Model of the turboprop engine reduction gear tooth harmonic spectral component


Cite item

Full Text

Abstract

The width of spectral components in rotary machines is determined by the frequency modulation of the carrier from the rotor speed deviation in the stationary operation mode. It was shown that, for the tooth spectral component, it is not enough to take into account this factor only. The analysis of publications and the studies performed show that it is also determined by the effect of many other factors: process-related ones (errors in manufacturing and assembly of gear wheels), operation mode parameters (rpm, temperature, transmitted load); design-related factors (flexibility of drive parts; modification of the tooth face), as well as uneven wear of tooth flanks. Using the planetary gearbox of a turboprop engine as an example, the structure of the tooth spectral component width in function of the analyzed influencing factors was considered. Based on the vibration statistics for eighteen gearboxes in overhauled engines, the choice of a ratio for the spectral component width of a frequency modulated process was justified. This choice showed readings closest to the corresponding experimental data. For the vibration of ten gearboxes with different degrees of tooth flank wear, the corresponding dependence of the width on the wear is presented. A mathematical model for the tooth spectral component width in overhauled and newly manufactured gearboxes as the product of the constant coefficient with the deviation dispersion sum from the considered factors was proposed. The same dependence was also given for gearboxes with wear when adding the dispersion from wear to the dispersion sum. It was demonstrated that, for the presented case of the maximum wear, its fraction in the total width was about 50%, whereas the fraction of the frequency modulation from the operating system of adjusting relative rotor speed constancy in the stationary engine operation mode was equal to half of all the other factors.

About the authors

A. E. Sundukov

PKF TSK, LLC

Author for correspondence.
Email: sunduckov@mail.ru

Candidate of Science (Engineering), Engineering Director

Russian Federation

E. V. Shakhmatov

Samara National Research University

Email: shakhm@ssau.ru

Academician of the Russian Academy of Sciences, Head of the Department of Power Plant Automatic Systems

Russian Federation

References

  1. Bigus G.A., Daniev Yu.F., Bystrova N.A., Galkin D.I. Osnovy diagnostiki tekhnicheskikh ustroystv i sooruzhenii [Fundamentals of diagnostics of technical devices and structures]. Moscow: Bauman Moscow State Technical University Publ., 2018. 445 p.
  2. Nerazrushayushchiy kontrol'. Spravochnik v 7 t. T. 7, kn. 2. Vibrodiagnostika / pod red. V.V. Klyueva [Nondestructive testing: Handbook. In 7 volumes. V. 7. Book 2. Vibration-based diagnostics / ed. by V.V. Klyuev]. Moscow: Mashinostroenie Publ., 2005. 828 p.
  3. Skeinik R., Petersen D. Automated fault detection via selective frequency band alarming in PC-based predictive maintenance systems. CSI, Knaxville, TN 37923, USA.
  4. Rusov V. A. Diagnostika defektov vrashchayushchegosya oborudovaniya po vibratsionnym signalam [Diagnostics of rotating equipment defects by vibration signals]. Perm: Vibro-Tsenter Publ., 2012. 252 p.
  5. Gudkov P.A. Complex research of structure of technological errors of cogwheels. Vestnik Kurganskogo Gosudarstvennogo Universiteta. Seriya: Tekhnicheskie Nauki. 2010. No. 1 (17). P. 174-175. (In Russ.)
  6. Zabelin D.A. Influence of manufacturing errors and assembly of gear transmission on their kinematic accuracy. Vestnik Belorussko-Rossiyskogo Universiteta. 2009. No. 2 (23). P. 78-87. (In Russ.). doi: 10.53078/20778481_2009_2_78
  7. Kozharinov E.V., Kalinin D.V., Golovanov V.V. Reduction of aviation gear’s vibration. Aviation Engines. 2020. No. 1 (6). P. 57-64. (In Russ.) doi: 10.54349/26586061_2020_1_57
  8. Kudryavtsev L.A., Kolchin O.M., Tishin I.F., Sevast'yanenko A.N., Uvarov A.A. Kinematic error of gear drives under quasistatic and dynamic conditions. Measurement Techniques. 1988. V. 31, Iss. 10. P. 956-958. doi: 10.1007/BF00864873
  9. Sunduckov A.E. Diagnostic indicators of tooth flank wear based on the analysis of tooth spectral component parameters. Vestnik of Samara University. Aerospace and Mechanical Engineering. 2022. V. 21, no. 3. P. 141-149. (In Russ.). doi: 10.18287/2541-7533-2022-21-3-141-149
  10. Vul' V.M., Popkov V.I., Agafonov V.K., Baklanov V.S. Issledovanie dinamicheskikh kharakteristik dvigatelya, stenda i ob"ekta v mestakh opornykh svyazey. Sb. trudov «Vibratsionnaya prochnost' i nadezhnost' dvigateley i sistem letatel'nykh apparatov». Iss. 7. Kuybyshev: Kuybyshev Aviation Institute Publ., 1980. P. 62-68. (In Russ.)
  11. Baklanov V.S. Evaluation of engine health monitoring using result of research into the dynamic fexibility of cases. Proceedings of the International Meeting «Engine Health Monitoring-93 (SAE, CIAM, S. Petersburg, 1993). V. 1.
  12. Sundukov A.E., Shakhmatov E.V. Evaluation of both engine placement and propeller type effect on the diagnostic signs of its gearbox teeth wear. Aerospace MAI Journal. 2022. V. 29, no. 4. P. 208-218. doi: 10.34759/vst-2022-4-208-218
  13. Avramenko A.A., Kryuchkov A.N., Plotnikov S.M., Sundukov E.V., Sundukov A.E. Refining methods of vibration diagnostics of wear of turbo-prop engine differential speed reduction unit gear teeth. Vestnik of Samara University. Aerospace and Mechanical Engineering. 2018. V. 17, no. 3. P. 16-26. (In Russ.). DOI: 10. 18287/2541-7533-2018-17-3-16-26
  14. Ziatdinov S.I., Osipov L.A. Harmonic oscillation spectrum under frequency modulation by a random signal. Journal of Instrument Engineering. 2020. V. 63, no. 3. P. 206-212. (In Russ.). doi: 10.17586/0021-3454-2020-63-3-206-212
  15. Perov A.I., Zamolodchikov V.N., Chilikin V.M. Radioavtomatika: ucheb. dlya VUZov [Radio automatics. Textbook for higher education institutions]. Moscow: Radiotekhnika Publ., 2014. 320 p.
  16. Rytov A.M. Vvedenie v statisticheskuyu radiofiziku. Ch. I. Sluchaynye protsessy [Introduction to statistical radio physics]. Moscow: Nauka Publ., 1976. 496 p.
  17. Astaykin A.I., Pomazkov A.P. Teoreticheskie osnovy radiotekhniki. Ch. II. Osnovy teorii signalov [Theoretical fundamentals of radio engineering. Part Two. Fundamentals of signal theory]. Sarov: RFYaTs-VNIIEF Publ., 2004. 332 p.
  18. GOST 1643-81. Basic requirements for interchangeability. Cylindrical gearings. Tolerances. Moscow: IPK Izdatel'stvo Standartov Publ., 2003. 44 p. (In Russ.)
  19. Sokolov G.A., Sagitov R.V. Vvedenie v regressionnyy analiz i planirovanie regressionnykh eksperimentov v ekonomike: ucheb. posobie [Introduction to regression analysis and designing regression experiments in economics]. Moscow: INFRA-M Publ., 2010. 202 p.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2023 VESTNIK of Samara University. Aerospace and Mechanical Engineering

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».