Reliability analysis of gear transmission with considering failure correlation

• Autorzy: Zuo F.-J. , Yu L. , Mi J. , Liu Z. , Huang H.-Z.

Identyfikatory

DOI

10.17531/ein.2015.4.19

Warianty tytułu

PL

Analiza niezawodności przekładni z uwzględnieniem korelacji uszkodzeń

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Reliability analysis is of great importance in engineering practices. However, reliability analysis of mechanical system under considering correlation for multiple failure modes is very difficult. Gear is the key component in many mechanical transmission systems and therefore its reliability analysis is very important. Based on the standards of strength calculation of gears and stressstrength interference theory as well as copula theory, the reliability of gear transmission with three failure modes, including gear bending fatigue, gear flank contact fatigue and flank adhesion, is analyzed. The correlation of the three failure modes is studied and reliability of their correlation is also evaluated based on the selected copula functions. The proposed method can be used to facilitate the design, manufacturing, and maintenance planning of gears.

PL

Analiza niezawodności ma ogromne znaczenie w praktyce inżynierskiej. Jednakże, analiza niezawodności układu mechanicznego z uwzględnieniem korelacji dla mnogich przyczyn uszkodzeń jest trudnym zadaniem. Koło zębate jest kluczowym elementem w wielu przekładniach mechanicznych i dlatego analiza jego niezawodności jest niezwykle ważna. W oparciu o normy obliczania wytrzymałości kół zębatych i teorię interferencji naprężeń i wytrzymałości, a także teorię kopuł, przeanalizowano niezawodność przekładni zębatej uwzględniając trzy przyczyny uszkodzeń: zmęczenie zginające koła zębatego, zmęczenie stykowe boku zęba i przyczepność boku. Prześledzono korelację trzech przyczyn uszkodzeń i oceniono niezawodność ich korelacji na podstawie wybranych funkcji kopuł. Proponowana metoda może być stosowana w celu ułatwienia projektowania, produkcji i planowania konserwacji przekładni.

Słowa kluczowe

EN

Reliability analysis; contact stress; bending stress; multiple failure modes; failure correlation

PL

analiza niezawodności; naprężenie stykowe; naprężenie zginające; mnogie przyczyny uszkodzeń; korelacja uszkodzeń

• Wydawca: Polskie Naukowo-Techniczne Towarzystwo Eksploatacyjne
• Czasopismo: Eksploatacja i Niezawodność
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 17, no. 4
• Strony: 617--623
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., tab.

Twórcy

autor

Zuo F.-J.

• Institute of Reliability Engineering University of Electronic Science and Technology of China No. 2006, Xiyuan Avenue, West Hi-Tech Zone, Chengdu, Sichuan, 611731, P. R. China

autor

Yu L.

• Institute of Reliability Engineering University of Electronic Science and Technology of China No. 2006, Xiyuan Avenue, West Hi-Tech Zone, Chengdu, Sichuan, 611731, P. R. China

autor

Mi J.

• Institute of Reliability Engineering University of Electronic Science and Technology of China No. 2006, Xiyuan Avenue, West Hi-Tech Zone, Chengdu, Sichuan, 611731, P. R. China

autor

Liu Z.

• Institute of Reliability Engineering University of Electronic Science and Technology of China No. 2006, Xiyuan Avenue, West Hi-Tech Zone, Chengdu, Sichuan, 611731, P. R. China

autor

Huang H.-Z.

• Institute of Reliability Engineering University of Electronic Science and Technology of China No. 2006, Xiyuan Avenue, West Hi-Tech Zone, Chengdu, Sichuan, 611731, P. R. China

Bibliografia

• 1. Al-Shareedah E M, Alawi H. Reliability analysis of bevel gears with and without back support. Mechanism & Machine Theory 1987; 22(1): 13-20, http://dx.doi.org/10.1016/0094-114X(87)90071-1.
• 2. Aoues Y, Chateauneuf A. Benchmark study of numerical methods for reliability-based design optimization. Structural and Multidisciplinary Optimization 2010; 41: 277-294, http://dx.doi.org/10.1007/s00158-009-0412-2.
• 3. Krantz T, Tufts B. Pitting and bending fatigue evaluations of a new case-carburized gear steel. International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference 2007; 4-7, http://dx.doi.org/10.1115/detc2007-34090.
• 4. Lyu S K, Inoue K, Deng G, et al. Effect of surface treatments on the strength of carburized gears. KSME International Journal 1998; 12(2): 206-214.
• 5. Li Y F, Mi J, Huang H Z, et al. Fault tree analysis of train rear-end collision accident considering common cause failure. Ekcsploatacja i Niezawodnosc – Maintenance and Reliability 2013; 15(4): 403-408.
• 6. Madhusekhar D. Reliability based design of a gear box. Journal of Engineering Research and Applications 2009; 4(8): 38-44.
• 7. Nelsen R B. An introduction to Copulas. Springer Verlag, 2006; 27-32.
• 8. Noh Y, Choi K, Du L. Reliability-based design optimization of problems with correlated input variables using a Gaussian copula. Structural and Multidisciplinary Optimization 2009; 38(1): 1-16, http://dx.doi.org/10.1007/s00158-008-0277-9.
• 9. Peng X Q, Liu G, Wu L Y, et al. A stochastic finite element method for fatigue reliability analysis of gear teeth subjected to bending. Computational Mechanics 1998; 21: 253-261, http://dx.doi.org/10.1007/s004660050300.
• 10. Ramirez-Marquez J E, Coit D W. Optimization of system reliability in the presence of common cause failures. Reliability Engineering and System Safety 2007; 92: 1421-1434, http://dx.doi.org/10.1016/j.ress.2006.09.004.
• 11. Rao S S, Das G. Reliability based optimum design of gear trains. Journal of Mechanical Design 1984; 106(1): 17-22, http://dx.doi.org/10.1115/1.3258551.
• 12. Xiao N C, Huang H Z, Li Y F, et al. Multiple failure modes analysis and weighted risk priority number evaluation in FMEA. Engineering Failure Analysis 2011; 18(4): 1162-1170, http://dx.doi.org/10.1016/j.engfailanal.2011.02.004.
• 13. Yang Q J. Fatigue test and reliability design of gears. International Journal of Fatigue 1996; 18(3): 71-177, http://dx.doi.org/10.1016/0142-1123(95)00096-8.
• 14. Ye X F, Wang Q, Huang Z Y. Research on probabilistic reliability design of gears. Locomotive & Rolling Stock Technology 2011; 3: 1-5. (In Chinese).
• 15. Zhang J, Zhang Q, Xu Z Z, et al. A study on the evaluation of bending fatigue strength for 20CrMoH gear. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing 2013; 14(8): 1339-1343, http://dx.doi.org/10.1007/s12541-013-0181-0.
• 16. Zhang Q, Zhang J, Wu C. The evaluation of contact fatigue strength for 20MnCr5 carburized gear. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing 2014; 15(1): 117-121, http://dx.doi.org/10.1007/s12541-013-0313-6.
• 17. Zhang Y M, Liu Q L, Wen B C. Practical reliability-based design of gear pairs. Mechanism and Machine Theory 2003; 38(12): 1363-1370, http://dx.doi.org/10.1016/S0094-114X(03)00092-2.