Detection of Surface Pitting Fault Levels in a Gearbox by Vibration Region Analysis

Year 2018, Volume: 59 Issue: 693, 19 - 32, 31.12.2018

Berkan Hızarcı Rafet Can Ümütlü Zeki Kıral Hasan Öztürk

Abstract

The monitoring of gearbox is a matter of concern to the industry in terms of cost and downtime reduction. This work focuses on the condition monitoring of a helical gearbox and the determination of the effect of pitting faults formed on tooth surface on vibration of helical gearbox. In addition to studies related to determination of faults in gearboxes in the literature, the vibration zone of the gearbox is extracted by using instantaneous acceleration values taken from the helical gearbox on the two directions. This vibration zone is recorded as an image in a binary system and the area of the vibration zone is calculated by using image processing algorithms. The area of the vibration zone gives information about the condition of the gearbox. As a result of the experiments carried out, it has been seen that the vibration zone analysis is a successful method for condition monitoring of a gearbox. 

Keywords

Helical gear, pitting fault

Titreşim Bölgesi Analizi ile Bir Dişli Kutusunda Yüzey Oyukçuk Hata Seviyelerinin Tespiti*

Abstract

Dişli kutularının durum izlemesi, maliyet ve duruş sürelerinin azaltılması açısından endüstride önem verilen bir konudur. Bu çalışma, bir helisel dişli kutusunun durum izlemesi ve diş yüzeyinde oluşturulmuş oyukçuk hatalarının dişli kutusunun titreşimine etkisinin tespiti üzerine odaklanmaktadır. Literatürde dişli kutularında arıza tespitiyle ilgili bulunan çalışmalara ek olarak,  helisel dişli kutusundan iki yönde aynı anda alınan anlık ivme değerleri kullanılarak dişli kutusunun çalışma anındaki titreşim bölgesi çıkartılır. Bu titreşim bölgesi ikilik sistemde görüntü olarak kaydedilir ve görüntü işleme algoritmaları kullanılarak titreşim bölgesinin alanı hesaplanır. Titreşim bölgesinin alanı, dişli kutusunun durumu hakkında bilgi verir. Yapılan deneyler sonucunda, titreşim bölgesi analizinin dişli kutularının durum izlemesi için başarılı bir yöntem olduğu görülmüştür.

Keywords

Helis dişli, oyukçuk hatası

References

• Yaman, G., Karadayı, H. M. 2014. “Titreşim Analizi ile Pompalarda Arıza Tesbiti ve Kestirimci Bakım İçin Örnek Bir Çalışma,” Tesisat Mühendisliği, sayı 140, s. 36-51.
• Öztürk, H. 2006. “Gearbox Health Monitoring And Fault Detection Using Vibration Analysis,” Doktora Tezi, Dokuz Eylül Üniversitesi, İzmir, Türkiye.
• Öztürk, H., Yeşilyurt, D., Sabuncu, M. 2005. “Dişli Çark Oyukçuk Arızasının Titreşim Analizi İle Tespiti,” Makine Tek, sayı 98, s. 72-79.
• Kalyoncu, M. 2006. “Titreşim Analizi ile Makine Elemanları Arızalarının Belirlenmesi,” Mühendis ve Makina, cilt 47, sayı 552.
• Kirazlılar, B. 2007. “Endüstriyel Bakım Kestirimci ve Önleyici Bakımın Temelleri,” ISBN:9755114637, Birsen Yayınevi.
• Öztürk, H., Yesilyurt, İ., Sabuncu, M. 2007. “Dişli Kutularındaki Diş Çatlak Hatasının Titreşim Etüdüyle Erken Tespiti ve İzlenmesi,” 13. Ulusal Makine Teorisi Sempozyumu, 07-09 Haziran 2007, Cumhuriyet Üniversitesi, Sivas.
• Yesilyurt, I. 1997. “Gear Fault Detection and Severity Assessment Using Vibration Analysis,” PhD Thesis, Manchester, The University of Manchester.
• ISO 10816-3, 2009. “Mechanical Vibration -- Evaluation Of Machine Vibration By Measurements On Non-Rotating Parts -- Part 3: Industrial Machines with Nominal Power Above 15 kW and nominal speeds between 120 r/min and 15 000 r/min when measured in situ,” www.iso.org/standard/50528.html, 24 July 2017.
• Tang, H., Cha, J-Z.,Wang, Y., Zhang, C. 1991. “The Principle of Cepstrum and Its Application in Quantitative Fault Diagnostics of Gears”, ASME Modal Analysis, Modelling, Diagnostics, and Control – Analytical and Experimental, vol. 38, p. 141-144.
• Nicks, J. E., Krishnappa, G. 1995. “Gear Fault Detection Using Modulation Analysis Technique,” In Processings of the Second International Conference on Gearbox Noise, Vibration and Diagnostics, Institute of Mechanical Engineers, p. 81-89 , UK.
• Jones, D.L., Parks, T.W. 1992. “A Resolution Comparison of Several Time-Frequency Representations,” IEEE Transactions on Signal Processing, vol. 40 (2), p. 413-420.
• Cohen L. 1989. “Time-Frequency Distributions-a Review,” Proc IEEE, vol. 77 (7), p. 941-981.
• Stander, C.J. Heyns, P.S. 2002. “Using Vibration Monitoring for Local Fault Detection on Gears Operating Under Fluctating Load Conditions,” Mechanical System and Signal Processing, vol. 16(6), p. 1005-1024.
• Samantha, B. 2004. “Gear Fault Detection Using Artificial Neural Networks and Support Vector Machines with Genetic Algorithms,” Mechanical Systems and Signal Processing 18, p. 625–644.
• Kıral, Z. Karagülle, H. 2006. “Vibration Analysis of Rolling Element Bearings with Various Defects Under The Action of an Unbalanced Force,” Mechanical Systems and Signal Processing, Elsevier, vol. 20/8, p. 1967-1991.
• Hızarcı, B., Ümütlü, R.C., Öztürk, H., Kıral, Z. 2017. “Yapay Sinir Ağları Kullanarak Helisel Dişli Kutusundaki Oyukçuk Hata Seviyelerinin Tespiti,” 18. Ulusal Makine Teorisi Sempozyumu, 05-07 Temmuz 2017, Karadeniz Teknik Üniversitesi, Trabzon.