Determination Of The Wear Fault In Spur Gear System Using Statistical Process Control Method

Abstract

Vibration analysis is one of the early warning methods widely used in obtaining information about faults occurring on the machine elements and structures. In this method, gear fault detection can be performed by analyzing of the vibration test results using signal processing, artificial intelligence and statistical analysis methods. The objective of this study is detection the existence of wear by examining changes in the vibrations of spur gears due to wear faults in statistical process control carts. In this study, artificial wear was created on the surfaces of spur gears in order to be examined in gears test rig. Then, these gears were attached and vibrations data were recorded by operating the system at various loading and number of cycles conditions. Detection of fault was demonstrated by analyzing undeformed and worn gears data in statistical process control carts by means of real-time experimental studies.

Keywords

• Spur gears, Gear faults, Fault diagnosis, Statistical process control.

Düz Dişli Çark Sistemindeki Aşınma Hatasının İstatistiksel Proses Kontrol Metodu İle Belirlenmesi

Öz

Titreşim analizi, makine elemanları ve yapılarda oluşan arızalar hakkında bilgi edinmede yaygın bir şekilde kullanılan erken uyarıcı metotlarının başında gelmektedir. Bu yöntemde, titreşim analiz sonuçları sinyal işleme, yapay zeka, istatistiksel analiz yöntemleriyle işlenerek dişli hata tespiti yapılabilmektedir. Bu çalışmada amaç, düz dişlilerdeki aşınma hatasının sebep olduğu titreşimlerdeki değişimlerin istatistiksel proses kontrol grafiklerinde analiz edilerek aşınmanın varlığını tespit etmektir. Dişli test düzeneğinde incelenmek üzere, düz dişli yüzeylerinde suni olarak aşındırma işlemi uygulanmış ve sonra bu dişliler takılıp sistem çeşitli ön yük ve devir şartlarında çalıştırılarak titreşim verileri kaydedilmiştir. Sağlam dişli ile aşınmış dişli verileri istatistiksel proses kontrol grafiklerinde analiz edilerek hatanın tespiti gerçek zamanlı deneysel çalışma ile grafiksel olarak gösterilebilmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Düz dişli çarklar, Dişli arızaları, Arıza tespiti, İstatistiksel proses kontrol.

Kaynakça

1. Maraş, S., Duman, Ö., Arslan, H., Yüzükırmızı, M., “Dişlilerden elde edilen titreşim sinyallerinde istatistiksel proses kontrol uygulaması” 32. Yöneylem Araştırması ve Endüstri Mühendisliği Kongresi, İstanbul, 2012.
2. Andrade, F. A., Esat, L. L., Badi, M. M., “Gear condition monitoring by a new application of the Kolmogorov- Smirnov test”, Journal of Mechanical Engineering Science, 215, 653-661, 2001.
3. Baydar, N., Chen, Q., Ball, A., Kruger, U., “Detection of incipient tooth defect in helical gears using multivariate statistics”, Mechanical Systems and Signal Processing, 15 (2), 303-321, 2001.
4. Birgören, B. ve Koçer, B., “İstatistiksel proses kontrol çizelgelerinde hata teşhisine yönelik yaklaşımlar”, G. Ü. Fen Bilimleri Dergisi, 17 (4), 59-69, 2004.
5. Zhan, Y. M., Mechefske, C.K., “Load-independent condition assessment of gears using Kolmogorov-Smirnov goodness-of-fit test and autoregressıve modeling”, Word Congress on Engineering Asset Management, Australia, 2006.
6. Zhan, Y., Makis, V., Jardine, A. K.S., “Adaptive state detection of gearbox under varying load conditions based on parametric modelling”, Mechanical Systems and Signal Processing, 20 (1), 188-221, 2006.
7. Wang, W. Q., Ismail, F., Golnaraghi, M. F., “Assessment of gear damage monitoring techniques using vibrations measurements”, Processing, 15 (5), 905-922, 2001. Systems and Signal
8. Djeddou, F., Zegadi, R., “Practical statistical methods for predicting life reliability of fine pitch gear pairs”, Journal of Engineering and Applied Sciences, 2 (3), 494-500, 2007.

9. Raad, A., Antoni, J., Sidahmed, M., “Indicators of cyclostationarity: Theory and application to gear fault monitoring”, Mechanical Systems and Signal Processing, 22 (3), 74–587, 2008.
10. Yimin, S., Mechefske, C. K., “Gearbox vibration monitoring using extended kalman filters and hypothesis tests”, Journal of Sound and Vibration, 325, 629–648, 2009.
11. Orhan, S., “Rulmanlarla yataklanmış dinamik sistemlerin titreşim analizi ile kestirimci bakımı”, Doktora Tezi, Kırıkkale Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2002.
12. Örümlü, M., “Üretim sürecinde istatistiksel proses kontrol ve işletme uygulamaları”, Yüksek Lisans Tezi, Celal Bayar Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2006.
13. Birgören, B., ve Koçer, B., “İstatistiksel proses kontrol çizelgelerinde hata teşhisine yönelik yaklaşımlar”, G. Ü. Fen Bilimleri Dergisi, 17 (4), 59-69, 2004.
14. Çolak, T., “İstatistiksel süreç kontrolü ve uygulamalar”, Yüksek Lisans Tezi, Çukurova Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2007.