Frictionless gears as an alternative for the traditional gears

Abstract

Omówiono zjawisko tarcia występujące w przekładniach mechanicznych. Podjęto próby opracowania konstrukcji przekładni minimalizujących negatywne skutki tarcia. Zaprezentowano autorskie konstrukcje przekładni beztarciowych objęte zgłoszeniami patentowymi. SŁOWA KLUCZOWE: tarcie, przekładnie mechaniczne, przekładnie toczne, przekładnie magnetyczneThe article discusses the gears and the impact of the friction on the transmission. Then there is the attempt to find the constructions of frictionless gears. Finally there are described magnetic and rolling gears and presented the new constructions of frictionless gears, which are patent pending. KEYWORDS: friction, gears, rolling gears, magnetic gears W literaturze tarcie definiowane jest jako zjawisko wzajemnego oddziaływania ciał w obszarze ich styku, objawiające się powstawaniem oporu podczas względnego przemieszczania ciał w kierunku stycznym do powierzchni ich styku [3]. Występowanie tarcia w przekładniach zębatych jest na ogół niepożądane. Powoduje spadek sprawności przekładni oraz zużywanie się jej komponentów. Tarcie może się jednak okazać przydatne, gdyż przyczynia się do powstania samohamowności przekładni, co niekiedy jest ważne z perspektywy konstrukcji napędów maszyn. Samohamowność przekładniPrzekładnia jest samohamowna, jeżeli moment obrotowy przyłożony do członu napędzanego nie powoduje ruchu członu napędzającego. Samohamowności sprzyjają:• wzrost współczynnika tarcia, • wzrost kąta przyporu, • zmniejszenie średnicy koła napędzanego.Samohamowność jest cechą pożądaną, gdy w jednym kierunku mechanizm ma działać jako przekładnia, a w drugim jako hamulec. Jest to ważne w konstrukcji napędów obrabiarek sterowanych numerycznie, stąd chociażby zastosowanie przekładni ślimakowych i spiroidalnych w budowie stołów i pozycjonerów obrotowych. Mechanizmy samohamowne znajdują zastosowanie także w dźwignikach, podnośnikach czy mechanizmach naciągu strun gitary. Sprawność przekładniSprawność przekładni to w ogólnym rozumieniu stosunek pracy użytecznej do pracy włożonej. Sprawność zazębienia pary kół zębatych w przekładni walcowej wyraża się wzorem [4]. (1) gdzie:, α - nominalny kąt zarysu, y - współczynnik wysokości zęba (normalnie y = 1), µ - współczynnik tarcia, z 1 , z 2 - liczby zębów w kole napędzającym i napędzanym.Sprawność chwilowa zależy od wzajemnego położenia zębów współpracujących kół. Najmniejsza sprawność chwilowa (w położeniu wzębiania) może być znacznie niższa od średniej sprawności przekładni. Przykładowo: dla z 1 = 64 i z 2 = 8 oraz współczynnika tarcia µ = 0,3 (zanieczyszczone koła) sprawność chwilowa może zmaleć nawet do η c = 0,73 [1].Z tego wynika, że warto szukać rozwiązań przekładni eliminujących tarcie lub zmniejszających jego skutki. Takie działanie przejawia się w poszukiwaniu nowych koncepcji przekładni beztarciowych (np. magnetycznych) bądź takich, w których tarcie ślizgowe zostało zastąpione tarciem tocznym. Tarcie toczneTarcie toczne występuje w sytuacji, gdy sztywna bryła (w postaci kulki lub walca) toczy się po odkształcalnym podłożu. Tym ...

Simulation and Experimental Investigation of a Two-Stage Magnetic Precession Gear

“…The undeniable advantages of mechanical gears are high torque density, efficiency, and ease of manufacture. However, their inherent disadvantages include high noise and vibration levels [1][2][3], friction between teeth [4], as well as a substantial maintenance cost. The use of magnetic forces for the transmission of mechanical power instead of physical contact removes at least some of the unwanted features of mechanical gears.…”

Design and Finite Element Analysis of Novel Two-Stage Magnetic Precession Gear

“…The contactless transmission of torque by means of magnetic field provides physical isolation between the driver and the driven gear wheels [3,4]. As a result MG can be characterized by increased durability as well as reduction of vibration [5,6] and noise level [7]. Magnetic gears provide also the "natural" protection against overload [8,9].…”