Ваш браузер устарел.

Для того, чтобы использовать все возможности сайта, загрузите и установите один из этих браузеров.

скрыть

Article

  • Title

    Comparison of sinusoidal and involute spur gears by meshing characteristics

  • Authors

    Tkach P.
    Nosko P.
    Bashta O.
    Tsybrii Yu.
    Revyakina O.

  • Subject

    MACHINE BUILDING. PROCESS METALLURGY. MATERIALS SCIENCE

  • Year 2019
    Issue 1(57)
    UDC 621.833
    DOI 10.15276/opu.1.57.2019.06
    Pages 41-51
  • Abstract The article deals with the relevant task of development of gears, that are alternative to the involute (conventional) ones, and can be applied in power drives of machines. The most common requirement for alternative types of gearing is higher comparing with traditional load capacity and durability. To provide this requirement, a sinusoidal gearing can be used. The purpose of this work is to detect its advantages comparing with conventional transmissions. In order to achieve the goal, the theoretical study of qualitative meshing characteristics, which relate to three levels - single, complex and integral, was performed. For gearings the meshing characteristics are the sliding velocity, the velocity of contact points in normal to the contact line direction, relative sliding and reduced curvature. These characteristics belong to the geometric-kinematic group, because they depend on the teeth geometry and the transmission kinematics. They are classified as single and they form part of complex characteristics, which usually include the surface strength of teeth, resistance to scuffing, wear resistance, the oil film’s thickness and the specific work of frictional forces. The complex characteristics, together with geometric-kinematic, determine the gearing power loss. This characteristic is inherently a measure of gearing effectiveness and it is an integral characteristic by its algorithm of definition. It is established that at the extreme points of the line-of-action, the sinusoidal gearing have the characteristic of surface strength at least 10.14 times greater; the characteristic of scuffing at least 10.13 times less; the characteristic of wear of pinion’s teeth surfaces at least 21.58 times less; the characteristic of wear of gear’s teeth surfaces at least 36.81 times less; the characteristic of oil film’s thickness at least 6.57 times more; specific work of frictional forces on the surface of the pinion’s teeth at least 8.3 times less; the specific work of frictional forces on the surface of gear in at least 14.16 times less. The gearing power loss of sinusoidal meshing 2.13 times less. Therefore, the assumption of sinusoidal gearing developer Ernest Wildhaber about the increase of load capacity, as well as the previous results obtained by the first researcher of this gearing Yu.V. Anikin, were approved. The results of the work may be used for further experimental studies, in particular, for the reducers’ load levels selecting during the experiments.
  • Keywords spur gear, convex-concave contact, sinusoidal gearing, meshing characteristics
  • Viewed: 151 Dowloaded: 5
  • Download Article
  • References

    Література

    1.Попов А.П., Кипреев Ю.Н. Повышение нагрузочной способности зубчатых передач по контакт-ным напряжениям. Вестник Нац. техн. ун-та «ХПИ» : сб. науч. тр. Темат. вып.: Проблемы ме-ханического привода. 2009. № 20. С. 108–117.

    2.Бабичев Д.Т., Смовж А.И., Кривошея А.В. Синтез современных цилиндрических прямозубых эвольвентных передач в курсе «Прикладная механика». Збірник наукових праць «Вісник НТУ «ХПІ». Серія: Проблеми механічного приводу. 2015. № 35. С. 10–19.

    3.Amani A., Spitas C., Spitas V. Generalized non-dimensional multi-parametric involute spur gear design model considering manufacturability and geometrical compatibility. Mechanism and Machine Theory. 2017. № 109. P. 250–277.

    4.Грицай І.Є., Вільшанецький В. І. Удосконалення технології виготовлення зубчастих коліс на ос-нові нового методу зубонарізання. Вісник Нац. техн. ун-ту «ХПІ»: зб. наук. пр. Темат. вип.: Проблеми механічного приводу. 2011. № 28. С. 44–52.

    5.Експериментальне дослідження контурної обробки циліндричних зубчастих коліс дисковим ін-струментом / С. І. Пастернак та ін. Вісник Нац. техн. ун-ту «ХПІ»: зб. наук. пр. Темат. вип.: Проблеми механічного приводу. 2010. № 26. С. 94–101.

    6.Формирование конических зубьев с циклическим продольным профилем на универсальных мно-гокоординатных станках с ЧПУ / В. Н. Стрельников и др. Вестник Нац. техн. ун-та «ХПИ»: сб. науч. тр. Темат. вып.: Проблемы механического привода. 2009. № 20. С. 163–171.

    7.Tököly P., Gajdoš M., Bošanský M. Effect of tooth shape to size of contact stress noninvolute gearing. Вестник Нац. техн. ун-та «ХПИ»: сб. науч. тр. Темат. вып.: Проблемы механического привода. 2009. № 19. С. 10–20.

    8.Kopilakova B., Bosansky M., Petrak L. Comparison HRC and C-C gearing for damage to pitting. Bulle-tin of National Technical University “KhPI”: coll. of sci. papers. Ser.: Problem of mechanical drive. 2016. № 23 (1195). P. 77–81.

    9.Павлов А.И., Павлов В.А., Протасов Р.В. Определение характеристик в зацеплении зубчатых ко-лес, нарезаемых методом обката. Вестник Нац. техн. ун-та «ХПИ»: сб. науч. тр. Темат. вып.: Проблемы механического привода. 2009. № 19. С. 111–117.

    10.Носко П.Л., Павлов А.И., Вербицкий В.И. Геометрический метод создания зубчатых зацеплений. Вестник Нац. техн. ун-та «ХПИ»: сб. науч. тр. Темат. вып.: Проблемы механического привода. 2012. № 35. С. 113–116.

    11.Скляр Ю.А. Геометрокинематические критерии прямозубых конхоидальных передач со смеще-нием исходного контура. Вестник Нац. техн. ун-та «ХПИ»: сб. науч. тр. Темат. вып.: Пробле-мы механического привода. 2010. № 27. С. 162–166.

    12.Основи синтезу вихідного контуру циліндричних зубчастих передач із підвищеною зносо-стійкістю зубців коліс / В. П. Шишов и др. Вестник Нац. техн. ун-та «ХПИ»: сб. науч. тр. Те-мат. вып.: Проблемы механического привода. 2009. № 20. С. 171–176.

    13.Якісні показники працездатності синусоїдальних циліндричних прямозубих передач / П. М. Ткач та ін. Вісник Нац. техн. ун-ту «ХПІ»: зб. наук. пр. Сер.: Проблеми механічного приводу. 2017. № 25 (1247). С. 135–139.

    14.Blok H. Measurements of temperature flashes on gear teeth under extreme pressure conditions. Proc. Gen. Disc. Lubricating. 1937. Vol. 11, P. 14–20.

    15.Кудрявцев В.Н., Державец Ю.А., Глухарев Е.Г. Конструкции и расчет зубчатых редукторов. Л.: Машиностроение, 1971. 328 с.

    16.Трение, изнашивание и смазка. Справочник. В 2-х кн. / Под ред. И.В. Крагельского и В.В. Алисина. М. : Машиностроение, 1978. 400 с.

    17.Коднир Д.С. Контактная гидродинамика смазки деталей машин. М.: Машиностроение, 1976. 303 с.

    18.Ткач П.М. Виробна поверхня та верстатне зачеплення циліндричних прямозубих синусоїдальних передач. Вісник НТУУ «КПІ». Серія: Машинобудування. 2014. № 1(70). С. 112 – 121.

    19.Ткач П.М. Попередня оцінка згинальної міцності прямого зуба з синусоїдальним профілем. Вісник Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля. 2014. № 4(211), Ч. 1. С. 236 – 241.

    20.Аникин Ю.В. Синусоидальное зацепление: основы геометро-кинематической теории. Воронеж: Изд-во Воронежского ун-та, 1975. 63 с.

    21.Геометрокинематические критерии работоспособности цилиндрических квазиэвольвентных пе-редач с арочными и корсетными зубьями / В. П. Шишов и др. Вісник Східноукр. нац. ун-ту ім. В. Даля. 2003. № 12 (70). С. 52–55.

    References

    1.Popov, A.P., Kypreev, Yu.N. (2009). Increase of load capacity of gearing under surface stresses. Bulletin of Nat. tech. un. KhPI: Collection of scientific works. Topic: Problems of mechanical drive, 20, 108–117.

    2.Babichev, D.T., Smovzh, A.I., & Krivoshey, A.V. (2015). Synthesis of modern involute spur gears in the course “Applied Mechanics”. Bulletin of Nat. tech. un. KhPI: Collection of scientific works. Topic: Problems of mechanical drive, 35, 10 –19.

    3.Amani, A., Spitas, C., & Spitas, V. (2017). Generalised non-dimensional multi-parametric involute spur gear design model considering manufacturability and geometrical compatibility. Mechanism and Ma-chine Theory, 109, 250–277.

    4.Gritsay, I. Y., & Vilshanetskii, V. I. (2011). Improving the technology of gears manufacturing on the basis of new gear cutting method. Bulletin of Nat. tech. un. KhPI: Collection of scientific works. Topic: Problems of mechanical drive, 28, 44–52.

    5.Pasternak, S.I. et al. (2010). Experimental study of cylindrical gear contour processing by the disk tool. Bulle-tin of Nat. tech. un. KhPI: Collection of scientific works. Topic: Problems of mechanical drive, 26, 94–101.

    6.Strelnikov V.N. et al. (2009). Formation of bevel gear with a cyclic profile elevation on universal multi-coordinate machine tools with CNC. Bulletin of Nat. tech. un. KhPI: Collection of scientific works. Top-ic: Problems of mechanical drive, 20, 163–171.

    7.Tököly, P., Gajdoš, M., & Bošanský, M. (2009). Effect of tooth shape to size of contact stress noninvo-lute gearing. Bulletin of Nat. tech. un. KhPI: Collection of scientific works. Topic: Problems of me-chanical drive, 19, 10–20.

    8.Kopilakova, B., Bosansky, M., & Petrak, L. (2016). Comparison HRC and C-C gearing for damage to pitting. Bulletin of Nat. tech. un. KhPI: Collection of scientific works. Topic: Problems of mechanical drive, 23(1195), 77–81.

    9.Pavlov, A.I., Pavlov, V.A., & Protasov, R.V. (2009). Definition of meshing characteristics in gears cut by the rotation method. Bulletin of Nat. tech. un. KhPI: Collection of scientific works. Topic: Problems of mechanical drive, 19, 111–117.

    10.Nosko, P.L., Pavlov, A.I., & Verbitsky, V.I. (2012). The geometric method of gears creation. Bulletin of Nat. tech. un. KhPI: Collection of scientific works. Topic: Problems of mechanical drive, 35, 113–116.

    11.Sklyar, Yu.A. (2010). Geometric-kinematic criteria of conchoidal spur gears with profile shifting. Bulletin of Nat. tech. un. KhPI: Collection of scientific works. Topic: Problems of mechanical drive, 27, 162–166.

    12.Shishov, V.P. et al. (2009). Fundamentals of synthesis of profile for cylindrical gears with increased teeth wear resistance. Bulletin of Nat. tech. un. KhPI: Collection of scientific works. Topic: Problems of mechanical drive, 20, 171–176.

    13.Tkach, P. M. et al. (2017). Qualitative serviceability characteristics of sinusoidal spur gears. Bulletin of Nat. tech. un. KhPI: Collection of scientific works. Topic: Problems of mechanical drive, 25 (1247), 135–139.

    14.Blok, H. (1937). Measurements of temperature flashes on gear teeth under extreme pressure conditions. Proc. Gen. Disc. Lubricating, 11, 14–20.

    15.Kudrjavcev V.N., Derzhavec Ju.A., & Gluharev E.G. (1971). Design and calculation of gear reducers. Leningrad: Machinebuilding.

    16.Kragel'sky, I.V., & Alisin, V.V. (1978). Friction, wear and lubrication. Handbook in 2 books. Moscow: Machine Building Publ.

    17.Kodnir D.S. (1976). Contact hydrodynamics of lubrication in machine elements. Moscow: Machine Building Publ.

    18.Tkach, P.M. (2014). Producing surface and producing gearing of sinusoidal spur gearings. Bulletin of Nat. tech. un. of Ukraine KPI: Series: Machine building, 1(70), 112–121.

    19.Tkach, P.M. (2014). Preliminary estimation of bending strength of spur rack tooth with sinusoidal pro-file. Bulletin of the Volodymyr Dahl East-Ukrainian National University, 4(211), 236–241.

    20.Anikin, Yu.V. (1975). Sinusoidal Gearing: Fundamentals of Geometric-Kinematic Theory. Voronezh: Publishing House of Voronezh University.

    21.Shishov, V.P., et al. (2003). Geometric-kinematic criteria for the workability of cylindrical quasi-involute gears with arch and crowded teeth. Bulletin of the Volodymyr Dahl East-Ukrainian National University, 12(70), 52–55.

  • Creative Commons License by Author(s)