Experimental Efficiency Comparison of Worm Gear Mechanism and Newly Designed Ball Worm Gear Mechanism

Abstract

Worm gear mechanism transmits power in very small volumes at very high gear ratios. However, their efficiency is very low compared with other gear mechanisms. They have also wear and overheating problems because of force transmission with sliding. On the other hand, bronze is an inexpensive material used in the manufacture of the worm wheel due to wear. Various designs, that provides the contact between the worm gear and the worm wheel by balls have been developed to eliminate the disadvantages of worm gear mechanisms. In this study, the efficiency of the conventional worm gear mechanism and newly designed ball worm gear mechanism which have the same gear ratio and same center distance have been compared experimentally under the same lubrication conditions. Results showed that the efficiency of both mechanisms increases with increasing brake torque at a constant speed. In addition, under constant speed and brake torque, the ball worm gear mechanism showed higher efficiency than the worm gear mechanism.

Keywords

• Worm Gear Mechanism,Ball Worm Gear Mechanism,Gear Efficiency,Gear Box

Sonsuz Vida Mekanizması ile Yeni Tasarlanan Bilyeli Sonsuz Vida Mekanizmasının Verimlerinin Deneysel Olarak Karşılaştırılması

Öz

Sonsuz vida mekanizmaları çok küçük hacimlerde çok yüksek çevrim oranlarında güç iletebilen mekanizmalardır. Ancak diğer dişli çark mekanizmaları ile kıyaslandıklarında çok düşük verimlere sahiptirler. Ayrıca hareket dişler üzerinden kayarak iletildiği için aşınma ve ısınma problemleri vardır. Öbür taraftan aşınma sebebiyle karşılık dişlisinin imalatında kullanılan bronz pahalı bir malzemedir. Sonsuz vida mekanizmalarının dezavantajlarını ortadan kaldırmak için sonsuz vida ile karşılık dişlisi arasındaki teması bilye tanelerinin sağladığı çeşitli tasarımlar geliştirilmiştir. Bu çalışmada aynı boy ve çevrim oranlarına sahip ve aynı yağlama koşullarında sonsuz vida redüktör ile yeni tasarlanan bilyeli sonsuz vida redüktörün verimleri, dişli verimliliği belirleme deney düzeneğinde deneysel olarak karşılaştırılmıştır. Deneyler sonucunda sabit devirde frenleme momentinin artmasıyla her iki mekanizmanın da verimlerinin arttığı gözlemlenmiştir. Sabit devir ve frenleme momenti altında bilyeli sonsuz vida mekanizması geleneksel sonsuz vida mekanizmasına göre daha yüksek verim sergilemiştir.

Anahtar Kelimeler

• Sonsuz Vida Mekanizması,Bilyeli Sonsuz Vida Mekanizması,Dişli Verimliliği,Dişli Kutusu

References

1. [1] Şekercioğlu, T. (2013). Makine Elemanları Hesap Şekillendirme (3. Baskı). Denizli: Birsen Yayınevi.
2. [2] Babalık, F. C. (2008). Makine Elemanları ve Konstrüksiyon Örnekleri (3. Baskı). Ankara: Nobel Yayınevi.
3. [3] Neupert, K. (1990). Versuche zum Einfluß der Baugröße auf Wirkunggrad und Flankentragfähigkeit von Schneckengetrieben unter Berücksichtigung der Schmierstoffviskosität, FVA.
4. [4] Predki, W. (1982). Hertzsche Drücke, Schmierspalthöhen und Wirkungsgrade von Schneckentrieben, Bochum: Ruhr-Univ. Bochum, Inst. f. Konstruktionstechnik.
5. [5] Wahlberg, E. C., Lampe, R. C. (1945). US Patent 2451998A.
6. [6] Sedgwick, R. K. R., Hughes, J. J. (1968). US Patent 3468179A.
7. [7] Tong, D. (2004). US Patent 20060156845A1.
8. [8] Stoianovici D., Kavoussi L. (2006). Ball-Worm Transmission. USA Patent 7,051,610 (C03512).

9. [9] Koçak, S. (2017). Innovative Design for A Ball Worm Gear Mechanism. International Journal of Engineering Technologies, 3(4), 230-234.
10. [10] Koçak, S. (2014). Bilyeli sonsuz vida mekanizması tasarımı ve üretimi, Yüksek Lisans Tezi, Pamukkale Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Denzili, 118-120.
11. [11] Xu, H., Kahraman, A., Anderson, N. E., and Maddock, D. G., (2007). Prediction of Mechanical Efficiency of Parallel-Axis Gear Pairs, ASME J. Mech. Des., 129, pp. 58–68.
12. [12] Michlin, Y., and Myunster, V., (2002). Determination of Power Losses in Gear Transmissions with Rolling and Sliding Friction Incorporated. Mech. Mach. Theory, 37, pp. 167–174.
13. [13] Anderson, N. E., and Loewenthal, S. H., (1982). Design of Spur Gears for Improved Efficiency. ASME J. Mech. Des., 104, pp. 767–774.
14. [14] Diab, Y., Ville, F., Velex, P., (2006). Prediction of Power Losses Due to Tooth Friction in Gears. Tribol. Trans., 39-2, pp. 260–270.
15. [15] Diab, Y., Ville, F., Houjoh, H., Sainsot, P., and Velex, P., (2005). Experimental and Numerical Investigations on the Air-Pumping Phenomenon in High-Speed Spur and Helical Gears. Proc. Inst. Mech. Eng., Part C: J. Mech. Eng. Sci., 219, pp. 785–800.
16. [16] Chase, D., 2005, “The Development of an Efficiency Test Methodology for High-Speed Gearboxes,” MS thesis, The Ohio State University, Columbus, OH
17. [17] Britton, R. D., Elcoate, C. D., Alanou, M. P., Evans, H. P., and Snidle, R. W., (2000). Effect of Surface Finish on Gear Tooth Friction. Trans. ASME, J. Tribol., 122, pp. 354–360.