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.
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.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2007.11a
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pp.929-934
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2007
Various methods to improve the planetary gear noise in the vehicle were introduced. And planetary gear systems were analyzed Therefore a common thing among the different planetary gear systems which generate the gear noise in the vehicle was founded. Most importantly, a frequency versus vibration level map was introduced and a predictive method, which is considering the masking effect, to design the planetary gear sets in the concept design stage was described.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.18
no.5
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pp.503-508
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2008
In this paper, various methods to improve the planetary gear noise in vehicles were introduced. Those cases of improvement have been used as good guidelines and references to prevent planetary noise problems. In this research, different types of planetary gear systems were also analyzed. The consequences of those analysis said in common that the planetary gear set generating noise mainly is the one which takes power directly from the turbine. Furthermore, a frequency versus vibration level map was introduced to judge how to solve the noise problem quickly in a vehicle development process. Besides, it is provided a predicting method which planetary gear set most contributes to noise problem taking in the vehicle and how to design the planetary gear set robustly.
The mathematical model of the gear reductioner which consists which consists of the geared rotor-bearing system containing case is developed, assuming as the lumped parameter system. Constraints for vibration suppresion as well as strength of gear teeth, and shaft and kinematic conditions in gear pairs are considered. To find the design parameters satisfing the proposed constraints, a direct search method modified by the technique of Taguchi's experimental scheduling is used. One and two stepped gear reductioners are designed so that the criticl speeds due to the gear transmission error are moved out of the operating speed range.
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.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.6
no.4
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pp.346-352
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1982
The vibration characteristics of hyoid gears are experimentally investigated with backlash and tooth mesh frequency varied. Experiments are performed with two types of gear sets; well-machined and over-lapped gears. Through the experimental works, a constant torque 0.8kg.m is applied to th gears and a pulse type of trigger signal synchronizing tooth contact is used to measure the tooth mesh frequency and to average the gear vibration signal in the time domain. The time averaged vibration signals are frequency analyzed by a digital signal analyzer. The experimental results show the vibration characteristics of the two different types of gears in relation to backlash amount and mesh frequency variations are well differentiated by harmonic amplitudes and their ratios, and peak-to-peak amplitude of the gear vibration.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.12
no.2
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pp.116-123
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2002
Applying a general coupled lateral and torsional vibration finite element model of gear pair element, this paper intends to look into in detail the coupled lateral and torsional vibration characteristics of a turbo-chiller rotor bearing system, having a bull-pinion speed increasing gear. Investigations have been carried out systematically by comparing the uncoupled and coupled natural frequencies and their mode shapes upon varying the gear mesh stiffness with considerations on rotating speeds, and also by comparing the strain energies of lateral and torsional vibration modes. Results hale shown that some modes may hale the coupled lateral and torsional mode characteristics as the gear mesh stiffness Increases over a certain value, and moreover that their associated dominant modes may be different from their initial modes, j.e., a certain dominant mode may change from an initial torsional one to a lateral one or from an initial lateral one to a torsional one.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.17
no.11
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pp.199-205
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2000
The vibration and noise of gears is due to the vibration exciting force caused by the tooth stiffness which changes periodically as the mesh of teeth proceeds and by the transmission error, that is, the rotation delay between driving gear and driven gear caused by manufacturing error and alignment error in assembly and so on. The purpose of this study is to develop how to calculate simultaneously the optimum amounts of tooth profile modification, end relief and crowning by minimizing the vibration exciting force of helical gears. We estimate the vibration exciting force by the mesh analysis of gears. The constraints of this problem consist of contact ratio and strengths of gear teeth such as tooth fillet stress, surface durability and scoring. ADS(Automated Design Synthesis) is used as an optimization tool. And, since the aspect ratio is an important parameter of tooth modification, we investigate the relation between it and the optimum values of tooth modification. The proposed method can calculate the optimum amount of tooth modification automatically and is to be utilized to resolve the problem of vibration of helical gears.
Vibration and noise must be considered to maximize the efficiency of a yaw system and reduce the fatigue load acting on a wind turbine. This study investigated a method for analyzing yaw-system vibration based on the change in the load-duration distribution (LDD). A substructure synthesis method was combined with a planetary gear train rotational vibration model and finite element models of the housing and carriers. For the vibration excitation sources, the mass imbalance, gear mesh frequency, and bearing defect frequency were considered, and a critical speed analysis was performed. The analysis results showed that the critical speed did not occur within the operating speed range, but a defect occurred in the bearing of the first-stage planetary gear system. It was found that the bearing stiffness and first natural frequency increased with the LDD load. In addition, no vibration occurred in the operating speed range under any of the LDD loads. Because the rolling bearing stiffness changed with the LDD, it was necessary to consider the LDD when analyzing the wind turbine vibration.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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