Планетарный редуктор схема – Планетарный редуктор — схемы, формулы, анимированные иллюстрации

Содержание

Планетарный редуктор: принцип работы, характеристики и разновидности этого устройства

Двухступенчатый планетарный редуктор представляет собой конструкцию, составленную из шестеренок и других рабочих элементов, которые приводятся в движение посредством зубчатой передачи. При этом двигаются они по принципу, который заложен в механике вращения планет – вокруг одного центра. По этой причине центральная шестерня именуется «солнечной», промежуточные — «сателлитами», а внешняя с внутренним зубчатым сцеплением — «коронной». Кроме этого, самый простой планетарный редуктор состоит из водила. Оно предназначено для фиксации сателлитов относительно друг друга, чтобы они двигались вместе.

Чертеж планетарного редуктора

Для правильной работы устройства необходимо, чтобы одна из составляющих его частей была жестко закреплена на корпусе. В планетарном редукторе, который оснащен водилом, статической частью является именно оно. Кроме этого, жестко закрепленным может быть коронная или солнечная шестеренки.  В случае если ни одна из частей этого устройства не закреплена, имеется возможность расщепления одного движения на несколько, либо слияние двух в одно.

При этом в сцепке с ведущим и ведомым валом может быть как коронная, так и солнечная шестерни, или сателлиты. Этот механизм может осуществлять повышение передаточного числа и снижение крутящего момента и на оборот.

За счет такой конструкции обеспечивается движение ведомого и ведущего валов в одном направлении.

Схема работы планетарного редуктора

Назначение и конструкция редуктора

Служит редуктор для обеспечения понижения передачи и при этом повышения силы крутящего момента. Для обеспечения работы этого механизма вращающийся вал присоединяется к его ведомому элементу.

Это устройство в классическом исполнении состоит из червячных или зубчатых пар, центрирующих подшипников, различных уплотнений, сальников и т.д. Примером планетарного редуктора является шариковый подшипник.  Корпус устройства сложен из двух элементов:

  • крышки;
  • основания.

Смазка всех составных элементов этого устройства производится путем разбрызгивания масла, но в некоторых особенных устройствах это осуществляется при помощи масляного насоса в принудительном порядке.

Принцип работы

То, как будет функционировать этот агрегат зависит от кинематической схемы привода. Так подводку вращательного движения можно осуществлять к любому элементу этой системы, а снятие производить с какого-либо из оставшихся. Передаточное число зависит от того, согласно какой схемы организована подводка и съем вращательного движения.

Понимание того, как работает подобный редуктор, позволяет оценить сложность ремонта и восстановления.

Принцип работы планетарного редуктора

Разновидности планетарных редукторов

В зависимости от количества ступеней, которые они имеют планетарные редукторы подразделяют на:

Одноступенчатые более простые и при этом компактнее, меньше по размерам в сравнении с многоступенчатыми, обеспечивают более широкие возможности по передаче крутящего момента, достижения разных передаточных чисел. Обладающие несколькими ступенями являются достаточно громоздкими механизмами, при этом диапазон передаточных чисел, которые ими могут быть обеспечены, существенно меньше.

В зависимости от сложности конструкции они могут быть:

  • простыми;
  • дифференциальными.

Кроме этого, планетарные редукторы в зависимости от формы корпуса, используемых элементов и внутренней конструкции могут быть:

Через них может передаваться движение между параллельными, пересекающимися и перекрещивающимися валами.

Характеристики основных разновидностей этого устройства

Цилиндрические

Самые распространенные. Коэффициент полезного действия этих устройств достигает 95%. Они могут обеспечивать передачу достаточно больших мощностей. Передача движения осуществляется между параллельными и соосными валами. Они могут оснащаться прямозубными, косозубными и шевронными зубчатыми колесами. Коэффициент передачи может колебаться в пределах от 1,5 до 600.

Цилиндрический планетарный редуктор

Конические

Такое название они носят потому, что в них используются шестеренки, которые имеют коническую форму. Это обеспечивает плавность сцепки и способность выдерживать достаточно большие нагрузки. Могу иметь одну, две и три ступени. Валы в этой разновидности редукторов могут располагаться как горизонтально, так и вертикально.

Конический планетарный редуктор

Волновые

Они представляют собой конструкцию с гибким промежуточным числом. Состоят они из генератора волн, эксцентрика или кулачка, который обеспечивает растяжение гибкого колеса до достижения его контакта с неподвижным. При этом гибкое колесо имеет наружные зубья, а неподвижное — внутренние.

К достоинствам такого типа редукторов относится:

  • плавность хода;
  • высокое передаточное число;
  • возможность передачи движения через герметичные и сплошные стенки.

Они могут быть одно- и многоступенчатыми. Высокоскоростные оснащены подшипниками скольжения, а низкоскоростные — подшипниками качения.

Волновой планетарный редуктор

Достоинства планетарных редукторов

  • Небольшой вес;
  • Широкий диапазон передаточных чисел;
  • Относительная компактность;
  • Собрать и починить такое устройство можно своими руками.

Советы по подбору планетарного редуктора

Главное в этом деле — правильно произвести расчет основных параметров нагрузки и существующих условий эксплуатации этого устройства.

Выбор производиться в зависимости от:

  • типа передачи;
  • максимально допустимых осевых и консольных нагрузок;
  • типоразмера этого устройства;
  • диапазона температур, в которых редуктор может использоваться длительный период и не терять при этом своих полезных качеств и свойств.

Делаем планетарный редуктор своими руками

Первым делом производится проектирование будущей конструкции в зависимости от конструктивных особенностей изделия и задач, которые планируется решать с его использованием. При этом производится расчет таких параметров как передаточное число, расположение валов, количество ступеней и т.д.

Составные части планетарного редуктора

Далее производится определение межосевого расстояния. Этот показатель очень важен, так как указывает на способность передавать крутящий момент. Температура внутри устройства во время его работы не должна быть выше, чем 80 градусов по Цельсию.

При конструировании планетарного редуктора производится также расчет:

  • числа передаточных ступеней;
  • количества сателлитных шестеренок и зубьев на них;
  • толщины шестеренок;
  • размещения осей в будущем механизме.

Кроме этого, осуществляется подбор шестеренок, которые выполнены из подходящего материала, расчет сил, которые будут присутствовать при функционировании механизма и проверочный расчет.

Не имея специального оборудования и условий, изготовить составные части этого устройства в условиях домашней мастерской не получится. Планетарный редуктор можно собрать из подобранных частей, которые без труда можно приобрести в торговой сети или на разборке.

Сборка также является делом достаточно непростым, для достижения успеха в этом деле необходимо иметь практический опыт ремонта подобных механизмов, их сборки и разборки, обладать теоретическими познаниями в механике, прочими знаниями и навыками.

 

Если у вас возникли вопросы — оставляйте их в комментариях под статьей. Мы или наши посетители с радостью ответим на них

swapmotor.ru

Планетарная передача — Википедия

Планетарная передача с остановленным водилом по сути является двухступенчатой зубчатой передачей с неподвижными осями колес. Планетарная передача (солнечная шестерня остановлена) Планетарная передача (коронная шестерня остановлена) Схема эпициклически движущейся планеты

Планетарная передача (далее — ПП) — механическая передача вращательного движения, за счёт своей конструкции способная в пределах одной геометрической оси вращения изменять, складывать и раскладывать подводимые угловые скорости и/или крутящий момент. Обычно является элементом трансмиссии различных технологических и транспортных машин.

Конструктивно ПП всегда представляет собой набор взаимозацепленных зубчатых колёс (не менее 4), часть из которых (не менее 2) имеет общую геометрическую неподвижную ось вращения, а другая часть (также, не менее 2) имеет подвижные оси вращения, концентрически вращающиеся на так называемом «водиле» вокруг неподвижной. Зубчатые колёса на неподвижной оси всегда связаны друг с другом не напрямую, а через зубчатые колёса на подвижных осях, а ввиду того, что вторые способны не только вращаться относительно первых, но и обкатывать их, тем самым передавая поступательное движение на водило, все звенья ПП, на которые можно подавать/снимать мощность, получают возможность вращаться дифференциально, с тем лишь условием, что угловая скорость любого такого звена не абсолютно хаотична, а определяется угловыми скоростями всех остальных звеньев. В этом плане ПП похожа на планетарную систему, в которой скорость каждой планеты определяется скоростями всех остальных планет системы. Дифференциальный принцип вращения всей системы, а также то, что в своём каноническом виде набор зубчатых колёс, составляющих ПП, собран в некоем подобии солнца и эпициклически движущихся по орбите планет, даёт данной механической передаче такие присущие только ей интернациональные определения, как

планетарная, дифференциальная (от лат. differentia — разность, различие) или эпициклическая, каждое из которых в данном случае есть синонимы.

С точки зрения теоретической механики планетарная передача — это механическая система с двумя и более степенями свободы. Эта особенность, являющаяся прямым следствием конструкции, есть важное отличие ПП от каких-либо других передач вращательного движения, всегда имеющих только одну степень свободы. И эта особенность наделяет саму ПП тем важным качеством, что в аспекте воздействия на угловые скорости вращения ПП может не только редуцировать эти скорости, но и складывать и раскладывать их, что, в свою очередь, делает её основным механическим исполнительным узлом не только различных планетарных редукторов, но таких устройств, как дифференциалы и суммирующие ПП.

Планетарная передача и планетарный механизм[править | править код]

В русскоязычной инженерной терминологии термины планетарная передача (далее — ПП) и планетарный механизм (далее — ПМ) зачастую предполагаются как синонимы. Отличия в том, что термин ПП обычно используется в контексте принципиального понимания устройства той или иной передачи вращательного движения, особенно если устройство такой передачи не очевидно (скрыто корпусом/картером) или такая передача обладает определёнными уникальными свойствами, присущими только планетарной, и на этом надо акцентировать внимание. А термин ПМ используется для обозначения конкретного зубчато-рычажного механизма, причём существуют критерии, позволяющие чётко описать ПМ как сборочный узел в составе более крупного узла или агрегата и определить, сколько и каких именно использовано ПМ в конкретной передаче вращательного движения.

Состав планетарного механизма[править | править код]

Конструкция ПП/ПМ основана на различных комбинациях из трёх основных и нескольких одинаковых вспомогательных звеньев. Три основные звена с одной общей осью вращения — два центральных зубчатых колеса и водило. Вспомогательные звенья — набор одинаковых зубчатых колёс на подвижных осях вращения и подшипники.

  • Малое центральное зубчатое колесо с внешними зубьями называется солнечной шестернёй или солнцем (С).
  • Большое центральное зубчатое колесо с внутренними зубьями называется коронной, эпициклической шестернёй или эпициклом (Э).
  • Водило (В) является основой ПМ — это неотъемлемая деталь абсолютно любого ПМ и краеугольный камень всей идеи передачи вращения через планетарную систему с дифференциальной связью. Водило представляет собой рычажный механизм — обычно такую пространственную вилку, ось «основания» которой совпадает с осью самого ПМ, а оси «зубцов» с установленными на них сателлитами концентрически вращаются вокруг неё в плоскости/плоскостях расположения центральных зубчатых колёс. Оси «зубцов» — это и есть так называемые подвижные оси или оси сателлитов
  • Сателлиты () представляют собой зубчатые колёса (или группы колёс) с внешними зубьями. При этом сателлиты находятся в одновременном и постоянном зацеплении с обоими центральными зубчатыми колёсами ПМ. Количество сателлитов в ПМ обычно составляет от двух до шести (чаще всего — три, так как только при трёх сателлитах нет нужды в специальных уравновешивающих механизмах) и точного значения для функциональности ПМ не имеет. В различных ПМ применяются сателлиты одновенцовые (одно простое зубчатое колесо), двухвенцовые (два соосных зубчатых колеса с общей ступицей), трёхвенцовые и так далее. Также сателлиты могут быть парными — то есть, располагающимимся на осях одного водила и зацепленными в паре.

Зубчатые колёса, составляющие ПМ, могут быть любого известного типа: прямозубые, косозубые, шевронные, червячные. Тип зацепления в общем случае не важен и на принципиальную работу ПП влияния не оказывает.

В любом ПМ оси вращения центральных зубчатых колёс и водила всегда совпадают. Однако это не значит, что оси сателлитов всегда будут параллельны основной оси. Как и в случае с простыми зубчатыми передачами, здесь возможны варианты параллельных, скрещивающихся и пересекающихся осей. Пример второго варианта — межколёсный дифференциал с коническими зубчатыми колёсами. Пример третьего варианта — самоблокирующийся дифференциал Torsen с червячным зацеплением.

Любой ПМ, независимо простой он или сложный, плоский или пространственный, для своей работоспособности должен иметь одно водило с сателлитами и не менее двух любых центральных зубчатых колёс. Под определением «два любые» подразумевается, что это могут быть не только одно солнце и один эпицикл, но и два солнца и ни одного эпицикла, или два эпицикла и ни одного солнца. Три звена, в том числе водило, есть необходимое и достаточное условие для того, чтобы ПМ мог выполнять функции передачи мощности и сложения/разложения потоков: работать в качестве редуктора (в том числе многоскоростного), в качестве дифференциала или суммирующей ПП. Также три звена есть основа такого русскоязычного технического термина, как

Трёхзвенный Дифференциальный Механизм (или ТДМ).

Формально, механизмы, состоящие всего из двух звеньев — из водила и всего лишь одного центрального зубчатого колеса — также могут именоваться планетарными. Фактически же, такие двухзвенные ПМ трудно разумно приспособить для выполнения какой-либо работы: они не годятся для передачи мощности с одного основного звена на другое и лишь при определённых условиях могут работать как переусложнённая прямая передача. Увеличение числа основных звеньев одного ПМ в большую сторону — до 4 и более — возможно и формально и фактически, однако при этом такие ПМ не приобретают никаких новых свойств, хотя и получают больше теоретически доступных передаточных отношений и могут давать проектируемой ПП определённые компоновочные преимущества.

Простые и сложные ПМ, планетарный ряд[править | править код]

Схемы наиболее распространённых сложных планетарных механизмов

Критерием деления ПМ на простые и сложные является число составляющих его основных звеньев (именно основных, а число сателлитов — не в счёт). Простой ПМ имеет всего три основных звена: одно водило и два любых центральных зубчатых колеса. Кинематика допускает всего-лишь 7 (семь!) ПМ, подпадающих под это условие: один наиболее распространённый и всем известный, так называемый «элементарный», с набором одновенцовых сателлитов схемы ; три ПМ с двухвенцовыми саттелитами (, , ) и три ПМ с парными взаимозацепленными сателлитами (СВЭ, СВС, ЭВЭ)).

Сложных ПМ гораздо больше чем простых. Их точное число не определено ввиду отсутствия такой нужды, а наиболее распространённые из них приведены на рисунке. Точно так же как и простые ПМ, сложные имеют всего одно водило, но центральных зубчатых колёс может быть три и более. При этом в составе сложного ПМ всегда умозрительно можно выделить несколько простых ПМ (конкретно: три в четырёхзвенном и шесть в пятизвенном), каждый из которых в себя включает два каких-то центральных зубчатых колеса и одно общее водило.

Каждый набор из центральных зубчатых колёс и сателлитов, вращающихся в одной плоскости, образует так называемый планетарный ряд. Простой ПМ с набором одновенцовых сателлитов является однорядным. Все три простые ПМ с двухвенцовыми сателлитами — двухрядные. ПМ с парными взаимозацепленными сателлитами схемы СВЭ — однорядный; схем СВС и ЭВЭ — двухрядные. Таким образом, все простые ПМ могут быть или однорядными или двухрядными. Сложные ПМ, в свою очередь, могут быть двух, трёх и четырёхрядные. Верхнее число рядов в сложном ПМ формально не ограничено, хотя фактически уже пятирядные есть большая редкость, хотя в сборках из планетарных механизмов, применяющихся в многоступенчатых планетарных коробках передач, общее число рядов может быть пять и больше. Нередко термины ПМ и планетарный ряд предполагаются как синонимы, но, в общем случае, это неверно: даже если в отдельных случаях оба термина могут обозначать одно и то же, всегда следует помнить, что их смыл несколько разный.

Плоские и пространственные ПМ[править | править код]

Свободный дифференциал на основе простого плоского двухрядного ПМ с парными сателлитами Свободный дифференциал на основе пространственного ПМ с коническими шестернями

Наличие в составе одного ПМ более одного планетарного ряда не означает, что он является пространственным. Сколько бы ни было рядов, но если плоскости вращения всех составляющих каждый ряд зубчатых колёс параллельны, то такой ПМ будет оставаться плоским. Критерием отличия плоского ПМ от пространственного является наличие не просто более одной плоскости вращения составляющих его зубчатых колёс, но наличие непараллельных плоскостей их вращения. Плоскости вращения звеньев в пространственном ПМ не обязаны быть строго перпендикулярны друг-другу и могут находиться под любыми произвольными углами. Примером пространственного ПМ может служить конический симметричный дифференциал, наподобие применяющегося в приводе ведущих колёс автомобиля. А вот близкий по конструкции цилиндрический дифференциал, применяющийся там же и выполняющий точно такие же функции, будет оставаться плоским ПМ.

Пространственные ПМ по своему функционалу ничем не отличаются от аналогичных по составу плоских ПМ. Выбор того или иного ПМ в качестве основы конкретной ПП есть лишь вопрос экономики или конструкторских предпочтений. Тот же простой межколёсный дифференциал почти всегда выполнен на основе пространственного ПМ не потому, что что плоский не годится, а, скорее, по определённым компоновочным соображениям. Плюс, как это ни странно, пространственный ПМ для выполнения схожих функций может требовать меньшего количества шестерён и деталей вообще. Так, тот же межколёсный дифференциал в пространственном варианте требует всего лишь 4 одинаковые шестерни, из которых две пойдут на два солнца и две — на два саттелита. В случае же плоского варианта, таких шестерён потребуется как минимум шесть, а скорее всего — восемь, и при этом они обязательно будут двух разных типоразмеров.

2 степени свободы ПМ[править | править код]

Уникальной особенностью любого ПМ, отличающей его от всех прочих зубчатых передач, является наличие у него двух степеней свободы. Применительно к простому трёхзвенному ПМ это означает, что понимание угловой скорости вращения любого одного основного звена не даёт однозначного понимания угловых скоростей двух других основных звеньев, даже если известны все передаточные отношения внутри ПМ. Здесь все три основных звена находятся в дифференциальной связи друг с другом и для определения их угловых скоростей надо знать угловые скорости как минимум двух из них. В этом есть важное отличие ПМ от прочих зубчатых механизмов, в которых угловые скорости всех элементов связаны линейной зависимостью, а по угловой скорости одного элемента всегда можно точно определить угловые скорости всех остальных элементов, сколь много их бы не было. И в этом есть основа уникальных свойств, присущих любому ПМ: способность изменять угловые скорости на выходе при неизменных угловых скоростях на входе, способность делить и суммировать потоки мощности и всё это при постоянно зацепленных шестернях.

Любой ПМ, независимо от того, простой он или сложный, имеет фактически лишь две степени свободы. Для простого ПМ это подтверждается и визуальным наблюдением за работой такого механизма и уравнением Чёбышева. Для сложных ПМ это визуально не очевидно, а уравнение Чёбышева теоретически может допускать существование для таких ПМ трёх степеней свобод, что подразумевает наличие четырёх звеньев, находящихся в дифференциальной связи друг с другом. Но фактически такие сложные ПМ будут физически неработоспособны в тех практических задачах, ради которых они создаются, а все работоспособные сложные ПМ останутся двухстепенными. Независимо от числа основных звеньев любого работоспособного сложного ПМ, в нём, так же как и в простом ПМ, в дифференциальной связи друг с другом будет находиться только три основных звена, а остальные основные звенья, сколько бы их ни было, будут иметь линейную связь с каким-то одним из трёх вышеупомянутых. Попытки же создания сложных ПМ с тремя (и тем более, с четырьмя) фактическими степенями свободы считаются бесперспективными, а все работоспособные трёх- и четырёхстепенные ПП основаны на сборке последовательно взаимозацепленных двухстепенных ПМ.

Передаточное отношение[править | править код]

Планетарная передача в режиме повышения скорости. Водило (зелёное) вращается внешним источником. Усилие снимается с солнечной шестерни (жёлтая), в то время как кольцевая шестерня (красная) закреплена неподвижно. Красные метки показывают вращение входного вала на 45°.

Передаточное отношение такой передачи визуально определить достаточно сложно, в основном, потому что система может приводиться во вращение различными способами.

При использовании планетарной передачи в качестве редуктора один из трёх её основных элементов фиксируется неподвижно, а два других служат в качестве ведущего и ведомого. Таким образом, передаточное отношение будет зависеть от количества зубьев каждого компонента, а также от того, какой элемент закреплён.

Рассмотрим случай, когда водило зафиксировано, а мощность подводится через солнечную шестерню. В этом случае планетарные шестерни вращаются на месте со скоростью, определяемой отношением числа их зубьев относительно солнечной шестерни. Например, если мы обозначим число зубьев солнечной шестерни как S{\displaystyle S}, а для планетарных шестерён примем это число как P{\displaystyle P}, то передаточное отношение будет определяться формулой SP{\displaystyle {\frac {S}{P}}}, то есть если у солнечной шестерни 24 зуба, а у планетарных по 16, то передаточное отношение будет −2416{\displaystyle -{\frac {24}{16}}}, или −32{\displaystyle -{\frac {3}{2}}}, что означает поворот планетарных шестерён на 1,5 оборота в противоположном направлении относительно солнечной.

Далее вращение планетарных шестерён может передаваться кольцевой шестерне, с соответствующим передаточным числом. Если кольцевая шестерня имеет A{\displaystyle A} зубьев, то оно будет вращаться с соотношением PA{\displaystyle {\frac {P}{A}}} относительно планетарных шестерён. (В данном случае перед дробью нет минуса, так как при внутреннем зацеплении шестерни вращаются в одну сторону). Например, если на кольцевой шестерне 64 зуба, то относительно приведённого выше примера это отношение будет равно 1664{\displaystyle {\frac {16}{64}}}, или 14{\displaystyle {\frac {1}{4}}}. Таким образом, объединив оба примера, мы получим следующее:

  • Один оборот солнечной шестерни даёт −SP{\displaystyle -{\frac {S}{P}}} оборотов планетарных шестерён;
  • Один оборот планетарной шестерни даёт PA{\displaystyle {\frac {P}{A}}} оборотов кольцевой.

В итоге, если водило заблокировано, общее передаточное отношение системы будет равно −SA{\displaystyle -{\frac {S}{A}}}.

В случае, если закреплена кольцевая шестерня, а мощность подводится к водилу, передаточное отношение на солнечную шестерню будет меньше единицы и составит 1(1+AS){\displaystyle {\frac {1}{(1+{\frac {A}{S}})}}}.

Если закрепить кольцевую шестерню, а мощность подводить к солнечной шестерне, то мощность должна сниматься с водила. В этом случае передаточное отношение будет равно 1+AS{\displaystyle 1+{\frac {A}{S}}}. Это самое большое передаточное число, которое может быть получено в планетарной передаче. Такие передачи используются, например, в тракторах и строительной технике, где требуется большой крутящий момент на колёсах при невысокой скорости.

Всё вышесказанное можно описать следующими двумя уравнениями (выведены из условия отсутствия проскальзывания сопрягаемых шестерён и следовательно равенства дуг, проходимых точками, находящихся на окружностях, в единицу времени):

A(ωa−ωc)=PωpS(ωs−ωc)=−Pωp{\displaystyle {\begin{aligned}A\left(\omega _{a}-\omega _{c}\right)=P\omega _{p}\\S\left(\omega _{s}-\omega _{c}\right)=-P\omega _{p}\end{aligned}}}

Здесь ωa,ωc,ωp,ωs{\displaystyle \omega _{a},\omega _{c},\omega _{p},\omega _{s}} — угловые скорости соответственно: кольцевой шестерни, водила, планетарных шестерён относительно водила, и солнечной шестерни. Первое уравнение характеризует вращение водила относительно кольцевой шестерни, второе — солнечной шестерни относительно водила.

Если исключить из уравнений ωp{\displaystyle \omega _{p}} путём их сложения — получится одно уравнение: Aωa+Sωs=(A+S)ωc{\displaystyle A\omega _{a}+S\omega _{s}=(A+S)\omega _{c}}. Так как числа зубьев шестерён всегда удовлетворяют условию A=S+2P{\displaystyle A=S+2P} (исходя из простых геометрических соотношений, поскольку в диаметр коронной шестерни помещается диаметр солнечной шестерни и два диаметра сателлитов), по-другому это уравнение можно записать как:

(2+n)ωa+nωs−2(1+n)ωc=0{\displaystyle \left(2+n\right)\omega _{a}+n\omega _{s}-2\left(1+n\right)\omega _{c}=0}

Где n — это параметр передачи, равный n=SP{\displaystyle n={S \over P}}, то есть отношению чисел зубьев солнечной и планетарных шестерён.

В нижеуказанной таблице (указывающей выходные скорости различных типов планетарных передач в зависимости от их конструктивных особенностей) приняты следующие условные обозначения:

ru.wikipedia.org

коробка, механизм, шестерня, ряд и расчет

Планетарная передача — вид зубчатой передачи, применяемой в механических и автоматических трансмиссиях. Помимо преобразования вращения «планетарка» способна суммировать и раскладывать мощности. Зная о планетарном механизме: что это такое, как работает, по каким критериям оценивают редуктор, станет понятно устройство и характеристики АКПП. В случае поломки расчёт передачи поможет выбрать надёжный и долговечный механизм.

Устройство и принцип работы

Планетарный механизм — это конструкция из зубчатых колёс, перемещающихся относительно центра. По центральной оси расположены колёса разного диаметра:

  • малое солнечное с внешними зубцами;
  • большое коронное или эпицикл с внутренними зубцами.

Между колёсами передвигаются сателлиты. Их вращение напоминает движение планет Солнечной системы. Оси сателлитов механические соединены на водиле, которое вращается относительно центральной оси.

Устройство простого планетарного блока:

  • 1 эпицикл;
  • 1 солнечное колесо;
  • 1 водило.

Планетарный механизм собирают в каскады из двух и более звеньев на одном валу для получения широкого диапазона передач. Главной кинематической характеристикой зубчатой передачи является передаточное отношение.

Принцип работы планетарной коробки заключается в блокировке одного из основных элементов и передаче вращения через ведущее колесо. Для остановки элемента применяют тормозные ленты, блокировочные муфты, конические шестерни. Передаточное отношение меняется в зависимости от схемы закрепления. Описать принцип действия планетарного механизма удобнее на примере:

  1. Корона блокируется.
  2. Вал подаёт крутящий момент на солнце.
  3. Вращение солнца заставляет планеты обкатываться вместе с ним.
  4. Водило становится ведомым, сообщая пониженную передачу.

Управляя элементами простой «планетарки», получают разные характеристики:

Передача

Как работает планетарная коробка в АКПП

1

Солнце подаёт вращение на водило, корона двигается в противоположную сторону.

2

Корона подаёт вращение на водило, солнце зафиксировано.

3

Ведущее водило передаёт вращение солнцу. Корона заблокирована.

4

Водило двигает корону. Солнце зафиксировано.

Задний ход

Водило заблокировано. Солнечное колесо вращается, планеты обкатывают и двигают корону в противоположную сторону.

Кпд η простой передачи достигает 0,97.

Планетарный ряд с одной степенью свободы становится планетарной передачей. Две степени образуют дифференциал. Дифференциал складывает моменты на ведомом колесе, поступающие от основных ведущих звеньев.

Разновидности планетарных передач

По количеству ступеней планетарные механизмы разделяют на:

  • однорядные;
  • многорядные.

Планетарная передача из одной солнечной шестерни, одновенцовых сателлитов, водила и эпицикла будет однорядной. Замена сателлитов на двухвенцовые усложняет конструкцию, делая её двухрядной.

Многоступенчатая планетарная коробка передач — это последовательно установленные однорядные блоки. Такая схема позволяет суммировать передаточные числа и получать большие значения. 4-скоростные АКПП состоят из двухрядных планетарных конструкций, 8-скоростные — из четырёхрядных.

В АКПП применяют схемы, названные в честь изобретателей:

  • Механизм Уилсона представляет собой трёхрядную конструкцию, в которой соединены корона первого, водило второго и корона третьего рядов. Количество передач — 5 прямых и 1 задняя.
  • Механизм Лепелетье состоит из 3 соосно расположенных простых планетарных передач. Количество передач — 6 прямых и 1 задняя.
  • Схема Симпсона — 2 редуктора с общей солнечной шестернёй. Водило второго ряда оборудовано тормозом. Корона первого ряда и солнце через две блокировочные муфты жёстко соединены с ведущим валом. Механизм реализует режимы: нейтраль; 1,2,3 передачи; задний ход.

По типу зубчатых конструкций планетарные редукторы делятся на:

  • цилиндрические;
  • конические;
  • волновые;
  • червячные.

Разные типы применяют для передачи момента между валами, расположенными параллельно или под углом. А также в механизмах, требующих низкой или высокой кинематической характеристики.

Характеристики основных разновидностей этого устройства

В конструкции планетарного ряда АКПП применяют различные типы зубчатых передач. Выделяют три основные наиболее распространенные: цилиндрические, конические и волновые.

Цилиндрические

Зубчатые механизмы передают момент между параллельными валами. В конструкцию цилиндрической передачи входит две и более пар колёс. Форма зубьев шестерней может быть прямой, косой или шевронной. Цилиндрическая схема простая в производстве и действии. Применяется в коробках передач, бортовых редукторах, приводах. Передаточное число ограничено размерами механизма: для одной колёсной пары достигает 12. КПД — 95%.

Конические

Колёса в конической схеме преобразуют и передают вращение между валами, расположенными под углом от 90 до 170 градусов. Зубья нагружены неравномерно, что снижает их предельный момент и прочность. Присутствие сил на осях усложняет конструкцию опор. Для плавности соединения и большей выносливости применяют круговую форму зубьев.

Производство конических передач требует высокой точности, поэтому обходится дорого. Угловые конструкции применяются в редукторах, затворах, фрезерных станках. Передаточное отношение конических механизмов для техники средней грузоподъёмности не превышает 7. КПД — 98%.

Волновые

Во волновой передаче отсутствуют солнечная и планетные шестерни. Внутри коронного колеса установлено гибкое зубчатое колесо в форме овала. Водило выступает в качестве генератора волн, и выглядит в виде овального кулачка на специальном подшипнике.

Гибкое стальное или пластмассовое колесо под действием водила деформируется. По большой геометрической оси зубья сцепляются с короной на всю рабочую высоту, по малой оси зацепление отсутствует. Движение передаётся волной, создаваемой гибким зубчатым колесом.

Во волновых механизмах КПД растёт вместе с передаточным числом, превышающим 300. Волновая передача не работает в схемах с кинематической характеристикой ниже 20. Редуктор выдает 85% КПД, мультипликатор — 65%. Конструкция применяется в промышленных роботах, манипуляторах, авиационной и космической технике.

Достоинства и недостатки планетарных передач

Планетарная передача выигрывает у простых зубчатых механизмов аналогичной мощности компактным размером и массой меньшей в 2 — 3 раза. Используя нескольких планетных шестерней, достигается зацепление зубьев на 80%. Нагрузочная способность механизма повышается, а давление на каждый зубец уменьшается.

Кинематическая характеристика планетарного механизма доходит до 1000 с малым числом зубчатых колёс без применения многорядных конструкций. Помимо передачи планетарная схема способна работать как дифференциал.

За счёт соосности валов планетарного механизма, компоновать машины проще, чем с другими редукторами.

Применение планетарного ряда в АКПП снижает уровень шума в салоне автомобиля. Сбалансированная система имеет высокую вибропрочность за счет демпфирования колебаний. Соответственно снижается вибрация кузова.

Недостатки планетарного механизма:

  • сложное производство и высокая точность сборки;
  • в сателлиты устанавливают подшипники, которые выходят из строят быстрее, чем шестерня;
  • при повышении передаточных отношений КПД падает, поэтому приходится усложнять конструкцию.

Передаточное число планетарных передач

Передаточным называют отношение частоты ведущего вала планетарной передачи к частоте ведомого. Визуально определить его значение не получится. Механизм приводится в движение разными способами, а значит передаточное число в каждом случае различно.

Для расчёта передаточного числа планетарного редуктора учитывают число зубьев и систему закрепления. Допустим, у солнечной шестерни 24 зуба, у сателлита — 12, у короны — 48. Водило закреплено. Ведущим становится солнце.

Сателлиты начнут вращаться со скоростью, передаваемой солнечной шестернёй. Передаточное отношение равно: -24/12 или -2. Результат означает, что планеты вращаются в противоположном направлении от солнца с угловой скоростью 2 оборота. Сателлиты обкатывают корону и заставляют её обернуться на 12/48 или ¼ оборота. Колёса с внутренним закреплением вращаются в одном направлении, поэтому число положительное.

Общее передаточное число равно отношению числа зубьев ведущего колеса к количеству зубьев ведомого: -24/48 или -1/2 оборота делает корона относительно солнца при зафиксированном водиле.

Если водило станет ведомым при ведущем солнце, то передаточное отношение: (1+48/24) или 3. Это самое большое число, какое способна предложить система. Самое маленькое отношение получается при фиксировании короны и подачи момента на водило: (1+/(1+48/24)) или 1/3.

Передаточные числа простой планетарной схемы: 1,25 — 8, многоступенчатой: 30 — 1000. С ростом кинематической характеристики КПД снижается.

Подбор чисел зубьев планетарных передач

Число зубьев колёс подбирают на первом этапе расчёта планетарной схемы по заранее установленному передаточному отношению. Особенность проектирования планетарного ряда заключается в соблюдении требований правильной сборки, соосности и соседства механизма:

  • зубья сателлитов должны совпадать с впадинами солнца и эпицикла;
  • планеты не должны задевать друг друга зубьями. На практике более 6 сателлитов не используют из-за трудностей равномерного распределения нагрузки;
  • оси водила, солнечного и коронного колёс должны совпадать.

Основное соотношение подбора зубьев передачи через передаточное число выглядит так:

i = 1+Zкорона/Zсолнце,

где  i — передаточное число;

Zn — количество зубьев.

Условие соосности соблюдается при равных межосевых расстояниях солнечного колеса, короны и водила. Для простой планетарной зубчатой передачи проверяют межосевые расстояния между центральными колёсами и сателлитами. Равенство должно удовлетворять формуле:

Zкорона= Zсолнце+2×Zсателлит.

Чтобы между планетами оставался зазор, сумма радиусов соседних шестерней не должна превышать осевое расстояние между ними. Условие соседства с солнечным колесом проверяют по формуле:

sin (π/c)> (Zсателлит+2)/(Zсолнце+Zсателлит),

где с — количество сателлитов.

Планетные колёса размещаются равномерно, если соотношение зубьев короны и солнца к количеству сателлитов окажется целым:

Zсолнце/с = Z;

Zкорона/с = Z,

где Z — целое число.

Расчет на прочность планетарных передач

Прочностной расчёт планетарных передач проводят как для цилиндрических зубчатых передач. Вычисляют каждое зацепление:

  • внешнее — между солнцем и планетными колёсами;
  • внутреннее — между планетами и короной.

Если колёса изготовлены из одного материала, а силы в зацеплении равны, рассчитывают наименее прочное соединение — внешнее.

Алгоритм расчёта следующий:

  1. Выбирают схему редуктора.
  2. Определяют исходные данные: передаточное число i, крутящий момент Твых и частоту вращения выходного вала Uвых.
  3. Подбирают число зубьев с проверкой условий сборки и соседства планетных шестерней.
  4. Рассчитывают угловые скорости колёс.
  5. Вычисляют КПД и моменты выходных валов.
  6. Рассчитывают прочность зацепления.

В расчёте момента учитывают количество планетных колёс и неравномерное нагружение их зубьев. Вводят поправочный коэффициент η =1,5…2, если меры выравнивания отсутствуют:

  • повышенная точность изготовления;
  • радиальная подвижность солнца, короны или водила;
  • применение упругих элементов.

Расчёт зубчатых передач выполняют по двум критериям:

  • контактная прочность, т.е. выносливость рабочих поверхностей зубьев под нагрузкой;
  • напряжение на изгиб, усталостный излом.

Расчёт контактной прочности сводится к проверке условия, что напряжение σн не превышает допустимого значения. Вычисления проводят по формуле Герца для цилиндрических поверхностей, добавляя уточняющие коэффициенты. В результате получают значение межосевого расстояния — главную геометрическую характеристику зубчатой передачи:

d=K×η×∛ (T×Kн(i±1))/(Ψ×i×[σн]^2),

где K — вспомогательный коэффициент для прямозубых колёс, МПа;

η — коэффициент неравномерности;

Т — вращающий момент, Н×мм;

Kн — коэффициент нагрузки;

Ψ — коэффициент ширины колеса равный 0,75;

i — передаточное число;

[σн] — допускаемое контактное напряжение, МПа. Определяется коэффициентом долговечности и пределом выносливости.

После определения геометрии передачи проверяют условие прочности:

σн= {310/(d×i)}×√ (T×Kн(i+1)^3)/(Ψ×d) ≤ [σн]

При расчёте на изгиб принимают условие, что вся нагрузка передаётся одной паре зубьев и приложена к его вершине. Расчётное напряжение не должно превышать допускаемое:

σf= (M/W) – (F/(b×s) ≤ [σf],

где М — изгибающий момент;

W — осевой момент сопротивления;

F — сила сжатия;

b, s — размеры зуба в сечении;

[σf] — допускаемое напряжение изгиба. Зависит от предела выносливости, шероховатости, погрешности изготовления зубьев.

Советы по подбору планетарного редуктора

Перед выбором планетарного редуктора проводят точный расчёт нагружения и режимов работы механизма. Определяют тип передачи, осевые нагрузки, температурный диапазон и типоразмеры редуктора. Для тяжёлой спецтехники, где нужен большой крутящий момент при малых скоростях, выбирают редуктор с высоким передаточным отношением.

Чтобы сбавить угловую скорость, не снижая крутящего момента, применяют привод с электродвигателем и редуктором. При выборе мотор редуктора учитывают:

  • эксплуатационную нагрузку;
  • момент вала на выходе;
  • частоту вращения входного и выходного валов;
  • мощность электродвигателя;
  • монтажное исполнение.

Область применения планетарных передач

Планетарная схема используется в:

  • редукторах;
  • автоматических и механических коробках передач;
  • в приводах летательных аппаратов;
  • дифференциалах машин, приборов;
  • ведущих мостах тяжёлой техники;
  • кинематических схемах металлорежущих станков.

Планетарную коробку передач применяют в агрегатах с переменным передаточным отношением, затормаживая водило. В гусеничной технике для сложения потоков мощности элементы в планетарном механизме не блокируют.

Заключение

Планетарные передачи в АКПП зарекомендовали себя десятилетиями эксплуатации со времён Ford T: компактными размерами, малым весом, высокими скоростями, надёжностью и выносливостью. Планетарная схема способна передавать вращение и управлять потоками мощности, поэтому нашла применение в авиации, машиностроении, промышленности.

Чтобы не ошибиться с выбором конструкции, проводят точный расчёт геометрии и прочности зубчатой передачи, сверяя с допустимыми значениями. Ошибки вычислений приводят к чрезмерной нагрузке зубчатых передач, поломке и истиранию зубьев.

akppoff.ru

Планетарный редуктор устройство и принцип работы

Планетарная передача — механическая система, состоящая из нескольких планетарных зубчатых колёс (шестерён), вращающихся вокруг центральной, солнечной, шестерни. Обычно, планетарные шестерни фиксируются вместе с помощью водила. Планетарная передача может также включать дополнительную внешнюю кольцевую шестерню, имеющую внутреннее зацепление с планетарными шестернями.

Основными элементами планетарной передачи можно считать следующие:

  • Солнечная шестерня: находится в центре;
  • Водило: жёстко фиксирует друг относительно друга оси нескольких
  • Планетарных шестерён (сателлитов) одинакового размера, находящихся в зацеплении с солнечной шестерней;
  • Кольцевая шестерня (эпицикл): внешнее зубчатое колесо, имеющее внутреннее зацепление с планетарными шестернями.

Планетарная передача в режиме повышения скорости. Водило (зелёное) вращается внешним источником. Усилие снимается с солнечной шестерни (жёлтая), в то время как кольцевая шестерня (красная) закреплена неподвижно. Красные метки показывают вращение входного вала на 45°.

При использовании планетарной передачи в качестве редуктора один из трёх её основных элементов фиксируется неподвижно, другой элемент используется как ведущий, а третий — в качестве ведомого. Таким образом, передаточное отношение будет зависеть от количества зубьев каждого компонента, а также того, какой элемент закреплён.

Водило (зелёное) закреплено неподвижно, в то время как солнечная шестерня (жёлтая) вращается внешним источником. В данном случае передаточное отношение равно -24/16, или -3/2; каждая планетарная шестерня поворачивается на 3/2 оборота относительно солнечной шестерни, в противоположном направлении.

Часто планетарные передачи используются для суммирования двух потоков мощности (например, планетарные ряды двухпоточных трансмиссий некоторых танков и др. гусеничных машин), в этом случае неподвижно зафиксированных элементов нет. Например, два потока мощности могут подводиться к солнечной шестерне и эпициклу, а результирующий поток снимается с водила.

Применение планетарного редуктора

Наиболее широкое применение принцип нашёл в автомобильных дифференциалах, кроме того используется в суммирующих звеньях кинематических схем металлорежущих станков.

Во время Второй мировой войны была разработана особая конструкция планетарной передачи, которая использовалась для привода небольших радаров. Кольцевая шестерня изготавливалась из двух частей, каждая толщиной в половину толщины других компонентов. Одна из этих половинок фиксировалась неподвижно и имела на 1 зуб меньше, чем вторая. В такой конструкции при полном обороте планетарных шестерён и нескольких оборотах солнечной шестерни, подвижное кольцо поворачивалось всего на 1 зуб. Таким образом, получалось очень высокое передаточное отношение при небольших габаритах.

Другие новости и акции

История. Описание. Новые технические решения моделей

При изготовлении железобетонных и бетонных изделий с целью проведения сборного строительства, а также для уплотнения бетонной смеси при ее заливке в монолитную конструкцию необходимы высококачественные ручные глубинные вибраторы.

Практически все изобретения механики, основанные на вращательном движении, можно исторически соотнести с принципом колеса и временем его изобретения. До того, как был понят этот принцип, ничего подобного существовать не могло бы. Кто и когда первым придумал возможность соединять за счет зубцов несколько колес и вращать их друг за счет друга — неизвестно, но этот человек создал небольшую революцию.

Так появилась первая шестерня. Принцип шестеренчатой передачи энергии движения можно считать революционным в развитии промышленности.

Планетарный редуктор

В современной промышленности планетарные редукторы, в основе которых лежит шестерня солнечная, используются в лебедках и электроинструменте. Наиболее популярным техническим средством, которое есть практически в каждом доме и где может быть использована солнечная шестерня — велосипед с планетарной втулкой.

Сам принцип нескольких зубчатых колес, которые передают энергию движения друг другу, далеко не нов. И даже планетарный редуктор не самое свежее изобретение. Новшеством здесь можно считать лишь то, насколько активно этот принцип работы распространяется в современных приборах и технике самого разного назначения.

Солнечная шестерня в велосипедах

Планетарные втулки сегодня в велосипедах ставятся туда, куда прежде ставили звездочки для байка для регулирования передач. В спортивных велосипедах каждая звездочка на велосипед отвечает за свою передачу скоростей. Более простая задняя планетарная втулка, которая работает на солнечной шестерне, ставится на велосипеды для города, а также на туристические велосипеды.

Как было сказано, задняя планетарная втулка более популярна, чем передняя. В первую очередь, это определяется особенностью крепления велосипедной цепи и классической установки звездочки на велосипед. Но если вы хотите переделать свой байк из обычного в электрический, то вам придется столкнуться с таким изобретением как мотор-колесо. Ставится оно обычно на переднюю вилку (хотя можно поставить и на заднюю, и даже заменить оба колеса, сделав велосипед полноприводным), одна из важных частей мотор-колеса — планетарный редуктор, в основу которого так же положена шестерня солнечная.

Изначально мотор-колёса были иного принципа, но требования удешевления из-за возрастания массовости спроса на электровелосипеды привело к тому, что именно роторная передача, основанная на планетарном принципе, стала наиболее выгодной системой генерации энергии движения и распределения ее. Это решение увеличивает статическую тягу при уменьшении веса колеса, но при этом становится более шумным сам мотор и усиливаются вибрации от высоких частот, передающиеся на раму. На текущий момент основная часть колес с мотором до 500 Ватт — редукторные. Это сделало электровелосипеды более шумными и тяжелыми, но резко снизило стоимость конструкции. Однако, при установке такого планетарного редуктора нужно проследить, чтобы допустимые вибрации не превышали норму, иначе это отразится на сроке службы рамы.

Принцип работы редукторов

Как же работает редуктор с солнечной шестерней?

Любой редуктор состоит из нескольких обязательных элементов. Очевидно, что в основе лежит шестерня солнечная, а так же имеется коронная шестерня (эпицикл), которая находится на периферии редуктора и как бы вмещает в себя остальные элементы, несколько шестерен-сателлитов, находящихся между солнечной шестерней и эпициклом, взаимодействующих с обеими. А так же закрепленное водило, на осях которого вращаются сателлиты.

Процесс работы передаточного цикла зависит от кинематической схемы привода. От типа кинематической схемы вращение может подводиться к каждому элементу редуктора и сниматься с любого из оставшихся. При этом третья составная должна быть заторможена. Изменяя схему подвода и снятия крутящего момента внутри данной конкретной планетарной передачи, мы имеем возможность получить различные передаточные числа и направления вращения.

Конечно, большинство людей, покупая технику в дом, совсем не интересуются в деталях составными частями, еще меньше их интересует, что же именно в их технике делает шестерня солнечная, и это правильно, так как невозможно знать и понимать все. Но, если вы покупаете байки, работающие на планетарной втулке или мотор-колесе, стоит понимать уровень сложности механизма, который помогает приводить в движение ваш транспорт. Как следствие, оценивать проблемы технического характера, которые могут возникнуть при поломке такого устройства.

При всем том, что технически сложные приспособления при поломках непросто восстановить, а самостоятельно часто невозможно, они очень облегчают жизнь велолюбителям. Так планетарная втулка и звездочка на велосипед могут выполнять одни и те же функции, однако, ясно, что для не спортсменов велосипед с планетарной втулкой, основанной на солнечной передаче, намного удобнее. Тем более, если речь идет об электровелосипедах.

  • Многие выбирают именно этот тип транспорта, специально подыскивают оборудование для переделки обычных велосипедов в электровелосипеды.

Очевидно, что человек, который сам изготавливает электровелосипед, в общих чертах представляет, как работает мотор-колесо, и на каких принципах основано движение велосипеда с электрической тягой, в отличие от механического принципа движения велосипеда.

Если вы планируете покупать или делать своими руками электровелосипед, то принцип работы планетарного редуктора будет далеко не лишним знанием, которое поможет вам полнее представлять, что за технику вы получите в конце концов.

Процедура механизации производственной и другой деятельности существенно повысила поставленные задачи. Довольно большое распространение получили механизмы, предназначенные для передачи вращения и распределения создаваемого усилия. Существует довольно большое количество различных редукторов, все они характеризуются своими определенными эксплуатационными характеристиками. Примером можно назвать планетарный редуктор, устройство которого имеет довольно большое количество различных особенностей. Рассмотрим подобный механизм подробнее.

Устройство и принцип работы

Рассматриваемый механизм представлен классическим сочетанием шестерен с различным диаметром, которые обеспечивают передачу вращения с изменением числа оборотов и передаваемого усилия. Особенности механизма определяют возможность применения в самых различных отраслях. Обеспечить работу можно только в случае присоединения вращающего вала к ведомой части.

Рассматривая чертеж классического устройства, следует отметить, что оно состоит из следующих элементов:

  1. Основные элементы представлены зубчатыми и червячными парами.
  2. Для установки и фиксации основных деталей проводится установка центрирующих подшипников.
  3. Для смазывания трущихся деталей корпус заполняется специальным маслом. Исключить вероятность его вытекания можно за счет уплотнений.
  4. Сальники также являются важной частью конструкции.
  5. Корпус состоит из двух составных элементов, за счет которых есть возможность разобрать конструкция при обслуживании или ремонте.

Принцип работы планетарного редуктора предусматривает то, что смазывание основных деталей происходит за счет естественного разбрызгивания масла при работе устройства.

Схема классического устройства выглядит следующим образом:

  1. В качестве источника вращения устанавливается мотор.
  2. Другая часть представлена шестерней планетарного типа. Внутри расположены другие детали, крепление стакана редуктора к мотору проводится за счет фиксирующих элементов.
  3. Далее идет вал с подшипником.

Защита конструкции обеспечивается за счет крышки редуктора. Его фиксация проводится за счет болтов. В целом можно сказать, что устройство достаточно сложное, поэтому провести его ремонт и обслуживание не всегда просто.

Принцип действия агрегата во многом зависит от кинематической схемы привода. Расчет передаточного отношения проводится при применении специальных формул, которые можно встретить в технической литературе.

Основная часть конструкции состоит из следующих деталей:

  1. Коронной шестерни.
  2. Планетарная или сателлиты.
  3. Водило и солнечная шестерня.

Принцип действия рассчитывается следующим образом:

  1. Солнечная шестерня расположена в центральной части конструкции. Зачастую именно ей передается основное вращение, для чего элемент имеет посадочное отверстие под вал.
  2. Центральный элемент постоянно находится в зацеплении с другими подобными шестернями, оси которых расположены по окружности.
  3. Сателлиты находятся в зацеплении с коронной шестерней, которая представлена зубчатым колесом большого диаметра с внутренним расположением основных деталей.
  1. Водило требуется для жесткой фиксации всех деталей относительно друг друга.

Стоит учитывать, что для работы механизма одна из частей должна быть зафиксирована относительно других. В зависимости от выбора ведомого или ведущего элемента зависит показатель передаточного числа. Рассчитать число достаточно сложно, от этого показателя также зависит удельная мощность.

Конструктивные особенности рассматриваемого механизма определили то, что он может применяться для достижения самых различных целей.

Виды планетарных редукторов

Встречается довольно большое количество разновидностей понижающих редукторов. Классификация проводится также по количеству ступеней:

Первый вариант исполнения намного проще, характеризуется меньшими размерами и обеспечивает более широкие возможности по передаче крутящего момента. Создание нескольких ступеней определяет существенное увеличение размеров конструкции, а диапазон передаточных чисел уменьшается.

Также классификация проводится по показателю сложности планетарного редуктора. Выделяют два основных типа:

На сегодняшний день дифференциальный редуктор получил весьма широкое распространение, так как позволяет передавать вращение требуемым образом в конкретном случае.

Выделяют виды в зависимости от формы корпуса, а также применяемым внутри элементам. Классификация выглядит следующим образом:

  1. Волновые.
  2. Конические.
  3. Червячные.
  4. Цилиндрические или колесного типа.

Их применение позволяет передавать вращение между пересекающимися, перекрещивающимися и параллельными валами. Именно поэтому планетарный редуктор получил широкое распространение.

Двухступенчатые планетарные мотор-редукторы применяются в случае, когда нужно передавать вращение с различной частотой. Некоторые варианты исполнения изготавливаются по схеме 3к, планетарные редукторы большой мощности зачастую имеют крупный размер, а при изготовлении основных частей применяется закаленная сталь, характеризующаяся высокой устойчивостью к износу.

Применение

Сегодня электродвигатель с планетарным редуктором получили весьма широкое распространение, могут применяться в самых различных случаях. Область применения во многом зависит от конструктивных особенностей устройства и его характеристик. Выделяют следующие варианты исполнения:

  1. Цилиндрические. Это связано с тем, что конструктивные особенности позволяют обеспечить КПД около 95%. Назначение редуктора с планетарной передачей заключается в передаче достаточно большого усилия между параллельными и соосным валами. Передача вращения осуществляется за счет прямозубых, косозубых и шевронных колес. Коэффициент может варьировать в пределе от 1,5 до 600. Достоинством подобного варианта исполнения можно также назвать компактные размеры, а также высокую степень защиты от воздействия окружающей среды.
  2. Конические сегодня также встречаются довольно часто. Конструктивной особенностью можно назвать то, что шестерни имеют коническую форму. За счет подобной формы обеспечивается плавность сцепки, а также высокую степень устойчивости к нагрузкам. В алы в данном случае могут располагаться вертикально или горизонтально.
  3. Могут применяться и волновые устройства. Они характеризуются тем, что имеют гибкое промежуточное число. Основными конструктивными элементами можно назвать эксцентрики и кулачки, которые обеспечивают растяжение гибкого колеса. Подобный вариант исполнения характеризуется высоким передаточным числом, плавностью хода и повышенной степенью герметичности. Выделяют несколько различных разновидностей этого механизма, к примеру, могут применяться различные типы подшипников.

Несмотря на достаточно сложную конструкцию, она получила весьма широкое распространение. Примером можно назвать машиностроительную область, станкостроение и производство различных механизмов. Примером можно назвать автомобильную коробку передач, которая предназначена для передачи вращения и изменения предаваемого усилия или скорости.

Следует уделить довольно много внимания и подбору наиболее подходящего варианта исполнения. Если установленное устройство не будет обладать требуемыми свойствами, то есть вероятность выхода конструкции их строя при ее применении.

Наиболее важными параметрами выбора можно назвать следующие показатели:

  1. Тип передачи, которая применяется для передачи вращения.
  2. Максимально допустимая осевая и консольная нагрузка. На момент эксплуатации редуктора нагрузка, возникающая на момент работы распределяется самым различным образом.
  3. Имеет значение и размер редуктора. Слишком большой показатель определяет отсутствие возможности установки в тех или иных условиях. Однако, нужно уделить внимание тому моменту, что увеличение мощности достигается исключительно за счет увеличения размеров устройства. Поэтому приходится подбирать более оптимальный вариант исполнения.
  4. Диапазон температур, при которых механизм может применяться. Тип применяемого материала при изготовлении корпуса и основных элементов определяет то, в каких условиях устройство может эксплуатироваться. Слишком высокая температура становится причиной повышения пластичности и снижения твердости поверхности, за счет чего есть вероятность деформации и износа изделия. Для обеспечения охлаждения проводится добавление масла. Не все варианты исполнения могут применяться для длительной работы, некоторые могут эксплуатироваться только периодически.
  5. Популярность производителя также имеет значение. Некоторые заводы характеризуются тем, что производят качественные и долговечные механизмы.

Все наиболее важные параметры указываются в инструкции по эксплуатации, что существенно упрощает процесс выбора подходящего варианта исполнения.

Достоинства и недостатки

Широкая область применения прежде всего связана с основными преимуществами механизма. Многие свойства такие же, как у цилиндрического варианта исполнения, так как в обоих случаях применяются шестерни. Преимущества следующие:

  1. Компактность. Многие модели характеризуются небольшими размерами, за счет чего упрощается установка. Небольшие габаритные размеры также позволяют создавать механизмы с небольшой массой. За счет этого существенно повышается эффективность рассматриваемого устройства.
  2. Сниженный уровень шума. Это свойство достигается за счет установки конических колес с косым зубом. За счет применения большого количества зубьев также обеспечивается точность хода основных элементов. Даже при большой нагрузке и скорости вращения основных элементов сильного гула не возникает, что и стало причиной широкого распространения планетарных редукторов.
  3. Малая нагрузка, оказываемая на опоры. Обычные редуктора характеризуются тем, что нагрузка оказывается на вал, который со временем может сорвать. Также нагрузка оказывает влияние на подшипники, повышая степень их износа. Со временем все приведенные выше причины приводят к необходимости выполнения обслуживания.
  4. Снижается нагрузка на зубья. Это достигается за счет ее равномерного распределения и большого количества задействованных зубьев. Часто встречается проблема, связанная с истиранием рабочей части зубьев. За счет этого они начинают не плотно прилегать друг к другу, последствия подобного явления заключается в повышенном износе и появлении шума.
  5. Обеспечивается равномерное разбрасывание масла на момент работы. Как и при функционировании любого другого редуктора, в рассматриваемом случае большое значение имеет степень смазки рабочей поверхности.
  6. Длительный эксплуатационный срок. Особенности расположения сателлитов приводит к взаимному компенсированию оказываемой силы.
  7. Повышенной передаточное отношение. Этот показатель считается основным. Передаточное соотношение может варьировать в достаточно большом диапазоне.

В целом можно сказать, что есть довольно большое количество причин, по которым применяется именно подобный механизм для передачи вращения. КПД планетарного редуктора относительно невысокое, что можно назвать существенным недостатком подобного варианта исполнения. Кроме этого, коэффициент полезного действия существенно падает при непосредственном использовании устройства, так как со временем оно изнашивается.

Кроме этого следует уделить внимание тому, что планетарный редуктор является сложной конструкцией, при изготовлении и установке которой возникают трудности.

Незначительное отклонение в размерах становится причиной уменьшения основных свойств, а также появления серьезных неисправностей.

Обслуживание и ремонт

Сложность рассматриваемого механизма определяет то, что возникает необходимость в своевременном обслуживании и проведении ремонта. Для начала уделим внимание тому, каким образом проводится расчет планетарного редуктора. Среди особенностей этого процесса отметим следующие моменты:

  1. Определяется требуемое число передаточных ступеней. Для этого применяются специальные формулы.
  2. Определяется число зубьев и расчет сателлитов. Зубчатые колеса могут иметь самое различное число зубьев. В рассматриваемом случае их число довольно много, что является определяющим фактором.
  3. Уделяется внимание выбору наиболее подходящего материала, так как от его свойств зависят и основные эксплуатационные характеристики устройства.
  4. Определяется показатель межосевого расстояния.
  5. Делается проверочный расчет. Он позволяет исключить вероятность допущения ошибок на первоначальном этапе проектирования.
  6. Выбираются подшипники. Они предназначены для обеспечения плавного вращения основных элементов. При выборе подшипника уделяется внимание тому, на какую нагрузку они рассчитаны. Кроме этого, не рекомендуется использовать этот элемент без смазки, так как это приводит к существенному износу.
  7. Определяется оптимальная толщина колеса. Слишком большой показатель становится причиной увеличения веса конструкции, а также расходов.
  8. Проводится вычисление того, где именно должны быть расположены оси шестерен. Это проводится с учетом размеров зубчатых колес и некоторых других моментов. Как правило, в качестве основы применяется чертеж, который можно скачать из интернета. Самостоятельно разработать проект по изготовления планетарного редуктора достаточно сложно, так как нужно обладать навыками инженера для проведения соответствующих расчетов и проектирования.

Изготовить самостоятельно рассматриваемую конструкцию достаточно сложно, как и провести ремонт планетарных редукторов. Среди особенностей этой процедуры отметим следующее:

  1. Процедура достаточно сложна, так как механизм состоит из большого количества различных элементов. Примером можно назвать то, что сразу после разбора все иголки могут высыпаться практически моментально.
  2. Многие специалисты рекомендуют доверять рассматриваемую работу исключительно профессионалам, так как допущенные ошибки становятся причиной быстрого износа и выхода из строя механизма.
  3. Ремонт зачастую предусматривает замену шестерен, которые со временем изнашиваются. Примером можно истирание зубьев, изменение размеров посадочного гнезда и многие другие дефекты. Самостоятельно изготовить подобные изделия практически невозможно, так как для этого требуется специальное оборудование.

Чаще всего обслуживание предусматривает добавление масла. Смазка планетарного редуктора позволяет существенно продлить срок службы конструкции, так как соприкосновение и трение металла становится причиной его истирания. Рекомендуется смазывать механизм периодически, так как масло выступает еще в качестве охлаждения. В продаже встречаются специальные смазывающие вещества, которые характеризуются определенными эксплуатационными качествами.

Сегодня ремонтом редукторов занимаются компании, которые специализируются на предоставлении соответствующих услуг. Признаком того, что механизм начинает выходить из строя становится появление сильного шума, вибрации, рывков, нагрев и многое другое. Со временем процесс износа существенно ускоряется, так как металл, находящийся в масле попадает в зацепление шестерен. В большинстве случаев ремонт предусматривает замену всех элементов на новые.

В заключение отметим, что планетарный редуктор характеризуется весьма привлекательными свойствами. Примером можно назвать отсутствие большого количества крепежных элементов, а также равномерное распространение нагрузки. Как ранее было отмечено, редуктор применяется при создании различных узлов транспортных средств.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

mytooling.ru

Кинематическая схема планетарного редуктора — Морской флот

Механизмы, включающие неподвижные колёса, называются планетарными (рис. 4.12). Они состоят из центральных колёс 1 и 3, оси которых совпадают, водила Н и сателлита 2 (их может быть несколько). Сателлит вращается относительно своей оси и одновременно обкатывается вокруг колеса 1. Зубья колеса 1 нажимают на зубья колеса 2 и поворачивают его относительно неподвижного (опорного) колеса 3. При этом сателлит нажимает на свою ось и заставляет водило Н вращаться.

План линейных скоростей

Рис. 4.12. Планетарный механизм

Кинематический анализ планетарных механизмов

Кинематический анализ планетарных механизмов выполняется по методу Виллиса, основанному на остановке водила. Для этого всей планетарной передаче (рис. 4.12) мысленно сообщается вращение с угловой скоростью водила, но направленной в обратную сторону, т.е. – ωН. Таким образом, получается обращенное движение, при котором водило мысленно останавливается, а другие колёса освобождаются. Преобразованный механизм представляет собой рядовой зубчатый механизм, скорость звеньев в котором составляет ωН = 0; ω1 (н) =ω1 (3) – ωН (3) ; колесо 3 было неподвижно, а в преобразованном механизме его угловая скорость равна ωН (3) .

Верхний индекс показывает неподвижное звено. Мысленная остановка водила равноценна вычитанию его угловой скорости из угловых скоростей подвижных колёс. Передаточное отношение в преобразованном механизме в итоге представляется как

. Но поскольку ω3 (3) = 0, то получается

, откуда передаточное отношение планетарного механизма будет . При этом .

В обращенном механизме сателлит 2 является «паразитным» колесом и лишь изменяет направление вращения ведомого колеса. Окончательно будем иметь:

В общем виде формула Виллиса представляется как

где n и l – центральные колёса. При этом

При графическом методе определения передаточных отношений в планетарном механизме строятся планы линейных и угловых скоростей (рис. 4.12). Тогда

.

Из плана угловых скоростей:

где μω – масштабный коэффициент плана угловых скоростей.

Передаточное отношение i1-н (3) оказывается положительным, так как отрезки ирасполагаются по одну и ту же сторону от вертикалиOF.

Наиболее распространённые схемы планетарных механизмов

Основные схемы планетарных механизмов представлены на рис. 4.13. В этих схемах неподвижным колесом может быть колесо 3 либо колесо 1.

Рис. 4.13. Основные схемы планетарных механизмов

Схема 1. Планетарная передача (Джемса) работает как силовой редуктор, т.е. уменьшает угловую скорость входного звена, если водило является выходным. Передаточное отношение .

Наименьшие габариты механизм имеет при i1-H (3) = 4. Максимальное передаточное отношение можно получить в случае, когда неподвижным звеном является большое центральное колесо.

Эта передача работает как мультипликатор, т.е. увеличивает угловую скорость, когда входным звеном является водило. Направление угловой скорости входного звена в механизме не изменяется.

Схема 2. Редуктор со сдвоенными сателлитами по габаритам мало отличается от редуктора Джемса при i1-H (3) = 7. Передаточное отношение передачи .

Направление вращения выходного звена совпадает с направлением угловой скорости входного колеса.

Схема 3. Редуктор Давида применяется в несиловых передачах, в основном в приборостроении. Передаточное отношение равно

.

Схема 4. Редуктор Давида понижает скорость только при передаче от водила Н к колесу 1. Он имеет меньшие габариты по сравнению со схемой 3, но изготовление колёс с внутренним зацеплением более затруднительно. Передаточное отношение равно

.

В редукторах Давида (схемы 3 и 4) знак передаточного отношения всегда отрицательный, т.е. входное и выходное звенья вращаются в разные стороны.

Описание схемы зубчатого механизма с планетарной ступенью и данные для расчета

Механизм состоит из простой зубчатой передачи колеса 1 и 2, и планетарной ступени, включающие центральное положение зубчатого колеса 2 I , блок сателлитов 3 и 3 I совершающие сложное движение, водило Н, вращается вокруг неподвижной оси, на котором свободно вращаются сателлиты, и зубчатое неподвижное колесо 4, называемое солнечным.

Таблица 10. Исходные данные

Частота вращения карданного вала

Передаточное отношение между кривошипом и карданным валом

Лабораторная работа 22

Цель работы: изучить кинематическую схему и конструкцию планетарного редуктора, определить его кинематические параметры и КПД при различных режимах работы.

Краткие теоретические сведения

Механизмы зубчатых передач с подвижными осями. В трехзвенном зубчатом механизме (рис. 4.2.1) зубчатое колесо 1 неподвижно, зубчатое колесо 2 имеет подвижную ось 2. Звено Н входит во вращательные пары со стойкой 2 с зубчатым колесом 2. При вращении звена Н с угловой скоростью сон колесо 2 обегает неподвижное колесо 7, вращаясь с угловой скоростью 002 вокруг мгновенного центра вращения Р. Колесо 1

называется центральным колесом, колесо 2 — сателлитом, звено Н — води- лом. Связь между угловыми скоростями со2 и со# устанавливается следующим образом: для скорости vi точки 2, являющейся общей для колеса 2 и водила /7, имеем

Следовательно, передаточное отношение

Из этих равенств видно, что i2H есть передаточное отношение при неподвижном колесе 7, a i2 — передаточное отношение трехзвенного зубчатого механизма с колесами, имеющими неподвижные оси, т. е. при неподвижном водиле Н. В дальнейшем, чтобы знать, у какого неподвижного звена определять то или иное передаточное отношение, будем в скобках ставить индекс того звена, которое неподвижно:

Простейший планетарный редуктор, состоящий из четырех звеньев, можно получить из планетарного механизма, если в него ввести еще одно зубчатое колесо 3 с осью 03, входящее в зацепление с сателлитом 2 (рис. 4.2.2).

Рис. 4.2.1. Планетарный трехзвенный зубчатый механизм

Рис. 4.2.2. Схема планетарного редуктора Джемса

Передаточное отношение /3^ от вала 03 к валу Он определяют по формуле

Если ввести в это уравнение радиусы начальных окружностей гьг2, г3 или числа зубьев zb z2, z3, то формула примет вид

Передаточное отношение от водила Н к колесу 3 редуктора находят по выражению или

Рассмотренный нами планетарный редуктор называется редуктором Джемса (рис. 4.2.2). Планетарный редуктор такого типа можно составить также из круглых конических колес (рис. 4.2.3).

Передаточное отношение редуктора с коническими колесами (рис. 4.2.3) определяют по формулам (4.2.5)-(4.2.8). Планетарный редуктор, выполненный по схеме, показанной на рис. 4.2.4, называют редуктором Давида. Передаточное отношение от вала 03 к валу Он находят по формуле

Рис. 4.2.3. Планетарный редуктор Джемса с коническими колесами

Рис. 4.2.4. Планетарный редуктор Давида

Из этого равенства следует, что если подобрать числа зубьев zb z2, z2, z3 колес 7, 2, 2‘, 3 так, чтобы второй член в уравнении был близок к единице, то передаточное отношение может быть весьма мало. Возможна модификация редуктора Давида (рис. 4.2.5) с сателлитом, входящим в два внутренних зацепления. Обычно в этой модификации ведущим является водило Я, и передаточное отношение /яз от вала Он к валу 2 определяют по формулам

Рис. 4.2.5. Модификация планетарного редуктора Давида

Сателлитные механизмы с двумя или более степенями подвижности называют дифференциальными механизмами (или просто дифференциалами). Примером такого дифференциала может служить механизм, у которого соосны колеса 7, 2 и водило Я (рис. 4.2.6).

Колеса 7, 2 и водило Я вращаются с угловыми скоростями соь со2 и соя. Число подвижных звеньев в механизме п = 4, число вращательных пар V класса р5 = 4. Это три пары , 2 и Он, в которые входят звенья 7, 2 и Я со стойкой, и пара 03, куда входят водило Я и звено 3. Число пар IV класса р4 = 2. Это входящие в зацепление колеса 7, 3 и 3, 2. Следовательно, по структурной формуле число степеней подвижности механизма

Таким образом, для определенности движения механизма необходимы законы движения двух звеньев. Выбор последних может быть произвольным. Например, можно задаться законом движения звеньев 2 и Я, т. е. законами изменения углов поворота ср2 и сря звеньев 2 и Н. Тогда угол поворота звена 1

По правилу дифференцирования сложных функций с несколькими переменными получаем

Рис. 4.2.6. Простейший дифференциальный механизм

Из вышеописанного получим

Уравнение (4.2.15) связывает угловые скорости звеньев 7, 2 и Я. Угловая скорость соз колеса 3 не входит в это уравнение, так как колесо 3 является паразитным (паразитным называется зубчатое колесо, которое не влияет на величину передаточного отношения механизма). Частные производные от угла (pi по углам (р2 и ср# (см. формулу (4.2.15)) являются соответствующими передаточными отношениями при неподвижных звеньях 2 и Н:

Теперь уравнение (4.2.15), связывающее угловые скорости звеньев 7, 2 и Я можно переписать в виде

Передаточное отношение представляют в виде

После преобразования coj = соя + /|^(со2 -соя) или

где щ,П2Ипн соответственно частота вращения звеньев 1,2 иН.

Эта формула является формулой Виллиса для дифференциалов.

Коэффициент полезного действия. В планетарных передачах КПД зависит от величины потерь во всех зацеплениях, а также от величины и знака передаточного отношения. Значение коэффициента потерь в каждом из зацеплений планетарного редуктора рассчитывают по формуле

где zi и z2 — числа зубьев первого и второго зубчатых колес; /- коэффициент трения в зубчатом зацеплении.

При консистентной смазке для открытых зубчатых передач /= ОД. 0,16. В формуле (4.2.17) знак (+) означает внешнее зацепление, (-) — внутреннее.

Полный коэффициент потерь во всех зацеплениях передачи

КПД исследуемой планетарной передачи рассчитывают по формуле

Приборы и принадлежности: прибор типа ДП5А для изучения работы планетарного редуктора, секундомер.

Устройство и работа установки. Прибор ДП5А изображен на рис. 4.2.7. Все узлы смонтированы на литом основании 16, внутри которого расположены блоки управления прибором.

Узел электродвигателя смонтирован на литом кронштейне 17. Статор электродвигателя 3 установлен в двух шарикоподшипниковых опорах 2 и 6 (балансирный электродвигатель). Ротор электродвигателя упругой муфтой 7 соединяют с входным валом редуктора.

К левой стороне кронштейна 17 закреплен цилиндрический корпус 1, в котором установлен тахометр, измеряющий частоту вращения ротора электродвигателя.

Рис. 4.2.8. Кинематическая схема планетарного редуктора

Рис. 4.2.7. Установка ДП5А

В передней части кронштейна смонтировано измерительное устройство, состоящее из тензооболочки 5, индикатора 4 и державки индикатора. Этим устройством воспринимается и измеряется реактивный момент электродвигателя.

Испытуемый планетарный редуктор 9 представлен шестью зубчатыми колесами (рис. 4.2.8). Ведущее зубчатое колесо (zx = 17) вращается вокруг своей оси, а центральное колесо 3 (z3 = 87) жестко связано

с корпусом редуктора. Водило Н с двумя парами сателлитов (z2 = 87) h(z2‘= 17), находящимися в зацеплении с центральными колесами, выполнено совместно с валиком, который муфтой 10 соединен с нагрузочным устройством.

На верхней части корпуса находится легкосъемная крышка 6 из органического стекла.

Масляная ванна в редукторе отсутствует, зацепления смазывают консистентной смазкой.

Нагрузочное устройство, имитирующее рабочую нагрузку редуктора, представляет магнитный тормоз.

При подаче тока в обмотку электромагнита магнитная смесь, заполняющая внутреннюю полость тормоза, оказывает сопротивление вращению ротора, т. е. создает тормозной момент на выходном валу редуктора, одновременно поворачивая статор в опорах 77 и 75, который деформирует плоскую пружину 14 измерительного устройства, связанную с индикатором 13. Панель управления 18 установлена на лицевой стороне основания 16. Здесь расположены тумблеры включения питания электродвигателя 19 и тормозного устройства 27, предохранители, сигнальная лампа и потенциометры регулирования частоты ротора электродвигателя 20 и величины тормозного момента 22.

  • 1. Нельзя включать установку в электросеть без разрешения преподавателя.
  • 2. Запрещается включать установку со снятой крышкой 77 редуктора.
  • 3. Во время работы запрещается притрагиваться к вращающимся частям установки.
  • 4. Перед включением тумблеров «Двигатель» и «Тормоз» потенциометры 27, 22 повернуть против часовой стрелки до упора.
  • 5. При включении прибора в сеть следить за соблюдением полярности.
  • 6. Тумблер «Тормоз» включать только на время соответствующих замеров.

Порядок выполнения работы

  • 1. Снять крышку 8, изучить внутреннее устройство редуктора и вычертить на ватмане или миллиметровой бумаге его эскиз.
  • 2. Подключить прибор к сети с помощью вилки. Включить тумблер «Двигатель». Потенциометром 20 установить частоту вращения электродвигателя п = 1 000 об/мин.
  • 3. По нанесенной на выходном валу редуктора риске в течение 2 мин подсчитать число оборотов (п2). Время фиксировать по секундомеру. Опыт повторить трижды.
  • 4. Подсчитать передаточное число редуктора по частоте вращения валов и результаты занести в табл. 4.2.1.

5. По формуле (4.2.11) вычислить теоретическую величину передаточного отношения редуктора и результаты занести в табл. 4.2.1.

morflot.su

Строим планетарную КПП, часть 1: планетарные ряды

В предыдущих статьях о трансмиссиях я касался только двухвальных, трёхвальных и безвальных коробок передач, а планетарные обходил стороной. На сей раз я решил подробно описать работу планетарных коробкок передач фирмы Pulsgetriebe для Тигра и прототипа Леопарда. Однако я не мог уместить в один пост и объяснение принципов работы планетарных редуторов, и рассмотрение простой планетарной коробки передач, и, наконец, описание реальных КПП Pulsgetriebe. Поэтому я написал три поста: в первых двух объясняется, как работают планетарные редукторы и коробки передач, а в третьем дано описание коробок передач PP33 и PP45.

Если вы понимаете, как работают планетарные КПП, сразу переходите к третьему посту. Если нет, то прочтите этот пост и его вторую часть. В них я исхожу из того, что читатель знает, как работают двухвальные или трёхвальные коробки передач, но ничего не понимает в планетарных передачах.

ПРДПВ:


Устройство планетарной передачи
Для того, чтобы изучить, как работает простая коробка передач, нужно сперва понять, как работает простейший редуктор из пары шестерён, а затем из таких пар собрать коробку передач. Мы поступим аналогично: сперва разберёмся с планетарными редукторами, а затем посмотрим, как их можно применить. Скажу сразу: люди придумали очень много планетарных механизмов и очень много схем планетарных коробок передач, всё их многообразие мы, конечно, охватить не сможем.

Один из самых распространённых планетарных механизмов выглядит следующим образом:

Он состоит из трёх частей:


  • Солнечная шестерня, выделена жёлтым

  • Эпициклическая шестерня (или просто эпицикл) с внутренними зубьями, выделена красным

  • Шестерни-Сателлиты, связывающие солнечную шестерню с эпициклом, выделены синим

  • Зелёным цветом закрашено водило, которое связывает все сателлиты

Если эпицикл зафиксировать неподвижно и начать вращать солнечную шестерню, то сателлиты начнут её «обегать» подобно тому, как планеты вращаются вокруг солнца, поэтому подобны передачи и получили название планетарных.

У данной передачи есть три части: солнечная шестерня, эпицикл и водило. Если мы заблокируем одну из частей и начнём вращать другую, то начнёт вращаться третья. Её скорость вращения будет зависеть от чисел зубьев шестерён. Например, заблокируем серый эпицикл и начнём вращать красное водило, при этом будет вращаться и зелёный ведомый вал от солнечной шестерни:


Рассмотрим все три случая. Для того, чтобы анимация не мешала читать, я не буду вставлять сами картинки, но дам ссылки на них:

В третьем случае мы меняем направление вращения, что нам позже пригодится для реализации заднего хода.

Планетарные редукторы
Для того, чтобы использовать планетарную передачу как редуктор, нужно связать один элемент с ведущим валом, второй с ведомым, а третий заблокировать.

Вот схема редуктора с заблокированным эпициклом:

С заблокированной солнечной шестернёй:

С заблокированным водилом:

Планетарные редукторы имеют целый ряд достоинств перед обычными. Во-первых, мощность передаётся через несколько шестерён, как следствие, при прочих равных меньше нагрузка на зубья, выше надёжность и срок службы. Во-вторых, ведущий и ведомый валы соосны, часто это очень удобно с точки зрения компоновки. В-третьих, планетарная передача более компактна, чем простой редуктор с тем же передаточным числом:

Планетарный однопоточный механизм поворота
Планетарную передачу можно использовать не только как редуктор, но и в механизме поворота. На среднем танке Шерман, например, механизм поворота двойной дифференциал, а это тоже планетарный механизм. Но мы рассмотрим механизм поворота не дифференциального, а независимого типа.

На схемах выше мы жёстко блокировали один из элементов планетарного механизма, поэтому он всегда работал как редуктор, передавая мощность. Давайте уберём эту блокировку и добавим ленточный тормоз:

Представим, что двигатель связан с эпициклом, а водило с ведущими колёсами танка. Когда тормоз Т выключен происходит следующее. Двигатель вращает эпицикл, сателлиты и солнечную шестерню. Водило связано с ведущими колёсами, для того, чтобы оно вращалось нужно сдвинуть танк с места. Разумеется, намного проще вращать солнечную шестерню вхолостую, поэтому именно водило будет неподвижным. Для того, чтобы танк начал движение, нужно затянуть тормоз Т. Солнечная шестерня будет заблокирована и мощность пойдёт через водило к ведущим колёсам.

Осталось добавить остановочные тормоза и мы получим механизм поворота:

Тормоза Т2 и Т4 — остановочные, они тормозят ведущие колёса танка. Тормоза Т1 и Т3 называются опорными, они нужны для того, чтобы блокировать солнечные шестерни.

Для того, чтобы начать движение по прямой нам нужно выключить остановочные тормоза и затянуть опорные. Для поворота влево выключаем опорный тормоз Т1, а потом затягиваем остановочный тормоз Т2. Он тормозит левую гусеницу, мощность двигателя к ней не идёт. Для поворота вправо, соответственно, нужно выключить тормоз Т3 и занянуть Т4.

Планетарный механизм с внешним зацеплением
Выше мы рассмотрели планетарные механизмы с внутренним зацеплением, поскольку у их эпициклов внутренние зубья. Существуют аналогичные механизмы внешнего зацепления. В них используются эпициклы с внешними зубьями.

Всё познаётся в сравнении. Слева уже знакомый нам планетарный редуктор с заблокированным водилом и эпициклом внутреннего зацепления, а справа его аналог, тоже с заблокированным водилом, но с внешним зацеплением:

Давайте разберёмся, из каких частей он состоит и как работает.

Чёрным цветом выделена солнечная шестерня, синим — эпицикл, красным — сдвоенный сателлит, а серым помечено водило.

Если заблокировать водило и начать вращать солнечную шестерню, то она станет вращать сателлит и через него эпицикл. Если заблокировать эпицикл и вращать солнечную шестерню, то будет вращаться водило. Одним словом, принцип работы точно такой же, просто другое исполнение.

На этом пока остановимся. В следующем посте на основе этих механизмов мы сделаем простейшие двухскоростные коробки передач и реверс, а затем соберём из них планетарную коробку передач и проанализируем её работу.

Читать дальше

kedoki.livejournal.com

Планетарный редуктор и планетарная передача

Рассмотрен принцип действия планетарной передачи, указаны преимущества и недостатки применения планетарных редукторов. Приведена схема планетарной передачи и расчет передаточного отношения редуктора.

Планетарный редуктор и планетарная передача

Зубчатая передача

Зубчатая передача

Устройство планетарного механизма основано на вращении тел зубчатой передачи, которые непосредственно взаимодействуют с главным двигателем. Именно такое соединение и служит для передачи силы от редуктора до других механизмов с изменением скорости их вращения. Таким образом происходит передача крутящего момента от двигателя на колеса через основную ось, главную шестерню и сателлиты.

Вообще устройство зубчатой передачи достаточно простое и понятное. Вот, что входит в конструкцию обычной передачи.

Для соединения с главной передачей имеются две зубчатые шестерни, таким образом происходит зацепление. При движении происходит передача скорости вращения с главной шестерни на ведомую за счет зацепов. Наименьшее колесо в конструкции называется шестерней, а наибольшее будет главным и ведомым колесом.

Планетарный механизм

Схема планетарной передачи

Редукторы с зубчатой передачей, колеса которых имеют движущиеся оси, называются планетарными. Внутри расположены зубчатые колеса, перемещающиеся на своих, геометрических осях. Такие шестерни получили название сателлиты, потому что вся конструкция очень похожа на солнечную систему. Главные шестерни называются центральными колесами. Сателлиты крепятся на своих осях и вращаются вокруг главной передачи при помощи водила, которое движется так же, как и центральное колесо, вокруг главной оси. Центральное колесо остается неподвижным, а другие шестерни можно заблокировать или разблокировать полностью.

Если центральное колесо неподвижно, то второе постоянно движется. Ведущим здесь является вал подвижного колеса, а ведомым-водила. Если разблокировать все зубчатые колеса вместе с ведомым, то такая передача будет дифференциальной. Выделяют два основных и ведущих звена и одно ведомое.

При подробном рассмотрении простейшей планетарной передачи мы видим: ведущее колесо или водило, ведомое с тремя сателлитами, вращающимися вокруг центральной оси и центральное, неподвижное колесо.

Передаточное отношение

Чтобы рассчитать передаточное отношение редуктора, необходимо заметить определенное количество неподвижных звеньев(1,2,3 и Н) и условно задать им поступательное вращение со скоростью wH, равное скорости вращения водила, но с обратным знаком. Скорость зацепления зубчатых колес не изменяется. Таким образом скорость + wH +(- wH)=0, то есть водило будет остановлено. Если водило неподвижно, тогда планетарная передача превращается в зубчатую, где все колеса неподвижны. Сателлиты не учитываются. Их вращение будет положительным при одинаковом вращении шестерен, а отрицательным при противоположном вращении:i=(? 1 -? H)/(? 3 -? H)=-(z 3 /z 1), где z 1 и z. Если колесо 3 закреплено неподвижно, то угловая скорость водила Н = 1 /[1+(z 3 /z 1)], а передаточное отношение i =1+z 3 /z 1.

Как обычно, для работы редуктора с одноступенчатой передачей при больших нагрузках становится мало, поэтому стали изготавливать двух и трех ступенчатые редукторы, а иногда и четырех ступенчатые. Чаще всего применяется двухступенчатая передача.

Двухступенчатая планетарная передача.

Схема двухступенчатой планетарной передачи

Для других редукторов передаточное отношение высчитывается таким же способом. Для двухступенчатого редуктора, где центральное колесо 1—ведущее, водило Н2 — ведомое, центральные колеса 3 и 4 закреплены в корпусе, передаточное отношение i=1+z 2 z 3 /z 1 z 4.

При всех достоинствах планетарного редуктора, нужно знать, что при сильном вращении шестерни, КПД всего механизма сильно ухудшается.

Нагрузка от центрального колёса водила восприниматься всеми шестеренками (1-6) одинаково, при этом их размеры значительно меньше, чем у обычной передачи. Следовательно, главными преимуществами планетарной передачи являются большая скорость вращения, небольшой вес и компактность. Дифференциальные передачи используются в автомобиле для разложения движения, а так же в различных станках. К минусам такой передачи относится ее трудоемкое изготовление и сложная сборка на предприятии. Такие редукторы благодаря своим преимуществам находят свое применение во многих отраслях производства: в машиностроении, приборах, станкостроении, в транспорте.

 

Использован материал из книги «Детали машин» Гузенков П.Г.

Планетарный мотор-редуктор

Так же по теме предлагаем статью «Планетарный редуктор» с примером расчета передаточного отношения и анимированными схемами ступеней планетарного редуктора.

gearmotor.ru

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *