of the transmission errors, the contact ratio and the principle curvatures. The developed approach has been applied for ZK type of single-enveloping worm-gear drives and the developed theory is illustrated with a numerical example.
A multi-contact tooth meshing model for helical gear pairs considering bearing and shaft deformations is proposed. First, to easily incorporate into the system model, the complicated Harris' bearing force-displacement relationship is simplified applying a linear least square curve fit. Then, effects of shaft and bearing flexibilities on the helical gear meshing behavior are implemented through transformation matrices which contain the helical gear orientation and spatial displacement under loads. Finally, true contact lines between conjugated teeth are approximated applying a modified meshing equation that includes the influence of tooth flank displacement on the tooth contact induced by shaft and bearing displacements. Based on the model, the bearing's force-displacement relation is examined, and the effects of shaft deformation and external load on the multi-contact tooth mesh load distribution are also analyzed. The advantage of this work is, unlike previous works to search true contact lines through time-consuming iterative strategy, to determine true contact lines between conjugated teeth directly with presentation of deformations of bearings and shafts.
The authors have proposed methods (lead crowning and profile modification) for modifying the geometry of spur gears and investigated the contact pattern as well as the transmission errors to recommend the appropriate amount of modification. Based on the investigation, dynamic load of the modified spur gear drive has been calculated, which is helpful to predict the life of the designed gear drive. Computer programs for simulation of meshing, contact and dynamics of the modified spur gears have been developed. The developed theory is illustrated with numerical examples.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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