Uma solução é usar um sistema com uma coroa dentada que só tem dentes na metade de sua circunferência interna, como mostrado conceitualmente na imagem a seguir:
Existem três engrenagens:
- Engrenagem anelar (vermelha)
- Engrenagem alternada (azul)
- Engrenagem de saída (laranja )
A engrenagem alternada e as engrenagens de saída podem ser idênticas, e a soma dos números dos dentes das engrenagens alternada e de saída deve ser igual à da coroa se ela tivesse todos os seus dentes da metade. Caso contrário, as duas engrenagens internas não se encaixarão corretamente dentro da coroa.
Este mecanismo funciona girando a coroa e o movimento alternado desejado será obtido a partir da engrenagem de saída. A qualquer momento, as malhas da coroa dentada serão uma das engrenagens internas. A engrenagem interna que se une à coroa girará na mesma direção da coroa, fazendo com que a outra engrenagem interna gire na direção oposta.
Por exemplo, digamos que giremos a coroa no sentido horário . Se a engrenagem anelar engrenar com a engrenagem de saída, a engrenagem de saída também girará no sentido horário. CW in, CW out. Agora, se a engrenagem coroa engrenar com a engrenagem alternada, a engrenagem alternada gira no sentido horário, forçando a saída a ser ACW. CW in, ACW out: o eixo de saída alternou na direção.
A engrenagem da coroa dentada alterna entre uma engrenagem interna a cada meia volta da coroa. É importante notar que a velocidade da engrenagem de saída não muda, exceto quando a engrenagem alterna, ponto no qual a velocidade se inverte.
Um problema com este conceito atual é que uma revolução da engrenagem anelar causa uma volta completa da engrenagem de saída para um lado, seguida por uma volta completa para o outro: esta rotação pode ser demais para o seu mecanismo de agitação. Para resolver isso, um estágio de redução de engrenagem deve ser adicionado para reduzir a rotação de saída:
Uma engrenagem foi instalada na lateral da engrenagem de saída (também laranja para indicar sua fixação), e esta engrenagem se engrena com uma engrenagem maior (verde). A engrenagem verde ficará mais lenta e menos longe do que a velha engrenagem laranja de saída e, portanto, a engrenagem verde se tornará a nova saída. Portanto, a quantidade de rotação da saída final (verde) que ocorre antes da alternância de direção, em graus, $ \ theta $, pode ser calculada usando a seguinte fórmula:
$$ \ theta = 360 ° \ cdot N_1 / N_2 $$
Onde $ N_1 $ é o número de dentes na engrenagem conectada ao lado da velha engrenagem de saída laranja e $ N_2 $ é o número de dentes na nova engrenagem engrenagem de saída. Na imagem logo acima, $ N_1 = 12 $ e $ N_2 = 36 $, então o ângulo de rotação antes da alternância de direção é 120 °. Observe que se $ N_1 \ gt N_2 $, você pode obter mais de uma revolução de saída antes da alternância (embora isso possa não ser adequado se a saída estiver sujeita a altas forças resistindo ao movimento).
Finalmente, deveria pode-se dizer que é possível que, à medida que a engrenagem transita de uma engrenagem interna para a outra, possa haver um ponto em que ambas as engrenagens internas estejam engrenadas com a coroa, travando a engrenagem e impossibilitando a alternância da malha. Para resolver isso, dentes de engrenagem mais finos devem ser usados, bem como remover / lixar um ou dois dos dentes da extremidade na coroa para eliminar esta região de dupla engrenagem.
CONFIGURAÇÃO ALTERNATIVA (crédito ao comentário de joojaa )
(@joojaa Por favor, deixe-me saber se eu interpretei mal seu comentário)
Uma configuração alternativa que acabasse com a coroa seria como mostrado abaixo:
Onde temos as seguintes engrenagens:
- Engrenagem de saída (laranja)
- 2x Engrenagens grandes (vermelho escuro e azul escuro)
- 2x Engrenagens pequenas (vermelho e azul)
As engrenagens pequenas devem ter raios iguais, assim como as engrenagens grandes. Qualquer um dos conjuntos de engrenagens vermelha ou azul deve ser acionado pela manivela. As engrenagens grandes estão em malha constante, o que garante que os conjuntos de engrenagens vermelha e azul girem em direções opostas. As engrenagens pequenas têm metade dos dentes removidos e alinhados de forma que apenas uma das engrenagens pequenas engrene com a saída. Como antes, conforme a malha alterna, o mesmo ocorre com a direção de rotação da saída.
Observe que a rotação da engrenagem de saída antes da alternância é dada por:
$$ \ theta = 180 ° \ cdot N_s / N_o $$
Onde $ N_s $ e $ N_o $ são o número de dentes de uma das engrenagens pequenas e da engrenagem de saída, respectivamente. Além disso, tendo selecionado o número de dentes para as engrenagens pequenas e de saída, as engrenagens grandes devem ter o seguinte número de dentes (de forma que as engrenagens se encaixem):
$$ N_b = N_s + N_o $$