Hybrid finite element analysis was used to analyze the influence of bearing stiffness on the static properties of a planetary gear system with manufacturing errors. The effects of changes in stiffness were similar for most of the manufacturing errors. State variables were most affected by the stiffness of the planet ,bearings. Floating either the sun or carrier helps to equal load sharing and minimizes the critical tooth stress. The effects of a floating sun and carrier are similar, but it is not recommended that both float, because this can induce greater critical tooth stress. Planet bearing stiffness should be optimized. Both load sharing and critical tooth stress should be considered to determine optimal bearing stiffness.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2002.05a
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pp.530-532
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2002
This paper presents an optimum design of herringbone grooved journal bearing for spindle motor of hard disk drive (HDD) system. In addition to the conventional “rectangular” groove, various groove profiles are designed. The stiffness and damping coefficients of the oil film and frictional torque are calculated and compared for tile various groove profiles. The “circular”, “valley”, and “reversed saw tooth” grooves do not produce high direct stiffness, since they partly increase the groove depths in the direction of lubricant flow, causing to reduce the pumping action of the bearing. The maximum direct stiffness can be obtained by the “rectangular”, “saw tooth”, and “step” grooves. With the same cross sectional area of the grooves, these three grooves have the same maximum stiffness, damping coefficients, and frictional torque. Among these recommendable grooves, the saw tooth groove may keep its original profile for long, enduring metal-to-metal contact during startup and shutdown.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.21
no.1
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pp.130-136
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2012
Dynamic as well as static and geometric design parameters such as inertia, tooth profile, backlash and clearance can be directly considered via multi-body dynamic analysis along with contact analysis. However, it is time consuming to use finite elements for the consideration of the tooth flexibility in the multi-body dynamic analysis of gears. A computationally efficient procedure, so called, Gear Stiffness Module, is suggested to resolve this calculation time issue. The characteristics of gear tooth compliance are discussed and rotational stiffness element concept for the Gear Stiffness Module is presented. Transmission error analyses for a spur gear system are carried out to validate the reliability and efficiency of the module. Compared with the finite element model, the Gear Stiffness Module yields considerably similar results and takes only 3% of calculation time.
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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v.2
no.4
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pp.5-11
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2001
Vibration and noise of gears is doc to the transmission error and the vibration exciting force caused by the periodically alternating tooth stiffness. Transmission error is the rotation delay between driving and driven gear caused by manufacturing error, alignment error in assembly and so on. Tooth stiffness changes with the proceeding mesh of teeth. 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 meshing analysis of gears. Formulated constraints of this problem consist of contact ratio and strengths of gear teeth such as tooth bending strength, surface durability, and scoring. ADS(Automated Design Synthesis) is used as an optimization tool. We also investigate the relation between the aspect ratio and the optimum values of tooth modification. The proposed method can calculate the optimum amount of tooth modification automatically and is expected to be practically useful to resolve the problem of vibration of helical gears.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.29
no.1
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pp.37-44
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2016
This study is concerned with the numerical investigation of dynamic characteristics of 2.5MW-class wind turbine gearbox in which the misalignment improvement of plenary gear shafts by the flexible pins and the dynamic impact response are analyzed by the finite element method. The tooth contact between gears is modelled using the line element having the equivalent tooth stiffness and the contact ratio to accurately and effectively reflect the load transmission in the internal complex gear system. The equivalent tooth stiffness is calculated by utilizing the tooth deformation analysis and the impulse torque is applied to the input shaft for the dynamics response characteristic analysis. Through the numerical experiments, the equivalent tooth stiffness model was validated and the misalignment improvement of planetary gear shafts was confirmed from the comparison with the cases of fixed shafts at one and both ends.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.16
no.12
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pp.99-108
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1999
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.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.20
no.5
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pp.1534-1542
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1996
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.
Rots, Jan G.;Invernizzi, Stefano;Belletti, Beatrice
Computers and Concrete
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v.3
no.4
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pp.213-233
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2006
Over the past years techniques for non-linear analysis have been enhanced significantly via improved solution procedures, extended finite element techniques and increased robustness of constitutive models. Nevertheless, problems remain, especially for real world structures of softening materials like concrete. The softening gives negative stiffness and risk of bifurcations due to multiple cracks that compete to survive. Incremental-iterative techniques have difficulties in selecting and handling the local peaks and snap-backs. In this contribution, an alternative method is proposed. The softening diagram of negative slope is replaced by a saw-tooth diagram of positive slopes. The incremental-iterative Newton method is replaced by a series of linear analyses using a special scaling technique with subsequent stiffness/strength reduction per critical element. It is shown that this event-by-event strategy is robust and reliable. First, the model is shown to be objective with respect to mesh refinement. Next, the example of a large-scale dog-bone specimen in direct tension is analyzed using an isotropic version of the saw-tooth model. The model is capable of automatically providing the snap-back response. Subsequently, the saw-tooth model is extended to include anisotropy for fixed crack directions to accommodate both tensile cracking and compression strut action for reinforced concrete. Three different reinforced concrete structures are analyzed, a tension-pull specimen, a slender beam and a slab. In all cases, the model naturally provides the local peaks and snap-backs associated with the subsequent development of primary cracks starting from the rebar. The secant saw-tooth stiffness is always positive and the analysis always 'converges'. Bifurcations are prevented due to the scaling technique.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.22
no.1
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pp.198-205
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1998
In this paper, the dynamic characteristics of a star type epicyclic gear train have been analyzed. Nonlinear stiffness of a gear pair were obtained considering the bending and shear deformation, Hertz contact deformation, as well as tooth fillet deformation. Nonlinear stiffness coefficients and damping coefficients around the static equilibrium position were obtained by perturbation method. The loci of the planet gears and sun gear were estimated. Tooth meshing forces and bearing reaction forces were calculated. The effects of bearing clearance and oil viscosity on the gear behavior were also analyzed.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2002.11b
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pp.25-30
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2002
To reduce the vibration of a gear driving system, the modification of gear tooth from the orignal involute gear profile is usually done in gear manufacturers. The quantity of tooth modification has been decided on the basis of the interference between two gear teeth during gear meshing and the elastic deformation due to loading. However, the dynamic characteristics with tooth modification has to be investigated to avoid the instability to the variation of gear meshing stiffness and the nonlinearity due to gear backlash which results in sub- or super-harmonics in its responses. This research shows the dynamic characteristics with various tooth modifications in its type and quantity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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