background image

3. GEAR TRAINS 

3.1 Introduction: 

Sometimes, two or more gears are made to mesh with each other to transmit power from 

one shaft to another. Such a combination is called 

of the train used depends upon the velocity ratio required and the relative position of the 

axes of shafts. A gear train may consist of spur, bevel or spiral gears.

 

3.2 Types of gear Train: 

Depending upon the arrangement of wheels, 

 

3.2.1 Simple Gear Train: A train which each shaft carries only one gear, Figure 

 

 

 

                    

It may be noted that when the number of intermediate wheels 

follower will be in the opposite direction of the driver as shown in Figure 

if  the  number  of  intermediate  wheels  is

follower) will be in the same direction as shown in

 

Now consider a simple train of wheels with one intermediate wheel

3.2: 

Let:   N

1

N

2

N

3

= speed of driver, intermediate, and follower wheel respectively in (rpm).

T

1

,  T

2

,  T

3

=  Number  of  teeth  on  driver,  intermediate,  and 

respectively. 

Since the driver gears with the intermediate 

 

N

2

/N

1

 = T

1

/T

2

 

 

 

Similarly, as the intermediate wheel gears with the follower

 

N

3

/N

2

 = T

2

/T

3

 

 

 

Multiplying Equation (i) and (ii), 

 

    

 

2

1

3

2

1

2

2

3

N

N

or

T

T

x

T

T

N

N

x

N

N

=

Sometimes, two or more gears are made to mesh with each other to transmit power from 

one shaft to another. Such a combination is called gear train or train of wheels. The nature 

of the train used depends upon the velocity ratio required and the relative position of the 

axes of shafts. A gear train may consist of spur, bevel or spiral gears. 

Depending upon the arrangement of wheels, there are four different types of gear trains.

A train which each shaft carries only one gear, Figure 

                    Figure 3.1 

when the number of intermediate wheels is even, the motion of the 

follower will be in the opposite direction of the driver as shown in Figure 12.1

number  of  intermediate  wheels  is  odd,  the  motion  of  both  wheels  (i.e.  driver  and 

will be in the same direction as shown in Figure 3.1b. 

Now consider a simple train of wheels with one intermediate wheel, as shown in Figure 

= speed of driver, intermediate, and follower wheel respectively in (rpm).

=  Number  of  teeth  on  driver,  intermediate,  and  follower  wheel 

Since the driver gears with the intermediate wheel, 

 

 

 

(i) 

Similarly, as the intermediate wheel gears with the follower 

 

 

 

(ii) 

3

1

1

3

T

T

N

N

=

 

 

Figure 3.2

 

Sometimes, two or more gears are made to mesh with each other to transmit power from 

of wheels. The nature 

of the train used depends upon the velocity ratio required and the relative position of the 

there are four different types of gear trains. 

A train which each shaft carries only one gear, Figure 3.1. 

even, the motion of the 

12.1a. However, 

odd,  the  motion  of  both  wheels  (i.e.  driver  and 

shown in Figure 

= speed of driver, intermediate, and follower wheel respectively in (rpm). 

follower  wheel 


background image

 

 

 

In general, the velocity ratio (VR) in simple gear train case can be determined as below: 

 

 

 

Similarly, it can be proved that the above equation also holds good, even if there are any 

number of intermediate wheels. The velocity ratio, in a simple train of gears, is depends 

only  on  the  number  of  teeth  on  the  last  and  first  gears.  The  intermediate  wheels  (idler 

gears) decide the direction of follower. 

 

 

3.2.2 Compound Trains: A train in which each shaft, except the first and last, have 

two  gears  fastened  together  on  the  same  shaft  to  operate  as  an  integral  part,  see  Figure 

3.3a. 

  

 

 

 

 

 

 

 

 

Figure 3.3 

Train value (TV): 

The train value of the compound gear train in Figure 3.3a is: 

 

(

)

E

D

C

B

F

D

B

E

C

A

E

F

C

D

A

B

N

N

and

N

N

T

T

T

T

T

T

N

N

x

N

N

x

N

N

TV

=

=

=

=

Q

*

*

*

*

 

 

 

15

.

0

36

*

40

*

50

18

*

20

*

30

*

*

*

*

=

=

=

=

F

D

B

E

C

A

A

F

T

T

T

T

T

T

N

N

TV

 

The negative sign means that, gear F rotates in opposite direction of A. 

 

In general, 

follower

on

teeth

of

No

driver

on

teeth

of

No

driver

of

Speed

follower

of

Speed

VR

.

.

=

=

 

(a) 

(b) 

Driver 

Follower 


background image

 

 

 

 

 

3.2.3  Reverted  Gear  Train: 

axial,  the  train  is  known  as  reverted  gear  train  as  shown  in  Figure 

trains  are  used  in  automotive  transmissions,  lathe  back 

minute- and hour-hand shafts are coaxial).

 

(

Same

T

T

T

T

r

r

r

r

D

C

B

A

D

C

B

A

+

=

+

+

=

+

where r

A

r

B

r

C

, and r

D

 = Radii of the respective gears.

The advantages of compound train over a simple train is that much larger speed reduction 

from the first to the last can be obtained with small gears. If a simple train were used to 

give  a  large  speed  reduction,  last  gear  would  have  to  be  large.  Usually  foe  a  speed 

reduction in excess of 7 to 1 a simple train is not used; instead a compound train or wor

gearing is employed. 

 

Example 3.1: Determine the revolutions per minute and direction of rotation of gear G in 

the gear train shown in Figure 3.4. 

 

 

 

 

 

 

Solution: 

 

197826

.

0

*

197826

.

0

48

*

42

*

46

*

40

42

*

24

*

28

*

26

N

N

N

N

TV

A

G

A

G

=

=

=

=

=

The direction of motion is cw. 

gear

first

of

Speed

gear

last

of

Speed

TV

=

=

  When  the  axes  of  the  first  and  the  last  gears  are 

,  the  train  is  known  as  reverted  gear  train  as  shown  in  Figure  3.3b. 

trains  are  used  in  automotive  transmissions,  lathe  back  gears,  and  in  clocks  (where  the 

hand shafts are coaxial). 

)

pitch

circular

Same

 

= Radii of the respective gears. 

The advantages of compound train over a simple train is that much larger speed reduction 

first to the last can be obtained with small gears. If a simple train were used to 

give  a  large  speed  reduction,  last  gear  would  have  to  be  large.  Usually  foe  a  speed 

 a simple train is not used; instead a compound train or wor

Determine the revolutions per minute and direction of rotation of gear G in 

 

Figure 3.4 

min

/

39

.

237

1200

*

197826

197826

.

0

r

+

=

+

=

 

followers

on

teeth

of

oduct

Pr

drivers

on

teeth

of

oduct

Pr

 

When  the  axes  of  the  first  and  the  last  gears  are  co-

b.  Reverted  gear 

gears,  and  in  clocks  (where  the 

The advantages of compound train over a simple train is that much larger speed reduction 

first to the last can be obtained with small gears. If a simple train were used to 

give  a  large  speed  reduction,  last  gear  would  have  to  be  large.  Usually  foe  a  speed 

 a simple train is not used; instead a compound train or worm 

Determine the revolutions per minute and direction of rotation of gear G in 


background image

Example 3.2: Figure 3.5 shows a compound gear train where the individual velocity ratios 

for the three pairs of gears are given. Find the train value (

 

 

 

 

 

 

Solution: 

 

(VR3)

*

(VR2)

*

(VR1)

 

 

TV

=

=

 

Example  3.3:  A  conventional  automotive  transmission  is  shown  diagrammatically  in 

Figure 3.6. The transmission of power is as follows:

 

Low gear: Gear 3 shifted to mesh with gear 

 

Second gear: Gear 2 shifted to mesh with gear 

 

High  gear:  Gear  2  shifted  so  that  clutch  teeth  on  e

teeth on end of gear 1. 

 

Reverse gear: Gear 3 shifted to mesh with gear 

A  car  equipped  with  this  transmission  has  a  differential  ratio 

diameter  of  686  mm.  Determine  the  engine 

conditions: 

  Low gear and car traveling 28

  High gear and car traveling 80

  Reverse gear and car traveling 

 

 

 

 

 

shows a compound gear train where the individual velocity ratios 

for the three pairs of gears are given. Find the train value (TV). 

Figure 3.5 

90

1

4.5

1

*

5

1

*

4

1

=

 

automotive  transmission  is  shown  diagrammatically  in 

. The transmission of power is as follows: 

 shifted to mesh with gear 6. 

 shifted to mesh with gear 5. 

  shifted  so  that  clutch  teeth  on  end  of  gear  2  mesh  with  clutch 

 shifted to mesh with gear 8. 

A  car  equipped  with  this  transmission  has  a  differential  ratio  of  1:3.7  and  a  tire  outside 

  mm.  Determine  the  engine  speed  of  the  car  under  the  following 

28 km/h. 

80 km/h. 

Reverse gear and car traveling 8 km/h. 

Figure 

 

shows a compound gear train where the individual velocity ratios 

automotive  transmission  is  shown  diagrammatically  in 

  mesh  with  clutch 

d  a  tire  outside 

speed  of  the  car  under  the  following 

Figure 3.6 


background image

 

Figure 3.7 

Example 3.4: Figure 3.7 shows a gear train consisting 
of  a  pair  of  same  size  bevel  gears  having  16  teeth 
each, a 4 tooth right-hand worm, and a 40 tooth worm 
gear. The speed of gear 2 is given as N

2

 = +200 r/min, 

which  corresponds  to  counterclockwise  about  the  y-
axis. What is the speed and direction of rotation of the 
worm gear? 
Solution: 

 

r/min

20

200

1

0

N

1

0

40

16

4

16

N

N

5

2

5

=

=

=

=

*

.

.

*

*

 

Gear 5 rotates cw 20 r/min about z-axis in a right-handed coordinate. 

 

3.2.4  Epicyclic  gear  Train  (Planetary  Gears):  These  are  gear  trains  in  which  the 

axis of one or more gears moves relative to the frame, i.e. a gear will be so driven that it 

not only rotates about its own center but at the same time its center rotates about another 

center. 

The gear at the center, see Figure 3.8, is called the  sun, and gears whose axes move  are 

called planets

S is the sun-wheel. 

P is a planet wheel which can rotate freely on a pin attached to the arm L

L is the arm which rotates freely about the axis of S

A is the annulus having internal teeth. 

 

Two-Step Analysis of Epicyclic Gear Trains: 

The following two steps are the same, no matter which member in the train is the driver 

and which is the follower. 

 

Step  1:  Imagine  that  the  entire  gear  train  is  locked  together  as  integral  part;  then 

rotate the entire unit one revolution clockwise. 

As a result, every member in the train will rotate (+1) revolution. 

 

Step 2: Now imagine that the gears are again free to turn, and while holding the arm 

stationary, rotate the fixed gear one revolution counterclockwise (-1), back to its original 

position.   

Figure 3.8 


background image

 

Figure 3.10 

Figure 3.11 

Example 3.5: Figure 3.9 shows the simplest form of Epicyclic gear train. The fixed or sun 
gear has 80 teeth, and the planet gear has 20 teeth. Find the train value. 
 

Solution: 

Step  Driver Arm L  Fixed S  Follower P 

+1 

+1 

+1 

-1 

+T

S

/T

Total 

+1 

1+ T

S

/T

P

 

 

 

 

 

 

 

Example 3.6: Figure 3.10 shows an epicyclic gear train utilizing an 
annular  gear  as  a  sun  gear.  The  sun  gear  has  80  teeth,  and  the 
follower gear has 20 teeth. Find the train value. 
 

Solution: 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Example 3.7: Figure 3.11 shows an Epicyclic  gear train utilizing an idler gear. The  sun 
gear has 80 teeth, the idler I has 16 teeth, and the follower P has 20 teeth. Find the train 
value.  
Solution: 

 

 

 

 

 

 

 

Step  Driver Arm L  Fixed S  Follower P 

+1 

+1 

+1 

-1 

-T

S

/T

Total 

+1 

1- T

S

/T

P

 

Step  Driver Arm L  Fixed S  Idler I 

Follower P 

+1 

+1 

+1 

+1 

-1 

+T

S

/T

-T

S

/T

P

 

Total 

+1 

1+ T

S

/T

I

 

1-T

S

/T

Figure 3.9 

5

20

80

1

T

T

1

1

T

T

1

N

N

TV

P

S

P

S

L

P

+

=

+

=

+

=





+

=

=

3

20

80

1

T

T

1

1

T

T

1

N

N

TV

P

S

P

S

L

P

=

=

=





=

=

3

20

80

1

T

T

1

1

T

T

1

N

N

TV

P

S

P

S

L

P

=

=

=





=

=


background image

 

Figure 3.12 

Figure 3.13 

Example 3.8: Figure 3.12 shows an Epicyclic gear train in 
which the wheel D is held stationary by the shaft A and the 
arm B is rotated at 200 r/min. The wheels E and F are fixed 
together and rotate freely on the pin carried by the arm. The 
wheel G is rigidly attached to the shaft C
Find  the  speed  of  the  shaft  C,  stating  the  direction  of 
rotation relative to that of B
The numbers of teeth are as follows: E 20, F 40, and G 30. 

 

Solution: 
 

r

d

 + r

e

 = r

g

 + r

f

 

    

 T

d

 + T

e

 = T

g

 +T

f

 , assuming pitches are equal 

 
      T

d

 + 20 = 30 +40 

 

 

 T

d

 = 50 teeth 

 
 

 

 
 
 
 

 

         

                               
 
 
 
 

Speed of C = - 466.7 r/min (in opposite direction to B)  

 
 
Example 3.9: In the epicyclic gear train shown in Figure 3.13 the pinion B and the internal 
wheels E and F are mounted independently on the spindle, O, while C 
and D form a compound wheel, which rotates on the pin P attached to 
the arm A. The wheels BC and D have 15, 30, and 25 teeth, all of the 
same pitch. 

a.  If wheel E is fixed, what is the ratio of the speed of F to that 

of B

b.  If wheel B is fixed, what are the ratios of the speeds of E and 

F to that of A?  

 
Solution: 

T

E

 = T

B

 + 2T

C

 = 15 + 60 = 75 teeth 

 

 

T

F

 = T

B

 + T

C

 + T

D

 = 15 + 30 + 25 = 70 teeth 

a. If wheel E is fixed, 

Step 

C, G 

F, E 

A, D 

+1 

+1 

+1 

+1 

- (T

D

 / T

E

)*(T

F

 / T

G

)  +T

D

 / T

E

 

-1 

Total  +1  1-(T

D

 / T

E

)*(T

F

 / T

G

)  1+ T

D

/T

E

 

0

 

min

r

7

466

200

3

7

N

3

7

N

3

7

1

)

T

 

/

 

(T

*

)

T

 

/

 

(T

-

1

N

N

B

G

G

F

E

D

B

G

/

.

*

*

=

=

=

=

=


background image

 

Figure 3.14 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b. If wheel B is fixed, 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Example  3.10:  In  a  reverted  epicyclic  train,  the  arm  A 
carries two wheels B and C and a compound wheel D and 
E as shown in Figure 3.14. The number of teeth on wheels 
BC and D are 75, 30, and 90 respectively. Find the speed 
and  direction  of  wheel  C  when  wheel  B  is  fixed  and  the 
arm A makes +100 r/min. 
 

Solution: 

 

T

B

 + T

E

 = T

C

 + T

D

 

    

 T

E

 = 30 + 90 – 75 = 45 teeth 

 

Step 

D,C 

+1  +1 

+1 

+1 

+1 

-1 

F

C

D

E

T

T

T

T

.

.

 

-T

E

/T

C

 

+T

E

/T

B

 

Total  +1  0  1 

F

C

D

E

T

T

T

T

.

.

  1- T

E

/T

1+ T

E

/T

B

 

Step 

+1  +1 

+1 

+1 

-1 

E

B

T

T

+

 

F

C

D

B

T

T

T

T

.

.

+

 

Total  +1  0  1

E

B

T

T

+

  1 

F

C

D

B

T

T

T

T

.

.

+

 

56

1

6

107

0

15

75

1

70

30

25

75

1

T

T

1

T

T

T

T

1

N

N

B

E

F

C

D

E

B

F

=

=

+

=

+

=

.

*

*

.

.

28

33

70

30

25

15

1

T

T

T

T

1

NA

NF

5

6

75

15

1

T

T

1

N

N

F

C

D

B

E

B

A

E

=

+

=

+

=

=

+

=

+

=

*

*

.

.


background image

 

Figure 3.15 

 

Step  Arm A 

D, E 

Wheel B  Wheel C 

+1 

+1 

+1 

+1 

+T

B

/T

E

 

-1 

E

C

D

B

T

T

T

T

.

.

 

Total 

+1 

1+ T

B

/T

E

 

E

C

D

B

T

T

T

T

.

.

 

 

min

/

*

*

*

*

.

.

r

400

100

4

N

4

N

4

45

30

90

75

1

T

T

T

T

1

N

N

A

C

E

C

D

B

A

C

=

=

=

=

=

=

 

 

Alternative solution, 

 

 

 

 

 

Since the arm A makes 100 r/min,  

 x = 100 r/min 

In addition, the wheel B is fixed, 

 x + y = 0  

and   y = -x = -100 

r/min

400

45

30

90

75

1

100

T

T

T

T

y

x

N

E

C

D

B

C

=

 −

=

+

=

*

*

.

.

*

 

 

Example 3.11: In the train of gear wheels shown in Figure 3.15, the shaft X runs at (-2400 
r/min) and drives the bevel wheel B by the pinion A. The compound wheel EC revolves 
freely on a spindle rigidly attached to B. Wheel C gears with D, and E with F, both wheels 
D  and  F  being  concentric  with  wheel  B.  Wheel  F  is  held  stationary  and  wheel  K,  solid 
with  D,  drives  L  on  shaft  Z.  There  are  three  sets  of  the  wheels  CE  carried  on  spindles 
equally spaced on B. The tooth numbers are: A 18, B 60, C = D = 22, E 23, F 21, K 19, L 
64. Find the speed of shaft Z. 
 

Solution: 

 

Wheels A and L are not part of the epicyclic train 

and must therefore be treated separately. 

Step  Arm A 

D, E 

Wheel B 

Wheel C 

+x 

+x 

+x 

+x 

-y*T

B

/T

E

 

+y 

E

C

D

B

T

T

T

T

y

.

.

*

+

 

Total 

+x 

x-y* T

B

/T

E

 

x+ y 

E

C

D

B

T

T

T

T

y

.

.

*

+

 


background image

 

Figure 3.16 

K

K

L

K

L

A

B

A

B

N

64

19

N

T

T

-

N

Also,

r/min

720

2400

60

18

N

T

T

N

*

.

)

(

*

.

=

=

=

=

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Example  3.12:  In  the  gear  drive  shown  in  Figure  3.16,  the  casing  is 
fixed. Gear wheel B rotates freely on shaft Q and carries a pin on which 
rotates the wheels C and D, which are fixed together. The pitch of the 
teeth is the same for all wheels. Wheel E is fixed on shaft Q. If shaft P 
rotates at 200 r/min, find the speed and direction of rotation of shaft Q 
for the two cases: (a) shaft R is fixed, (b) shaft R rotates at 100 r/min in 
the same direction as P.  
 

Solution: 

T

E

 = 28 +16 – 20 = 24 teeth 

The wheels A and H are not part of the epicyclic train and must therefore be  

treated separately. 

 

 

 

 

Wheel B is the arm of the epicyclic train. 

Step 

C, E 

D, K 

+1 

+1 

+1 

+1 

+T

F

/T

E

 

-1 

E

F

D

E

C

F

T

T

T

T

T

T

=

*

*

 

Total  +1  1+T

F

/T

E

  0 

1 - T

F

/T

E

 

r/min

6

62

720

0869

0

N

0869

0

N

0869

0

23

21

1

T

T

1

1

T

T

1

N

N

B

K

E

F

E

F

B

K

.

*

.

*

.

.

=

=

=

=

=

=





=

B)

 

to

 

direction

 

in

 

(opposite

r/min

58

19

6

62

64

19

N

L

.

.

*

=

=

H

H

H

G

H

G

A

B

A

B

N

4

5

N

24

30

N

T

T

N

r/min

80

80

32

200

N

T

T

N

*

*

*

*

*

=

=

=

=

=

=


background image

 

 

 

 

 

 

 

 

(a) When R is fixed,   a = -80 

and   

 

 

a + b = 0 

 

∴b = -a = 80 

 

 

 

 

  N

Q

  =  a  +  b* 

E

D

C

F

T

T

T

T

.

.

=  -80  +  80* 

24

16

20

28

*

*

=  +  36.7  r/min  (in 

same direction to P) 

(b) When R rotates at 100 r/min, 

 N

G

 = 

H

N

4

5

*

125

100

4

5

=

*

 r/min 

 

 

 

 

a = -80 

and   

 

 

a + b = -125 

 

∴b = - 45 

 

 

 

 

N

Q

 = -80 - 45* 

24

35

- 145.6 r/min (in opposite direction to P) 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Step 

C, D 

E, Q 

F, G 

+a 

+a 

+a 

+a 

-b*T

F

/T

D

 

+b*

E

D

C

F

T

T

T

T

.

.

 

+b 

Total  +a  a- b*T

F

/T

D

  a + b*

E

D

C

F

T

T

T

T

.

.

  a+ b 


background image

 

Figure 3.17 

 

3.2.5 Epicyclics with Two Inputs: 

A  gear  train  of  this  type  is  shown  in  Figure  3.17. 

Let  N

1

,  N

2

,  and  N

o

  represent  the  turns  of  input  1, 

input  2,  and  the  output,  respectively.  By 

superposition,  the  number  of  turns  of  the  output 

turns  due  to  input  1  plus  the  output  turns  due  to 

input 2. This can be expressed in equation form as 

follows: 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Example 3.13: In Figure 3.17, suppose input 1 turns at 120 r/min ccw, input 2 turns at 360 

r/min cw, and the speed and direction of rotation of the output shaft to be determined. 

Solution: 

 In order to evaluate item I in Equation (*), we construct the following table. With input 2 

held fixed, B and C are fixed. 

Step  Driver Arm  Fixed C 

D, E 

+1 

+1 

+1 

+1 

-1 

D

C

T

T

 

+

F

D

E

C

T

T

T

T

.

.

 

Total 

+1 

1 +  

D

C

T

T

  1+

F

D

E

C

T

T

T

T

.

.

 

 

3

5

108

24

36

48

1

1

.T

T

.T

T

 

+

1

N

N

N

N

F

D

E

C

Arm

F

fixed

held

2

Input

1

o

+

=

+

=

=

=





*

*

 

(*)

*

*

4

4 3

4

4 2

1

4

4 3

4

4 2

1

II

fixed

held

1

Input

2

o

2

I

fixed

held

2

Input

1

o

1

o

N

N

N

N

N

N

N





+





=


background image

 

Next,  when  evaluating  item  II,  we  do  not  construct  a  table,  because  with  input  1  held 

fixed, the rest of the system behaves as an ordinary compound gear train. Hence 

 

 

Note that the sign is positive because gears F and A turn in the same directions. 

 

 

 

 

Thus the speed of the output shaft is 50 r/min ccw. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12

5

108

24

32

36

48

20

followers

on

teeth

of

oduct

Pr

drivers

on

teeth

of

oduct

Pr

N

N

N

N

A

F

fixed

held

1

Input

2

o

+

=

=

=

=





*

*

*

*

(

)

r/min

50

12

5

360

3

5

120

N

N

N

N

N

N

N

2

o

2

1

o

1

o

+

=

+

+

=





+





=

*

*

*

*


background image

 

Figure P3.1 

Figure P3.2 

Figure P3.3 

Figure P3.4 

Figure P3.5 

Problems (Gear Trains): 

Q1) Determine the revolutions per minutes 

of  gear  F  in  Figure  P3.1.  What  is  its 

direction of rotation when viewed from the 

right  end? 

(  Ans:  12.857  rpm,  cw  when  viewed 

from the right end)

  

Q2)  Determine  the  number  of  teeth  on 

sprocket  D  in  Figure  P3.2  if  the  cable 

speed is to be 0.6 m/s approximately. What 

is  the  direction  of  rotation  of  A  when 

viewed from the right end. 

( Ans: ccw)

 

Q3)  Determine  the  speed  reduction 

between the input and the output shafts in 

Figure  P3.3.  If  the  input  shaft  rotates 

clockwise when viewed from the right end, 

what  is  the  direction  of  rotation  of  the 

output  shaft? 

(  Ans:  cw  when  viewed  from  the 

right)

 

Q4) Determine the speed of rotation of the 

output shaft in Figure P3.4 and its direction 

of  rotation  when  viewed  from  the  right. 

(Ans: 122.727 rpm cw)

 

Q5)  Determine  the  speed  and  direction  of 

rotation  of  the  output  shaft  F  in  Figure 

P3.5. 

(Ans: 82.63 rpm ccw) 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


background image

 

Figure P3.6 

Figure P3.7 

Figure P3.8 

Q6) In the gear train in Figure P3.6, gear A 

is fixed, the arm is the driver, and gear D is 

the driven member. 

a.  Determine  the  speed  reduction 

for  the  gear  train.  If  the  arm 

rotates  ccw  when  viewed  from 

the  right  end,  what  is  the 

direction of rotation of gear D? 

b.  Same  as  (a)  except  the  numbers 

of  teeth  on  gear  A  and  D  are 

interchanged. 

(Ans:-1/300, +1/301)

 

Q7)  Figure  P3.7  shows  a  gear  train 

consisting of bevel gears, spur gears, and a 

worm and worm gear. The bevel pinion is 

mounted  on  a  shaft  which  is  driven  by  V 

belt  on  pulleys.  If  pulley  2  rotates  1200 

r/min  in  the  direction  shown,  find  the 

speed  and  direction  of  rotation  of  gear  9. 

(Ans: 11.84 rpm cw)

  

Q8) If, in the epicyclic gear train shown in 

Figure  P3.8,  gear  A  rotates  at  1000  r/min 

cw,  while  E  rotates  at  500  r/min  ccw, 

determine  the  speed  and  direction  of 

rotation of the annulus D, and of the shaft 

F. All gears are of the same pitch, and the 

number of teeth in A is 30, in B is 20 and 

in E is 80. 

(Ans: 371.4 rpm ccw, 40 rpm cw) 

Q9) In the epicyclic shown in Figure P3.9, 

the gear B has 120 teeth externally and 100 

internally.  The  driver  A  has  20  teeth  and 

the arm E is connected to the driven shaft. 

Gear D has 60 teeth. If gear A revolves at 

+ 100 r/min and D revolves at + 27 r/min, 

find the speed of the arm E. 

( Ans: -0.2916 rpm)

 

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


background image

 

Figure P3.9 

Figure P3.10 

Figure P3.11 

Figure P3.12 

Q10)  In  epicyclic  speed  reducing  gear 

shown  in  Figure  P3.10  the  input  shaft  A 

runs at 12000 r/min and the annular wheel 

B  is  fixed.  Find  the  speed  of  the  output 

shaft Z and the speed of the planet wheels 

relative  to  the  spindle  on  which  they  are 

mounted.  The  numbers  of  teeth  in  the 

wheels are: A = 15, C = 41, C

1

 = 25, B = 

81.

 (Ans: 1217.53 rpm, -3945 rpm) 

Q11) In the epicyclic train shown in Figure 

P3.11,  shaft  A  rotates  at  1000  r/min  in  a 

cw direction while shaft B is driven at 500 

r/min  in  a  ccw.  Determine  the  speed  and 

direction of rotation of the shaft C.  

All  teeth  are  of  the  same  module  and  the 

numbers of teeth in the various gears are as 

follows: D = 16, E = 24, F = 43, H = 35, K 

= 30. 

(Ans: 2058 rpm cw) 

Q12)  An  epicyclic  gear  consists  of  bevel 

wheels arranged as shown in Figure P3.12. 

The  driving  pinion  A  has  20  teeth  and 

meshes with the wheel B that has 25 teeth. 

The wheels B and C are fixed together and 

turn freely on the shaft F. The shaft F can 

rotate radially about the main axis XX.  

The wheel C has 50 teeth and meshes with 

wheels  D  and  E,  each  of  which  has  60 

teeth.  Find  the  speed  and  direction  of  E 

when  A  rotates  at  +200  r/min,  (a)  if  D  is 

fixed,  (b)  if  D  rotates  at  100  r/min  in  the 

same direction as A. 

(Ans: (a) -800 rpm, (b) -

300 rpm)  

 

   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


background image

 

Figure P3.13 

Figure P3.14 

Figure P3.15 

Q13) In Figure P3.13, the shaft Q is keyed 

to gear 4 and turns +1000 r/min. What are 

the  angular  velocities  of  the  shafts  R  and 

M,  keyed,  respectively,  to  gears  6  and  7? 

The tooth numbers are in parentheses. Find 

also the speed of gear 3 relative to arm. All 

gears  are  of  the  same  pitch. 

(  Ans:  1493.8 

rpm, -723.35 rpm, 3.222) 

Q14)  In  the  mechanism  in  Figure  P3.14, 

gear  2  rotates  at  50  r/min  in  the  direction 

shown.  Determine  the  speed  and  direction 

of rotation of gear 12. 

Q15)  The  same  epicyclic  bevel  gear  train 

is  shown  in  Figure  P3.6.  The  numbers  of 

teeth are A = 75, B = 20, C = 18, and D = 

70. Find the speed of the driven shaft if: 

1)  the driving shaft makes 1000 r/min,  

2)  the wheel A turns in the same sense 

as  driving  shaft  at  400  r/min,  the 

driving  shaft  still  making  1000 

r/min.  

(Ans: 36 rpm, 421.4 rpm)

   

Q16) Figure P3.15 shows an epicyclic gear 

in  which  the  internally-toothed  annulus  A 

is fixed. Wheels B and G are free to rotate 

on the arm J. Wheels F and H are keyed to 

shafts  D  and  E  respectively.  The  numbers 

of teeth in the gear wheels are as follows: 

 

A = 120 

C = 60 

H = 50 

 

B = 30 

F = 50 

G = 30 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


background image

 

Figure P3.16 

Figure P3.17 

Figure P3.18 

If D is driven at 80 r/min and C is driven at 

50  r/min  in  the  same  direction,  find  the 

speed and direction of rotation of the arm J 

and  of  the  shaft  E. 

(Ans:  +50/3  rpm,  -140/3 

rpm)

   

Q17)  In  the  planetary  gear  train  shown  in 

Figure  P3.16,  gear  2  turns  at  500  r/min  in 

the  direction  indicated.  Determine  the 

speed and direction of rotation of arm 6 if 

gear  5  rotates  at  300  r/min  in  the  same 

direction as gear 2. 

Q18)  Figure  P3.17  shows  part  of  a  gear 

train for a vertical milling machine. Power 

input  is  through  the  pulley  and  power 

output through gear 12. Compound gears 1 

and 2, 3 and 4, and 10 and 11 can slide as 

shown  to  give  various  combinations  of 

gearing.  Determine  all  of  the  train  values 

possible between the pulley and gear 12. 

Q19) Figure P3.18 shows an epicyclic gear 

in which the wheel P, having 45 teeth 0f 15 

mm  pitch,  is  geared  with  Q  through  the 

intermediate wheel R at the end of the arm 

A.  When  P  is  rotating  at  63  r/min  in  a 

clockwise direction, and A is rotating at 9 

r/min,  also  in  a  clockwise  direction,  the 

wheel Q is required to rotate at 21 r/min in 

an anticlockwise direction. 

Find  the  necessary  numbers  of  teeth  in  Q 

and R, and the P.C.D. of Q. 

(Ans: 81, 18, 386.75 mm) 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 




رفعت المحاضرة من قبل: ضرغام العزاوي
المشاهدات: لقد قام 0 عضواً و 179 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل