Общие сведения о планетарных передачах

Планетарные передачи и редукторы

Планетарными передачами называются механические передачи вращения, некоторые колеса которых не только вращаются относительно собственной оси, но и параллельно перемещаются в пространстве. Под перемещением понимается вращение относительно центрального колеса, которое называется центральным, или солнечным. Колеса с подвижными осями называются сателлитами и вращаются относительно центральной оси подобно спутникам, которые перемещаются относительно Солнца. Такая аналогия дала название этой группе механизмов — планетарные. Сателлиты при вращении удерживаются в требуемом положении в подвижном корпусе, который называют водилом. Таким образом, планетарным называют механизм, состоящий из зубчатых колес, в котором геометрическая ось хотя бы одного из колес подвижна.

Планетарный редуктор (рис. 2.26) имеет тип передачи, который относится к зубчатым передачам с непосредственным контактом тел вращения. Это передачи вращательного движения и служат для передачи энергии от двигателей к рабочим машинам, с преобразованием скоростей, сил и крутящих моментов.

Рис. 2.26. Планетарный редуктор в разрезе

Основные элементы планетарной передачи (рис. 2.27) 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.

Рис.2.27. Планетарная передача:

1 – солнечная шестерня: 2 – планетарная шестерня (стеллит); 3 – кольцевая шестерня (эпицикл); 4 – солнечная шестерня

Одно из центральных колес планетарной передачи установлено неподвижно. Ведущим (или ведомым) валом передачи служит вал подвижного центрального колеса, а ведомым (или ведущим) — вал водила.

Простая планетарная передача (рис.2.28) включает центральные колеса с внешними и внутренними зубьями (). По центральным колесам обкатываются сателлиты () с внешними зубьями, оси которых расположены в водиле (). На схеме водило соединено с тихоходным валом, z – числа зубьев колес, - число сателлитов (в нашем случае их 3).

Рис. 2.28 Планетарные передачи:

а) конструктивная схема; б) – кинематическая схема передачи

Принцип работы планетарных передач.

При закрепленном колесе вращение колеса вызывает вращение сателлита относительно собственной оси со скоростью . Качение сателлита по перемещает его ось и вращает водило со скоростью . Вращение сателлита напоминает движение планет, поэтому передача называется планетарной.

Основными звеньями планетарной передачи называют такие, которые воспринимают внешние моменты. На рис. 2.29а, ведущими являются два центральных колеса и водило (сокращенно обозначают 2К-h).

Любое основное звено планетарной передачи может быть остановлено.

Если в планетарной передаче сделать подвижными все звенья, то есть оба колеса и водило, то такую передачу называют дифференциалом (рис. 2.29). С помощью дифференциала одно движение можно разложить на два или два сложить в одно. Например, движение от колеса a можно передавать одновременно колесу и водилу или от колес и водилу и т. д.

Рисунок 2.29. Принципиальная схема дифференциальной передачи:

а), б) – дифференциальные передачи

(суммирующая и раскладывающая скорости вращения)

Здесь показано суммирование движений звена (двигатель Д₁) и звена (двигатель Д₂) на водиле .

На схеме (рис. 2.29 б) показан дифференциал заднего колеса автомобиля. Водило получает вращение от конической передачи и . Вращение водила раскладывается между колесами и , обратно пропорционально моментам сопротивления, например, при повороте машины. Это облегчает управление автомобилем и уменьшает износ покрышек. При одинаковых моментах сопротивления на колесах все зубчатые колеса дифференциала вместе с водилом вращаются как одно целое.

В планетарных передачах применяются не только цилиндрические, но и конические колеса. Зубья в планетарных передачах могут быть прямые и косые.

Планетарные редукторы имеют гораздо больше положительных свойств, а значит значительно выгоднее, чем редукторы цилиндрические.

К достоинствам планетарных передач относят:

- Малые габариты и масса (передача вписывается в размеры внешнего колеса). Это объясняется тем, что мощность передается по нескольким потокам, численно равным числу сателлитов, поэтому нагрузка на зубья в каждом зацеплении уменьшается в несколько раз. В то же время планетарные редукторы могут иметь значительные передаточные отношения в одной ступени по сравнению с другими типами редукторов, что позволяет не прибегать к сложным многоступенчатым передачам. Передачи с внутренним зацеплением, обладают повышенной несущей способностью; они обладают малой удельной материалоемкостью при достаточно большой нагрузочной способности. Также отличительными чертами таких редукторов являются высокая степень надежности работы.

- Удобство компоновки машин благодаря соосности ведущих и ведомых валов.

- Меньший шум, чем в обычных зубчатых передачах, что связано с меньшими размерами колес и замыканием сил в механизме. При симметричном расположении сателлитов силы в передаче взаимно уравновешиваются.

- Малые нагрузки на опоры, что упрощает конструкцию опор и снижает потери в них.

- Планетарный принцип передачи движения позволяет получить большие передаточные числа при небольшом числе зубчатых колес и малых габаритах.

К недостаткам передач можно отнести:

- повышенную точность изготовления;

- большое число подшипников качения;

- снижение к.п.д. передачи с ростом передаточного числа.

Наиболее распространенные схемы передач имеют либо высокие КПД, либо большие передаточные отношения.

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.

Передаточное отношение обозначают буквой с индексами, например . Нижние индексы обозначают направление передачи движения, верхний индекс определяет звено, обычно неподвижное, относительно которого рассматривается движение. Если направления вращения ведущего и ведомого звеньев одинаковы, то передаточное отношение считается положительным, если различны — отрицательным.

Как известно из теории механизмов, передаточное отношение планетарных механизмов удобнее всего определять, мысленно сообщив всей системе переносное движение с угловой скоростью, равной скорости водила, но обратной по знаку. Тогда получим механизм с остановленным водилом, то есть так называемый приведенный механизм, который является непланетарным. Для этого механизма записывают выражение передаточного отношения через угловые скорости звеньев относительно водила (уравнение Виллиса):

,

где - частота вращения основных звеньев, .

Передаточное отношение считается положительным, если в приведенном механизме входные и выходные звенья вращаются в одну сторону (внутреннее зацепление), и отрицательным – если в разные стороны (внешнее зацепление):

.

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, а для планетарных шестерён примем это число как P, то передаточное отношение будет определяться формулой: S / P, то есть если у солнечной шестерни 24 зуба, а у планетарных по 16, то передаточное отношение будет - 24/16, или - 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 зубьев, то оно будет вращаться с соотношением 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 16/64, или 1/4. Таким образом, объединив оба примера, мы получим следующее:

- один оборот солнечной шестерни даёт - S / P оборотов планетарных шестерён;

- один оборот планетарной шестерни даёт P / A оборотов кольцевой.

В итоге, если водило заблокировано, общее передаточное отношение системы будет равно - S / A.

В случае, если закреплена кольцевая шестерня, а мощность подводится к водилу, передаточное отношение на солнечную шестерню будет больше единицы и составит: 1+ A / S.

Всё вышесказанное можно описать следующим выражением:

где n — это параметр передачи, равный , то есть отношению числа зубьев солнечной и планетарных шестерён.

Если закрепить кольцевую шестерню, а мощность подводить к солнечной шестерне, то мощность должна сниматься с водила. В этом случае передаточное отношение будет равно 1/(1+ A / S ). Это самое маленькое 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.

В отличие от обычных зубчатых передач расчет начинают с выбора чисел зубчатых колес. Так как колеса взаимосвязаны, то кроме обеспечения заданного передаточного отношения необходимо удовлетворить следующим условиям сборки: соосности, симметричного расположения сателлитов, соседства.

Условие соосности требует равенства межосевых расстояний различных пар зацепляющихся колес. Условие симметричного расположения сателлитов, чтобы число зубьев центральных колес было кратно числу сателлитов.

Условие соседства обязывает иметь такие размеры сателлитов, чтобы они не задевали друг друга.

Расчеты на прочность и на выносливость зубьев при изгибе проводят для обращенного механизма (при остановленном водиле) по формулам для расчета зубчатых передач.

Существует большое количество различных типов планетарных передач. Выбор типа передачи определяется ее назначением. Наиболее широко в машиностроении применяется однорядная планетарная передача. Это передача имеет минимальные габариты. Применяется в силовых и вспомогательных приводах. КПД. передачи равно 0,96...0,98 при передаточных числах 3,15...12,5.

Для получения больших передаточных чисел в силовых приводах применяют многоступенчатые планетарные передачи.

Дата добавления: 2015-05-29