Экспериментальное исследование кинематики двухрядной планетарной передачи эллиптическими зубчатыми колесами с двумя внешними зацеплениями

Автор: Приходько А.А., Белина Н.Н., Новицкий А.В., Щетинин М.М.

Журнал: Вестник Донского государственного технического университета @vestnik-donstu

Статья в выпуске: 4 т.24, 2024 года.

Бесплатный доступ

Введение. Механизмы с некруглыми зубчатыми колесами вызывают широкий интерес исследователей и изобретателей вследствие их компактности и реализации широкого спектра передаточных функций. Развитие данной области стимулируется развитием и удешевлением технологий механической обработки и аддитивного производства, а также применением прикладных пакетов математического моделирования для анализа и синтеза некруглых зубчатых колес. Некруглые зубчатые колеса традиционно служат для передачи вращательного движения между параллельными осями с переменным отношением угловых скоростей. Однако их применение в схемах планетарных передач позволяет реализовать различные виды движения выходного звена. Анализ работ по тематике исследования показывает, что передачи с подвижными осями вращения недостаточно исследованы с точки зрения кинематики и динамики. Большинство научных работ раскрывают теорию таких механизмов, не проводя верификации полученных результатов на практике. Целью настоящей работы является экспериментальная верификация кинематики планетарного механизма с двумя внешними зацеплениями, имеющего в своем составе эллиптические зубчатые колеса.Материалы и методы. Кинематическая модель исследуемого механизма построена на базе плана скоростей его звеньев, который позволил получить выражения для нахождения аналога угловой скорости и функции положения выходного вала. Экспериментальное исследование кинематики выполнено на лабораторном стенде, содержащем макет планетарного механизма с набором сменных зубчатых колес, абсолютные энкодеры на входном и выходном валах механизма, контроллер и ПК для регистрации и обработки сигнала. Анализ полученных результатов проведен на ЭВМ с использованием методов статистического анализа.Результаты исследования. В результате кинематического анализа построены функции положения для трех вариантов планетарного механизма, имеющих различные геометрические параметры зубчатых колес и позволяющих реализовать различные виды движения выходного вала: возвратно-вращательное движение, движение с остановками и одностороннее неравномерное вращение.Обсуждение и заключение. Анализ результатов эксперимента показал адекватность построенной математической модели кинематики реальным механизмам. Доверительный интервал ошибок измерения при уровне достоверности 95 % составил для первого варианта механизма 0,16 ± 0,08, для второго варианта - 0,57 ± 0,22 и для третьего - 0,08 ± 0,26. Предложенный планетарный механизм с эллиптическими зубчатыми колесами для реализации различных видов движения может быть применен в приводах технологического оборудования многих отраслей промышленности: химической и пищевой (перемешивающие устройства), нефтеперерабатывающей (станки-качалки для добычи нефти), машиностроительной (компрессоры, насосы, станки-автоматы) и других. Проведенные кинематические исследования планетарного механизма и их экспериментальный анализ необходимы при дальнейшем динамическом и силовом исследованиях, а также при проектировании приводов на базе предложенной передачи.

Еще

Планетарный механизм, эллиптические зубчатые колеса, кинематический анализ, функция положения, статистический анализ, неопределенность измерения, доверительный интервал

Короткий адрес: https://sciup.org/142243750

IDR: 142243750 | DOI: 10.23947/2687-1653-2024-24-4-360-368

Список литературы Экспериментальное исследование кинематики двухрядной планетарной передачи эллиптическими зубчатыми колесами с двумя внешними зацеплениями

Lozzi A. Non-Circular Gears — Graphic Generation of Involutes and Base Outlines. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science. 2000;214(3):411–422. https://doi.org/10.1243/0954406001523074
Qifeng Gao, Jun Ye, Can Liu. Design and Modeling of Noncircular Gear with Curvature Radius Function. Journal of Computational Methods in Sciences and Engineering. 2018;18(3):683–693. https://doi.org/10.3233/JCM-180819
Čavić D, Čavić M, Penčić M, Dorić J, Rackov M. IC Engine: Increasing Efficiency by Using Epicyclic Non-Circular Gear Train. In book: Lovasz EC, Maniu I, Doroftei I, Ivanescu M, Gruescu CM. (eds) New Advances in Mechanisms, Mechanical Transmissions and Robotics. Cham: Springer; 2020. P. 391–402. https://doi.org/10.1007/978-3-030-60076-1_36
JY Liu, SL Chang, D Mundo. Study on the Use of a Non-Circular Gear Train for the Generation of Figure-8 Patterns. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science. 2006;220(8):1229–1236. https://doi.org/10.1243/09544062JMES268
Ottaviano E, Mundo D, Danieli GA, Ceccarelli M. Numerical and Experimental Analysis of Non-Circular Gears and Cam-Follower Systems as Function Generators. Mechanism and Machine Theory. 2008;43(8):996–1008. https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2007.07.004
Okada M, Takeda Y. Synthesis and Evaluation of Non-Circular Gear that Realizes Optimal Gear Ratio for Jumping Robot. In: Proc. IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems. New York City: IEEE; 2013. P. 5524–5529. https://doi.org/10.1109/IROS.2013.6697157
Ke-Jung Huang, Shen-Chiang Chen, Haldun Komsuoglu, Gabriel Lopes, Jonathan Clark, Pei-Chun Lin. Design and Performance Evaluation of a Bio-Inspired and Single-Motor-Driven Hexapod Robot with Dynamical Gaits. Journal of Mechanisms and Robotics. 2015;7(3):031017. https://doi.org/10.1115/1.4029975
Terada H, Zhu Y, Suzuki M, Cheng C, Takahashi R. Developments of a Knee Motion Assist Mechanism for Wearable Robot with a Non-Circular Gear and Grooved Cams. In book: Lovasz EC, Corves B. (eds) Mechanisms, Transmissions and Applications. Dordrecht: Springer; 2012. P. 69–76. https://doi.org/10.1007/978-94-007-2727-4_6
Guo LS, Zhang WJ. Kinematic Analysis of a Rice Transplanting Mechanism with Eccentric Planetary Gear Trains. Mechanism and Machine Theory. 2001;36(11–12):1175–1188. https://doi.org/10.1016/S0094-114X(01)00052-0
Zhao Y, Yu GH, Wu CY. Circuit Simulation and Dynamic Analysis of a Transplanting Mechanism with Planetary Elliptical Gears. Transactions of the ASABE. 2011;54(4):1179–1188. https://doi.org/10.13031/2013.39016
Wunderlich W. Contribution to the Geometry of Elliptic Gears. Mechanism and Machine Theory. 1975;10(4):273–278. https://doi.org/10.1016/0094-114X(75)90072-5
Shinn-Liang Chang, Chung-Biau Tsay, Long-Iong Wu. Mathematical Model and Undercutting Analysis of Elliptical Gears Generated by Rack Cutters. Mechanism and Machine Theory. 1996;31(7):879–890. https://doi.org/10.1016/0094-114X(95)00121-E
Biing-Wen Bair. Computerized Tooth Profile Generation of Elliptical Gears Manufactured by Shaper Cutters. Journal of Materials Processing Technology. 2002;122(2–3):139–147. https://doi.org/10.1016/S0924-0136(01)01242-0
Yazar M. Design, Manufacturing and Operational Analysis of Elliptical Gears. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing. 2021;22(8):1441–1451. https://doi.org/10.1007/s12541-021-00549-3
Thai Hong Nguyen. Shaping the Tooth Profile of Elliptical Gear with the Involute Ellipse Curve. VNUHCM Journal of Engineering and Technology. 2021;4(3):1048–1056. https://doi.org/10.32508/stdjet.v4i3.820
Литвин Ф.Л. Некруглые зубчатые колеса. Москва-Ленинград: Машгиз; 1956. 220 с. Litvin FL. Non-Circular Gears. Moscow-Leningrad: MASHGIZ; 1956. 218 p. (In Russ.).
Prikhod’ko AA, Smelyagin AI. Kinematics of a Planetary Train with Elliptical Gears with Internal Gearing. Journal of Machinery Manufacture and Reliability. 2021;50(5):412–418. https://doi.org/10.3103/S1052618821050095
Hall BD, White DR. An Introduction to Measurement Uncertainty. Lower Hutt: Measurement Standards Laboratory of New Zealand; 2020. 50 p. https://doi.org/10.5281/zenodo.3872590
Бараш В.Я. Неопределенность и погрешность в современной метрологии. Законодательная и прикладная метрология. 2009;105(5):15–20. Barash VYa. Uncertainty and Error in Modern Metrology. Legal and Applied Metrology. 2009;105(5):15–20. (In Russ.)

Еще

Статья научная