Analysis of the Dynamic Characteristics of Elliptical Gears

Abstract

To date, elliptical gear has been commonly used in automobile, automatic machinery, pumps, flow meters and printing presses for its particular non-uniform rotation. However, the dynamic characteristics of elliptical gears have not been clarified yet. In this study, The calculation as well as the experiment of two elliptical gears, which are a single elliptical gear and a double elliptical gear, is carried out to analyze the dynamic characteristics of elliptical gears. General factors including the torque, the rotation speed and the tooth root stress of the test gears are investigated. According to the analysis conducted in this study, the dynamic input torque variation of elliptical gear becomes larger along with the increase of operating gear rotation speed and the experimental one increases much faster than the calculated one over the Critical Rotation Speed of Tooth Separation (CRSTS) of elliptical gear. The experimental input rotation speed varies according to the variation of input torque, leading to the difference between the experimental output rotation speed and the desired one. The calculation results of the CRSTS of elliptical gears are almost equal to the experimental ones. The dynamic load variation ratios of elliptical gear at different angular position as well as their changing trends with operating gear rotation speed are quite different from each other. And the experimental dynamic load variation ratios of elliptical gear show difference from the calculated ones because of tooth separation and tooth impact. The agreement of the calculation and experimental results proves the validity of this study.

Research and Manufacturing of Oval Gear Pair Applied in Rotor of a Roots Type Compressor

“…Nhóm của Ottaviano [5] đã nghiên cứu phát triển cặp bánh răng hình bầu dục trong máy bơm máu cơ học ứng dụng trong phẫu thuật tim. Nghiên cứu của Xu và Emura [6] đã ứng dụng các bánh răng elíp trong ISSN 2734-9381 https://doi.org/10.51316/jst.154.etsd.2021.31.5.5 Received: October 12, 2020; accepted: November 2, 2021 thiết kế cơ cấu đánh lái của rôbốt tự hành kiểu bánh xe v.v.. Cho đến hiện tại có thể nhận thấy có hai xu hướng thiết kế BROV cho các kịch bản ứng dụng khác nhau: (i) Thiết kế bánh răng elíp có trục quay ở tiêu cự của elíp [7,8], (ii) Thiết kế BROV có trục quay tại tâm hình học của hình ô-van [9,10]. Còn tạo hình biên dạng răng có hai phương pháp chính đó là: (a) Tạo hình và gia công BROV bằng phương pháp bánh răng sinh [11], (b) Tạo hình biên dạng bánh răng bằng thanh răng sinh [8,10].…”

“…Nghiên cứu của Xu và Emura [6] đã ứng dụng các bánh răng elíp trong ISSN 2734-9381 https://doi.org/10.51316/jst.154.etsd.2021.31.5.5 Received: October 12, 2020; accepted: November 2, 2021 thiết kế cơ cấu đánh lái của rôbốt tự hành kiểu bánh xe v.v.. Cho đến hiện tại có thể nhận thấy có hai xu hướng thiết kế BROV cho các kịch bản ứng dụng khác nhau: (i) Thiết kế bánh răng elíp có trục quay ở tiêu cự của elíp [7,8], (ii) Thiết kế BROV có trục quay tại tâm hình học của hình ô-van [9,10]. Còn tạo hình biên dạng răng có hai phương pháp chính đó là: (a) Tạo hình và gia công BROV bằng phương pháp bánh răng sinh [11], (b) Tạo hình biên dạng bánh răng bằng thanh răng sinh [8,10]. Ở phương pháp thứ hai này có hai dạng thanh răng sinh đó là (i) thanh răng sinh có biên dạng là cung tròn [7,9] để tạo biên dạng răng của BROV kiểu Novikov và (ii) biên dạng hình thang cân để tạo biên dạng răng của BROV có biên dạng thân khai truyền thống [7,12].…”

Force analysis of the two-satellite planetary mechanism with elliptical gears

“…Nevertheless, some applied problems of the dynamics of non-circular gears have been solved. For example, Xing Liu et al [24] carried out a theoretical and experimental study of the dynamic performance of elliptical gears with rotational axes at the focus and center of the pitch ellipse. Nan Gao et al [17] investigated parametric vibrations and instabilities of elliptical gears caused by loading torque and eccentricity vibrations.…”

“…Zhiqin Cai and Chao Lin [25] presented and investigated a generalized nonlinear dynamic model of a curved gear drive based on Lagrange-Bondon graphs. Many researchers consider the issues of dynamics in relation to practical applications of mechanical devices [24][25][26] containing non-circular gears, since dynamic models include the parameters of technological load on the working body of the machine.…”

Parametric vibrations and instabilities of an elliptical gear pair

“…Karpov et al (2017) investigated the applicability of noncircular gears to prevent resonances in gear mechanisms. Meanwhile, Liu et al (2012aLiu et al ( , 2012bLiu et al ( , 2013 established a torsional model to analyze dynamic characteristics by investigating external torque, rotation speed, and tooth root stress. They also compared noncircular gears with circular gears in terms of vibration level and carried out experiments.…”