Atesting capabilities of a new test rig, with a planetary gear unit examined as an example

• Autorzy: Pawelski Z. , Uszpolewicz G. , Zdziennicki Z.

Identyfikatory

DOI

10.14669/AM.VOL77.ART8

Warianty tytułu

PL

Możliwości badawcze nowego stanowiska na przykładzie przekładni planetarnej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article describes a test rig built at the Department of Vehicles and Fundamentals of Machine Design, Lodz University of Technology (TUL), for static and dynamic examination of vehicle and machinery driveline components. Adequate installed power of the propulsion system and extensive instrumentation of the test rig makes it possible to examine various prototype mechanical transmission units with power capacities of up to several ten kilowatts and to carry out a broad spectrum of measurements with high accuracy. During the tests, such variables as vibrations in any direction, gear shaft speeds, torques, noise levels, and various oil parameters, e.g. temperature, moisture content, or ferromagnetic debris content, may be recorded. Additional equipment enables precise alignment of all the rotating parts in the test rig drive train and determination of oil viscosity before and after the test. An important feature of the test rig is a possibility of changing the drive direction without demounting the object under test. This can be done thanks to an inverter control system, which enables electric machine operation modes to be switched over from motor to generator and vice versa. In the subsequent part of the article, selected results of testing a planetary gear unit with a geometric gear ratio of 3.1372 have been presented, which include efficiency, FFT analysis of vibrations, and noise level data. The test results have confirmed the suitability of the test rig for multipurpose applications and for comprehensive diagnosing of driveline components.

PL

W artykule opisano stanowisko do statycznych i dynamicznych badań podzespołów układów napędowych zbudowane w Katedrze Pojazdów i Podstaw Budowy Maszyn Politechniki Łódzkiej. Moc urządzeń napędowych zainstalowana na stanowisku, pozwala na badanie różnych prototypów przekładni mechanicznych o mocach do kilkudziesięciu kilowatów a bogate jego oprzyrządowanie umożliwia przeprowadzenie szerokiego spektrum pomiarów z wysoką dokładnością. W trakcie badań rejestrowane są takie zmienne jak drgania w dowolnym kierunku, prędkości obrotowe wałów przekładni, momenty obrotowe, poziom hałasu oraz parametry oleju takie jak temperatura, zawartość wilgoci i ścieru ferromagnetycznego. Dodatkowe wyposażenie umożliwia precyzyjne ustawienie współosiowe wszystkich elementów wirujących w linii napędowej stanowiska oraz określenie lepkości oleju przed i po badaniach. Istotną cechą stanowiska jest możliwość zamiany kierunku napędu bez demontażu badanego obiektu, co jest możliwe dzięki układowi sterowania falownikami umożliwiającemu zmianę charakteru pracy maszyn elektrycznych z silnika na generator i odwrotnie. W dalszej części przedstawiono wybrane wyniki badań przekładni planetarnej o przełożeniu kinematycznym 3,1372: określenie sprawności, analizę częstotliwościową drgań oraz poziom hałasu. Badania potwierdziły uniwersalność stanowiska i możliwość wszechstronnego diagnozowania podzespołów układów napędowych.

Słowa kluczowe

EN

power-circulating test rig; planetary gear unit; mesh and signature frequencies; vibrations and their FFT analysis; kinematic gear ratio; dynamic gear ratio; noise level; efficiency measurements; efficiency adjusted to a uniform oil temperature

PL

stanowisko z mocą krążącą; przekładnia planetarna; drgania i analiza fft; przełożenie kinematyczne; przełożenie dynamiczne; poziom hałasu; pomiary sprawności; sprawność korygowana do określonej temperatury oleju; częstotliwości charakterystyczne; częstotliwość zazębienia

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe Sieci Badawczej Łukasiewicz - Przemysłowego Instytutu Motoryzacji
• Czasopismo: Archiwum Motoryzacji
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 77, nr 3
• Strony: 111--132
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., fot., rys., tab., wz.

Twórcy

autor

Pawelski Z.

• Lodz University of Technology, Department of Vehicles and Fundamentals of Machine Design, ul. Żeromskiego 116, 90-924 Łódź, Poland

autor

Uszpolewicz G.

• Lodz University of Technology, Department of Vehicles and Fundamentals of Machine Design, ul. Żeromskiego 116, 90-924 Łódź, Poland

autor

Zdziennicki Z.

• Lodz University of Technology, Department of Vehicles and Fundamentals of Machine Design, ul. Żeromskiego 116, 90-924 Łódź, Poland

Bibliografia

• [1] Müller L. Przekładnie obiegowe (Epicyclic transmissions). PWN. Warszawa 1983.
• [2] Karray M, Chaari F, del Rincon A F, Viadero F, Haddar M. An Experimental Investigation of the Dynamic Behavior of Planetary Gear Set. Proceedings of the Fifth International Conference on Design and Modeling of Mechanical Systems. CMSM’2013 Djerba, Tunisia, March 25-27, 2013.
• [3] Wilk A, Łazarz B, Madej H. Wykorzystanie sygnału drganiowego korpusu do diagnozowania przekładni obiegowych (Using housing vibration signal in planetary gear diagnosis). Available from: www.obrum.gliwice.pl/upload/downloads/spg/100/09_Wilk.pdf.
• [4] Pawelski Z, Woźniak M. Badania stanowiskowe i symulacyjne przy wejściowym sygnale sinusoidalnym na wale turbiny przekładni hydrokinetycznej (Stationary and simulating researches with input sinus signal on turbine shaft of the hydrokinetic torque converter ZM130). Archiwum Motoryzacji. 2009; 2; 163-177.
• [5] Chao Huang, Jia-Xu Wang, Ke Xiao, Min Li, Jun-Yang Li. Dynamic characteristics analysis and experimental research on a new type planetary gear apparatus with small tooth number difference. Journal of Mechanical Science and Technology. 2013 (27); 5; 1233-1244.
• [6] Minghu Yin, Guoding Chen, Hua Su. Theoretical and experimental studies on dynamics of double-helical gear system supported by journal bearings. Advances in Mechanical Engineering. 2016 (8); 5; 1-13.
• [7] Gawande S H, Shaikh S N. Experimental Investigations of Noise Control in Planetary Gear Set by Phasing. Journal of Engineering. 2014 (2014), Article ID 857462, 11 pages.
• [8] Inalpolat M. A Theoretical and Experimental Investigation of Modulation Sidebands of Planetary Gear Sets. Dissertation. The Ohio State University. 2009.
• [9] Zhuang Li. Experimental Analyses of Vibration and Noise of Faulted Planetary Gearbox. Inter-noise. Melbourne, Australia, 16-19 November 2014.
• [10] Bartelmus W, Zimroz R. Metoda diagnostyki przekładni planetarnej (Planetary gearbox condition monitoring). Prace Naukowe Instytutu Górnictwa Politechniki Wrocławskiej. 2007; 118 (33).
• [11] Ericson T M, Parker R G. Experimental measurement of the effects of torque on the dynamic behavior and system parameters of planetary gears. Mechanism and Machine Theory. 2014 (74); 370-389.
• [12] Ericson T M, Parker R G. Planetary gear modal vibration experiments and correlation against lumped-parameter and finite element models. Journal of Sound and Vibration. 2013 (332); 2350-2375.
• [13] Hyun-Ku Lee, Koo-Tae Kang: An Experimental Study and Analysis on NVH Behaviors of the Planetary Gear Set. Journal of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering. 2010 (20); 3; 242-248.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).