A multi-body model of gears for simulation of vibration signals for gears misalignment

• Autorzy: Dąbrowski D. , Adamczyk J. , Plascencia Mora H.

Warianty tytułu

PL

Model kół zębatych do symulacji sygnałów wibracyjnych dla współpracy kół z przekoszonymi osiami

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In the paper a dynamic model of spur gears was developed and compared with an experimental data in case of simulation of vibration signals. Comparison was done on the basis of the signals generated by the model and the real object. The experiment was conducted on an experimental gearbox named DMG-1, that allows to introduce other failures of gears. During the experiment correct work as well as incorrect work of the gears due to misalignment were investigated. In the study a multi-body dynamics model of the gears was developed. The MSC ADAMS software was used for model development and tests. Simulations were conducted for different operation conditions; two values of rotational speed and loading were studied. Behaviour of signals features was similar in both experiment and model for investigated technical states (correct work and misalignment), this was observable by increase of amplitudes for high order gear meshing frequency harmonics, in the model occurs modulations of meshing harmonics by rotational speed, either. To sum up, in the study it was shown that it is possible to simulate vibration signals by the model of the gears created in multi-body dynamics software, what is evidenced by proper generation of gear meshing frequency harmonics, dependent on rotational speed. For simulation of misalignment the model exhibits greater sensitivity by bigger gain of examined parameters.

PL

W artykule został przedstawiony oraz porównany z danymi eksperymentalnymi model dynamiczny kół zębatych. Porównanie zostało przeprowadzone na podstawie sygnałów generowanych przez model i obiekt rzeczywisty dla różnych stanów technicznych. Eksperyment został przeprowadzony na demonstracyjnym stanowisku do badań przekładni zębatych DMG-1, które pozwala na wprowadzenie różnego rodzaju uszkodzeń. Podczas eksperymentu badana była poprawna praca przekładni oraz stan niezdatności związany z przekoszeniem osi jednego z kół. W artykule został przedstawiony model dynamiczny kół zębatych zbudowany na podstawie metody układów wieloczłonowych. W celu budowy modelu i przeprowadzenia testów zostało wykorzystane specjalistyczne oprogramowanie komputerowe. Symulacje zostały przeprowadzone dla różnych warunków pracy: różne wartości prędkości obrotowej oraz obciążenia. Trend zmian cech sygnału wibracyjnego był porównywalny podczas eksperymentu i badań modelowych dla badanych stanów technicznych (poprawna praca, przekoszenie) - wzrost amplitudy drugiej harmonicznej częstotliwości zazębienia. Dla sygnałów otrzymanych z modelu również pojawiły się wstęgi boczne wywołane modulacjami przez prędkość obrotową wałów. Podsumowując, w artykule została przedstawiona możliwość zastosowania dynamicznego modelu kół zębatych opartego na metodzie układów wieloczłonowych do symulacji sygnałów wibracyjnych. Częstotliwości zazębienia generowane przez model są zgodne z założonymi warunkami pracy (prędkość obrotowa, ilość zębów). Podczas symulacji stanów niezdatności model wykazuje większą czułość na wprowadzone uszkodzenie niż obiekt rzeczywisty.

Słowa kluczowe

EN

rotating diagnostics; modelling and signal processing for CM; diagnostics of mechanical systems

PL

diagnostyka; maszyna wirnikowa; modele dynamiczne; koło zębate; modelowanie uszkodzeń; przekładnia zębata

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Diagnostyki Technicznej
• Czasopismo: Diagnostyka
• Rocznik: 2012
• Tom: nr 2(62)
• Strony: 15--22
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Dąbrowski D.

autor

Adamczyk J.

autor

Plascencia Mora H.

• AGH University of Science and Technology, Department of Mechanics and Vibroacoustics, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland,

Bibliografia

• [1] Adamczyk J., Krzyworzeka P., Cioch W. : Possibility of simplification of vibrational signal demodulation by changing time scale of the processed signal, Archives of Acoustics, 2005, Vol. 30, No. 2, pp. 274-275.
• [2] Bartelmus W.: Mathematical modelling and computer simulations as an aid to gearbox diagnostics, Mechanical Systems and Signal Processing, 2001, Vol. 15, No. 5, pp. 855-871.
• [3] Bartelmus W., Chaari F., Zimroz R., Haddar M. : Modelling of gearbox dynamics under time-varying nonstationary load for distributed fault detection and diagnosis, European Journal of Mechanics - A/Solids, 2010, Vol. 29, No. 4, pp. 637-646.
• [4] Cempel C.: Diagnostyka wibroakustyczna, PWN, Warszawa 1989.
• [5] Dabrowski D., Jamro E., Cioch W. : Hardware Implementation of Artificial Neural Networks for Vibroacoustic Signals Classification, Acta Physica Polonica A, 2010, Vol. 118, No. 1, pp. 41-44.
• [6] Dresig H.: Vibration Analysis for Planetary Gears. Modeling and Multibody Simulation, Proceedings of ICMEM, International Conference on Mechanical Engineering and Mechanics, Nanjing, China, 2005 October 26-28.
• [7] Ebrahimi S., Eberhard P.: Rigid-elastic modeling of meshing gear wheels in multibody systems, Multibody System Dynamics, 2006, Vol. 16, No. 1, pp. 55-71.
• [8] Han B. K., Cho M. K., Kim C., Lim C. H., Kim J. J.: Prediction of vibrating forces on meshing gears for a gear rattle using a new multi-body dynamic model, International Journal of Automotive Technology, 2009, Vol. 10, No. 4, pp. 469-474.
• [9] Johnson K.L.: Contact Mechanics, Cambridge University Press, 1985.
• [10] MSC Inc., MSC ADAMS reference manual.
• [11] Kong D., Meagher J. M., Xu C., Wu X., Wu Y.: Nonlinear Contact Analysis of Gear Teeth for Malfunction Diagnostics, IMAC XXVI Conference and Exposition on Structural Dynamics, Orlando, Florida, 2008 February.
• [12] Lebold M., McClintic K., Campbell R., Byington C., Maynard K.: Review of Vibration Analysis Methods for Gearbox Diagnostics and Prognostics, in proceedings of the 54th Meeting of the Society for Machinery Failure Prevention Technology, Virginia Beach, VA, 2000 May 1-4.
• [13] Norton R.L.: Machine Design an Integrated Approach, Worcester Polytechnic Institute, Pearson Education, 2006.
• [14] Palermo A., Mundo D., Lentini A. S., Hadjit R., Mas P., Desmet W.: Gear noise evaluation through multibody TE-based simulations, Proceedings of ISMA, 2010.
• [15] Sommer A., Meagher J., Wu X.: Gear Defect Modeling of a Multiple-Stage Gear Train, Modelling and Simulation in Engineering, 2011, Vol. 2011, pp.1-8.
• [16] Večeř P., Kreidl M., Šmíd R.: Condition Indicators for Gearbox Condition Monitoring Systems, ActaPolytechnica, 2005, Vol. 45, No.6, pp.35-43.
• [17] Wowk V.: Machinery vibration - alignment, McGraw-Hill Companies, Professional Engineering, 2000.
• [18] Muler L.: Przekładnie zębate dynamika, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 1986.
• [19] Bartelmus W.: Diagnostyka maszyn górniczych górnictwo odkrywkowe, Wydawnictwo "Śląsk", Katowice 1998.