Планетарная передача


Планетарная передача Википедия

Планетарная передача (водило остановлено) 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[ | 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[ | 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 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 из себя 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 (Ш) 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[ | 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 СВЭ; три ПМ с двухвенцовыми саттелитами (СВЭ, СВС, ЭВЭ) 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[ | 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[ | 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[ | 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+AS{\displaystyle 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(1+AS){\displaystyle {\frac {1}{(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:

Формула Виллиса[ | код]

i0=nP−nSnP−nA{\displaystyle i_{0}={n_{P}-n_{S} \over n_{P}-n_{A}}}, где i0{\displaystyle i_{0}} — передаточное число при заблокированном водиле i0=nSnA=−NANS{\displaystyle i_{0}={n_{S} \over n_{A}}=-{N_{A} \over N_{S}}}, nS{\displaystyle n_{S}} — скорость солнечной шестерни, nP{\displaystyle n_{P}}- скорость водила и nA{\displaystyle n_{A}} — скорость кольцевой шестерни. [2][3]

Управляющие элементы планетарной передачи[ | код]

Наличие у любых ПМ и их сборок двух и более степеней свободы может использоваться в некоторых типах ПП в качестве основного функционала (здесь имеются ввиду планетарные дифференциалы, разветвители потоков и суммирующие ПП). Однако для работы ПП в режиме редуктора с одним ведущим звеном и одним ведомым всем остальным свободным основным звеньям необходимо задать определённую угловую скорость (в том числе, возможно, нулевую). Лишь в таком случае лишние степени свободы будут сняты, все свободные основные звенья станут опорными, а вся подающаяся на единственное ведущее звено мощность будет снята с единственного ведомого в полном объёме (с поправкой на КПД ПП). Функцию задания необходимых угловых скоростей свободным звеньям выполняют так называемые управляющие элементы ПМ. Таковых элементов два: фрикционы и тормоза.

  • Фрикционы соединяют друг с другом два свободных звена ПМ, либо соединяют свободное звено с внешним подводом мощности. В обоих случаях при полной блокировке фрикционы обеспечивают паре соединённых элементов некую одинаковую ненулевую угловую скорость. Конструктивно обычно выполнены в виде многодисковых фрикционных муфт, хотя в отдельных случаях возможны и более простые муфты.
  • Тормоза соединяют свободные звенья ПМ с корпусом ПП. При полной блокировке тормоза обеспечивают заторможенному свободному звену нулевую угловую скорость. Конструктивно могут быть аналогичны фрикционам — в виде многодисковых фрикционнных муфт; но широко распространены и более простые конструкции — ленточные, колодочные, однодисковые.

Фрикционы и тормоза по принципу своего действия являются идеальными синхронизаторами угловых скоростей соединяемых элементов. Также они выполняют предохранительные функции и при резких ударных нагрузках могут пробуксовывать, переводя динамические нагрузки в работу сил трения. И также они могут выполнять функцию главной муфты сцепления (главного фрикциона), поэтому зачастую в механических трансмиссиях машин с ПКП главная муфта сцепления вообще не применяется. При том, что тормоза в отличие от фрикционов допускают больше вариантов фактического исполнения, конструкция и тех и других может быть совершенно одинаковой, или, по крайней мере, унифицированной, несмотря на существенное функциональное различие фрикционов и тормозов. Помимо фрикционов и тормозов в работе ПП могут быть задействованы автоматически срабатывающие механизмы свободного хода (другое их название — обгонные муфты или автологи). В русскоязычных кинематических схемах планетарных КП фрикционы, тормоза и муфты свободного хода обычно обозначаются буквами Ф, Т и М.

Применение[ | код]

Наиболее широкое применение принцип нашёл в планетарных редукторах, автомобильных дифференциалах, бортовых планетарных передачах ведущих мостов тяжёлых автомобилей, кроме того, используется в суммирующих звеньях кинематических схем металлорежущих станков, также в редукторах привода воздушных винтов турбовинтовых двигателей (ТВД) в авиации, также довольно распространены планетарные втулки для велосипедов.

В современных устройствах могут использоваться каскады из нескольких планетарных передач для получения большого диапазона передаточных чисел. На этом принципе работают многие автоматические коробки передач.

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. Широко применяется данная схема в авиации: в приводе постоянных оборотов электрогенератора планетарный механизм используется для сложения двух различных входных частот вращения с целью получения стабильной выходной. В авиационных электро- и гидроприводах для надёжности используются два мотора, работающие на общий выходной вал через планетарный редуктор, и при отказе одного мотора или цепи управления им работоспособность привода сохраняется, но с двойным уменьшением частоты вращения.

Планетарные передачи также используются в случаях, когда необходимо переменное передаточное отношение (может быть достигнуто торможением, например, водила).

Планетарный механизм поворота[ | код]

ПМП применяются на гусеничных тракторах и танках для изменения скорости и поворота. В этом случае в трансмиссии к левому и правому ведущим колёсам устанавливается свой планетарный редуктор, коронная шестерня которого приводится от двигателя, с водила передаётся момент на колесо, а солнечная шестерня связана с тормозом той или иной конструкции (как правило, ленточным). Также между коронной шестернёй и выходным валом установлен так называемый блокировочный фрикцион, а на выходном валу (от водила) — ещё один тормоз.

Если тормоз солнечной шестерни и фрикцион выключены, то момент на ведущее колесо трактора не передаётся — корона через сателлиты вращает расторможенную солнечную шестерню, практически не создавая момента на водиле. Для исключения движения трактора в этом случае может быть заторможен основной тормоз (на выходном валу). Если начать затормаживать солнечную шестерню, то сателлиты получат точку опоры и начнут создавать момент на водиле, вращая ведущее колесо трактора. При полностью заторможенной солнечной шестерне ПМП работает как обычный понижающий редуктор. Это первая передача ПМП. При включении блокировочного фрикциона он начнёт передавать момент от двигателя напрямую на водило, минуя редуктор, и при полном включении фрикциона редуктор ПМП будет полностью выведен из работы (заблокирован) — это вторая передача ПМП, работа в качестве прямой передачи.

Таким образом, включение тормоза водила даёт остановку трактора, включение тормоза солнечной шестерни — первую (понижающую) передачу, включение блокировочного фрикциона — вторую.

Преимущества и недостатки[ | код]

Конструкция передачи со многими сателлитами обеспечивает зацепление большего числа зубцов и потому меньшую нагрузку на каждый зубец. Это позволяет достичь меньших размеров и массы по сравнению с обычной передачей при той же передаваемой мощности.

Соосность ведущих и ведомых валов облегчает компоновку машин и каскадных механизмов.

Сбалансированность сил в передаче приводит к меньшему уровню шума.

Конструкция передачи позволяет достичь больших передаточных отношений при малом числе колёс.

К недостаткам планетарных передач относят повышенные требования к точности изготовления и сборки, а также малый КПД при больших передаточных отношениях.

См. также[ | код]

Литература[ | код]

  • Антонов А. С., Артамонов Б. А., Коробков Б. М., Магидович Е. И. Планетарные передачи // Танк. — М.: Воениздат, 1954. — С. 422—429. — 607 с.

Примечания[ | код]

  1. ↑ Pattantyús Gépész- és Villamosmérnökök Kézikönyve 3. tom. Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1961. p.632.
  2. ↑ Bernd Künne. Köhler/Rögnitz Maschinenteile 2. — Vieweg+Teubner Verlag, 2008. — С. 508. — ISBN 3835100920.
  3. ↑ Berthold Schlecht. Maschinenelemente 2: Getriebe, Verzahnungen und Lagerungen. — Pearson Studium, 2010. — С. 787. — ISBN 3827371465.

ru-wiki.ru

Планетарные зубчатые передачи.

Планетарные зубчатые передачи



Общие сведения о планетарных передачах

Планетарными называют передачи, имеющие зубчатые колеса с подвижными осями. Отличительной особенностью механизмов, включающих планетарную передачу (или передачи), является наличие двух или более степеней свободы. При этом угловая скорость любого звена передачи определяется угловыми скоростями остальных звеньев.

Наибольшее распространение получила простая одинарная планетарная передача (рис. 1), которая состоит из центрального колеса 1 с наружными зубьями, неподвижного центрального колеса 3 с внутренними зубьями; сателлитов 2 – колес с наружными зубьями, зацепляющихся одновременно с колесами 1 и 3 (на рис. 1 число сателлитов с = 3), и водила Н, на котором закреплены оси сателлитов. Водило соединено с тихоходным валом. В планетарной передаче одно колесо неподвижно (соединено с корпусом). Обычно внешнее центральное колесо с внутренними зубьями называют коронным (коронная шестерня или эпицикл), а внутреннее колесо с внешними зубьями – солнечным колесом (солнечная шестерня или солнце).

При неподвижном колесе 3 вращение колеса 1 вызывает вращение сателлитов 2 относительно собственных осей, а обкатывание сателлитов по колесу 3 перемещает их оси и вращает водило Н. Сателлиты таким образом совершают вращение относительно водила и вместе с водилом вокруг центральной оси, с. е. совершают движение, подобное движению планет. Поэтому такие передачи и называют планетарными.

При неподвижном колесе 3 движение передают чаще всего от колеса 1 к водилу Н, можно передавать движение от водила Н к колесу 1.

В планетарных передачах применяют не только цилиндрические, но и конические колеса с прямым или косым зубом.

Если в планетарной передаче сделать подвижными все звенья, т. е. оба колеса и водило, то такую передачу называют дифференциальной. С помощью дифференциального механизма можно суммировать движение двух звеньев на одном или раскладывать движение одного звена на два других. Например, в дифференциале заднего моста автомобиля движение от водила Н передают одновременно колесам 1 и 3, что позволяет при повороте одному колесу вращаться быстрее другого.

***

Разновидности планетарных передач

Существует много различных типов и конструкций планетарных передач. Наиболее широко в машиностроении применяют однорядную планетарную передачу, схема которой показана на рисунке 1. Эта передача конструктивно проста, имеет малые габариты. Находит применение в силовых и вспомогательных приводах. КПД планетарной передачи η = 0,96…0,98 при передаточных числах u = 3…8.

Планетарные механизмы, в составе которых присутствуют одна или несколько планетарных передач подразделяются на однорядные, двухрядные и многорядные. Каждый набор из центральных зубчатых колёс и сателлитов, вращающихся в одной плоскости, образует так называемый планетарный ряд. Простой планетарный механизм с набором одновенцовых сателлитов является однорядным. Простые планетарные механизмы с двухвенцовыми сателлитами являются двухрядными. Сложные планетарные механизмы могут быть двух, трёх, четырёх и даже пятирядными.

Для получения больших передаточных чисел в силовых приводах применяют многоступенчатые планетарные передачи. На рис. 2,а планетарная передача составлена из двух последовательно соединенных однорядных планетарных передач. В этом случае суммарное передаточное число u = u1×u2 ≤ 64, а КПД равен η = η1×η2 = 0,92…0,96.

На рисунке 2, б показана схема планетарной передачи с двухрядным (двухвенцовым) сателлитом, для которой при передаче движения от колеса 1 к водилу Н при n4 = 0 передаточное число определяется из зависимостей:

u = n1/nН = 1 + z2z4/(z1z3).

В этой передаче u = 3…19 при КПД η = 0,95…0,97.

Как упоминалось выше, планетарные передачи, у которых все звенья подвижны, называют дифференциальными или просто дифференциалами.

Неизбежные погрешности изготовления приводят к неравномерному распределению нагрузки между сателлитами. Для выравнивания нагрузки в передачах с тремя сателлитами одно из центральных колес выполняют самоустанавливающимся в радиальном направлении (не имеющим радиальных опор). Для самоустановки сателлитов по неподвижному центральному колесу применяют сферические подшипники качения. Высокие требования предъявляются к прочности и жесткости водила, при этом его масса должна быть минимальной. Обычно водила выполняют литыми или сварными.

***

Достоинства и недостатки планетарных передач

Основными достоинствами планетарных передач являются:

  • малые габариты и масса вследствие передачи мощности по нескольким потокам, численно равным количеству сателлитов. При этом нагрузка в каждом зацеплении уменьшается в несколько раз;
  • удобство компоновки в машинах благодаря соосности ведущего и ведомого валов;
  • работа с меньшим шумом, чем в обычных зубчатых передачах, что обусловлено меньшими размерами колес и замыканием сил в механизме. При симметричном расположении сателлитов силы в передаче взаимно уравновешиваются;
  • малые нагрузки на валы и опоры, что упрощает конструкцию опор и снижает потери в них;
  • возможность получения больших передаточных чисел при небольшом числе зубчатых колес и малых габаритах передачи.

Не лишены планетарные передачи и недостатков:

  • повышенные требования к точности изготовления и монтажа передачи;
  • большее количество деталей, в т. ч. подшипников, и более сложная сборка.

***

Область применения планетарных передач

Планетарные передачи применяют как редукторы в силовых передачах и приборах, в коробках передач автомобилей и другой самоходной техники, при этом передаточное число такой КПП может изменяться путем поочередного торможения различных звеньев (например, водила или одного из колес), в дифференциалах автомобилей, тракторов и т. п.

Широкое применение планетарные передачи нашли в автоматических коробках передач автомобилей благодаря удобству управления передаточными числами (переключением передач) и компактности. Можно встретить планетарные передачи и в механизмах привода ведущих колес современных велосипедов. Часто применяют планетарную передачу, совмещенную с электродвигателем (мотор-редуктор, мотор-колесо).

***

Передаточное число планетарных передач

При определение передаточного числа планетарной передачи используют метод остановки водила (метод Виллиса). По этому методу всей планетарной передаче мысленно сообщается дополнительное вращение с частотой вращения водила nН, но в обратном направлении. При этом водило как бы останавливается, а закрепленное колесо освобождается. Получается так называемый обращенный механизм, представляющий собой обычную непланетарную передачу, в которой геометрические оси всех колес неподвижны. Сателлиты при этом становятся промежуточными (паразитными) колесами, т. е. колесами, не влияющими на передаточное число всего механизма. Передаточное число в обращенном механизме определяется как в духступенчатой передаче с одним внешним и вторым внутренним зацеплением.

Здесь существенное значение имеет знак передаточного числа. Передаточное число считают положительным, если в обращенном механизме ведущее и ведомое звенья вращаются в одну сторону, и отрицательным, если в разные стороны. Так, для обращенного механизма передачи по рис. 1 имеем:

u = u1×u2 = (-n1/n2)×(-n2/-n3) = (-z2/z1)×(z3/z2) = - z3/z1,

где z – числа зубьев колес.

В рассматриваемом обращенном механизме знак минус показывает, что колеса 2 и 3 вращаются в обратную сторону по отношению к колесу 1.

В качестве примера определим передаточное число для планетарной передачи, изображенной на рис. 1, при передаче движения от колеса 1 к водилу Н. Мысленная остановка водила в этой передаче равноценна вычитанию его частоты nН из частоты вращения колес. Тогда для обращенного механизма этой передачи имеем:

u’ = (n1 – n2)/(n3 – nН) = - z3/z1,

где (n1 – nН) и (n3 – nН) – частоты вращения колес 1 и 3 относительно водила Н; z1 и z3 – числа зубьев колес 1 и 3.

Для планетарной передачи, у которой колесо 3 закреплено в корпусе неподвижно (n3 = 0), колесо 1 является ведущим, а водило Н – ведомым. Тогда получим передаточное число такой передачи:

(n1 – nН)/(- nН) = - z3/z1;- n1/nН+ 1 = -z3/z1

или

u = n1/nН= 1 + z3/z1.

***



Подбор чисел зубьев планетарных передач

В отличие от обычных зубчатых передач расчет планетарных начинают с подбора чисел зубьев на колесах и сателлитах. Рассмотрим последовательность подбора чисел зубьев на примере планетарной передачи, изображенной на рис. 1.

Число зубьев z1 центральной шестерни 1 задают из условия неподрезания ножки зуба: z1 ≥ 17. Принимают z1 = 24 при Н ≤ 350 НВ; z1 = 21 при Н ≤ 52 HRC и z1 = 17 при Н > 52 HRC.

Число зубьев неподвижного центрального колеса 3 определяют по заданному передаточному числу u:

z3 = z1(u – 1).

Число зубьев z2 сателлита 2 вычисляют из условия соосности, в соответствии которым межосевые расстояния aw зубчатых пар с внешним и внутренним зацеплением должны быть равны. Из рис. 1 для немодифицированной прямозубой передачи:

aw = 0,5(d1 + d2) = 0,5(d3 – d2),        (1)

где d = mz - делительные диаметры колес.

Так как модули зацеплений планетарной передачи одинаковые, то формула (1) принимает вид:

z2 = 0,5(z3 – z1).

Полученные числа зубьев z1, z2, и z3 проверяют по условиям сборки и соседства.

Условие сборки требует, чтобы во всех зацеплениях центральных колес с сателлитами имело место совпадение зубьев со впадинами, в противном случае собрать передачу будет невозможно. Установлено, что при симметричном расположении сателлитов условие сборки удовлетворяется, когда сумма зубьев центральных колес (z1 + z3) кратна числу сателлитов с = 2…6 (обычно с = 3), т. е. должно соблюдаться условие:

(z1 + z3)/c = целое число.

Условие соседства требует, чтобы сателлиты не задевали зубьями друг друга. Для этого необходимо, чтобы сумма радиусов вершин зубьев соседних сателлитов, равная da2 = m(z2 + 2) , была меньше расстояния l между их осями (рис. 1), т. е.:

da2 < l = 2aw sin (180˚/c),        (2)

где aw = 0,5m(z1 + z2) – межосевое расстояние.

Из формулы (2) следует, что условие соседства удовлетворяется, когда

z2 + 2 (z1 + z2) sin (180˚/c).        (3)

***

Расчет на прочность планетарных передач

Расчет на прочность зубчатых передач планетарного типа ведут по методике, применяемой для обычных зубчатых передач. Основными критериями работоспособности для большинства планетарных передач (как и для всех зубчатых передач), является усталостная контактная прочность рабочих поверхностей зубьев и прочность зубьев при изгибе. При этом под контактной прочностью понимают способность контактирующих поверхностей зубьев обеспечить требуемую безопасность против прогрессирующего усталостного выкрашивания, а прочностью при изгибе – способность зубьев обеспечить требуемую безопасность против усталостного излома зуба.

Расчет выполняют для каждого зацепления. Например, в передаче, изображенной на рис. 1, необходимо рассчитать внешнее зацепление колес 1 и 2 и внутреннее – колес 2 и 3. Так как модули и силы в этих зацеплениях одинаковы, а внутреннее зацепление по своим свойствам прочнее внешнего, то при одинаковых материалах колес достаточно рассчитать только внешнее зацепление.

Расчет начинают с подбора чисел зубьев колес, как было показано выше.

При определении допускаемых напряжений коэффициенты долговечности находят по эквивалентных числам циклов нагружения. При этом число циклов перемены напряжений зубьев за весь срок службы вычисляют при вращении колес только относительно друг друга.

При определении допускаемых напряжений изгиба для зубьев сателлита вводят коэффициент YA, учитывающий двустороннее приложение нагрузки (симметричный цикл нагружения).

Межосевое расстояние планетарной прямозубой передачи для пары колес внешнего зацепления (центральной шестерни с сателлитом) определяют по формуле:

aw = 450(u’ + 1)× 3√{(КНТ1Кc)/(ψbau'[σ]Н2с)},

где u' = z2/z1 – передаточное число рассчитываемой пары колес;Кc = 1,05…1,15 – коэффициент неравномерности распределения нагрузки между сателлитами; Т1 – вращающий момент на валу центральной шестерни, Нм; с – число сателлитов; ψba - коэффициент ширины венца колеса:         ψba = 0,4 для Н ≤ 350 НВ;         ψba = 0,315 при 350 НВ < Н ≤ 50 HRC,         ψba = 0,25 для Н > 50 HRC.

Ширина b3 центрального колеса 3 определяется по формуле b3 = ψbaaw. Ширину b2 венца сателлита принимают на 2…4 мм больше значения b3; ширина центральной шестерни b1 = 1,1b2.

Модуль зацепления определяют по формуле:

m = 2aw/(z2 + z1).

Получнный расчетом модуль округляют до ближайшего стандартного значения, а затем уточняют межосевое расстояние:

aw = m(z2 + z1)/2.

Окружную силу Ft в зацеплении вычисляют по формуле:

Ft = 2×103КcТ1/сd1.

Радиальную силу Fr определяют по формуле:

Fr = Ft tg αw,

где αw = 20˚ – угол зацепления.

***

Волновые передачи

k-a-t.ru

Многоступенчатая планетарная передача

Многоступенчатая планетарная передача более гибкая, чем одноступенчатая, но при этом немного снижается эффективность планетарной трансмиссии.

Вращаются все три элемента планетарной передачи.

В многоступенчатой планетарной передаче в движении находятся все три элемента: солнечная шестерня приводится в движение второй планетарной системой. В середине 20-го века этот подход использовалcя в планетарных втулках Sturmey-Archer с узким диапазоном для достижение передач, близких к прямой. Эти втулки позиционировались на рынке, как планетарные втулки для гонщиков и экономных туристов, имели только три или четыре передачи и поэтому проигрывали классическим системам переключения, предлагавших узкие шаги между передачами и широкий диапазон передаточных отношений. Выпущенная в 1995 году 12-скоростная планетарная втулка Sachs Elan также имела планетарную передачу с тремя вращающимися элементами.

Последовательные каскады. 7-скоростная втулка Shimano Nexus.

Последовательное использование нескольких планетарных каскадов широко применяется в современных планетарных втулках. Этот метод позволяет преодолеть ограничения одноступенчатой планетарной передачи.

Первой планетарной втулкой, использовавшей последовательный каскад планетарных передач, была 7-скоростная Shimano Nexus.

В этой втулке используется два каскада. Первый каскад понижает передачу, а второй — повышает. Каждый каскад состоит из двухкомпонентных составных планетарных шестерёнок и двух солнечных шестерёнок, предоставляющих два передаточных отношения и прямую передачу. На трёх средних передачах энергия проходит через оба каскада и таким образом втулка одновременно не использует прямую передачу обоих каскадов, точнее близкая к прямой передача получается с помощью последовательного понижения и повышения передачи через два каскада с приблизительно одинаковыми передаточными соотношениями. Это сделано с целью упрощения системы переключения передач. С любой момент времени с осью сцеплена только одна солнечная шестерня. При включении собачек для высоких передач автоматически отключаются собачки для низких передач, благодаря чему и обеспечивается гладкое переключение.

7-скоростная Shimano Nexus была первой широко распространённой втулкой с поворотным переключением. Её часто хвалили за плавность переключения, за безопасное подключение троса и равномерный шаг передач. Её часто критиковали за низкую эффективность на средних передачах и за слабую износостойкость из-за маленького диаметра собачек солнечных шестерёнок.

Каскады, только повышающие или понижающие передачу, прямая передача.

Планетарные системы, только повышающие или понижающие передачу (включая прямую передачу), обычно применяются на двухскоростных втулках. В некоторых из таких втулок реализовано переключение передач обратным движением педалей, что делает их особенно пригодными для разборных и складных велосипедов, на которых нежелательно наличие троса. Также Sturmey-Archer представили бестрещёточную трёхскоростную планетарную втулку с фиксированной передачей. Втулки с фиксированной передачей только понижают передачу, так как планетарная обойма, приводящая в движение оболочку втулки, должна быть постоянно сцеплена с оболочкой втулки.

4-скоростные и 7-скоростные планетарные втулки Shimano Nexus.

В 4-скоростной планетарной втулке Shimano Nexus имеется прямая передача и три повышающих передачи. Дальнейшим развитием 4-скоростной втулки стала 7-скоростная планетарная втулка Shimano. В ней используется три солнечных шестерни, каждая из которых может сцепляться со своим рядом зубьев на составной планетарной шестерне. Если солнечная шестерня закреплена к оси, то втулка работает на своей наименьшей, прямой передаче. Каждая из солнечных шестерней обеспечивает своё повышающее передаточное отношение. Собачки передают усилие на оболочку втулки на повышающих передаточных отношениях, а на прямой передаче собачки не задействованы. У 4-скоростной и 7-скоростной втулок поворотный переключающий механизм.

8-скоростные планетарные втулки Shimano Nexus.

8-скоростная планетарная втулка Shimano очень похожа на 4-скоростную втулку за исключением того, что у неё имеется предварительный каскад, который работает как прямой привод или понижает передачу, тем самым удваивая количество передач. Шаги между передачами неравномерные: шаги между первой и второй, пятой и шестой шире за остальные. Вероятно это обусловлено сложностью получения передаточных отношений близких к прямой передаче на однокаскадной планетарной системе. Эффективность восьмискоростной планетарной втулки Shimano Nexus максимальна на прямой пятой передаче.

8-скоростные планетарные втулки Sturmey-Archer.

В 8-скоростных втулках Sturmey-Archer установлены три простые планетарные системы, каждая из которых имеет своё передаточное отношение. Восемь скоростей образуются путём последовательного использования одной, двух или всех трёх планетарных систем и прямой передачи. Следовательно самой эффективной является самая нижняя передача, а наивысшая, использующая все три планетарные системы, наименее эффективна. На обычном велосипеде с этой втулкой должна использоваться необычно большая задняя звёздочка и маленькая передняя, но с другой стороны эта втулка хорошо подходит на велосипед с маленькими колёсами.

8-скоростная втулка Sturmey-Archer с тремя каскадами (справа налево на рисунке).

Первая модель этой втулки предлагала общее передаточное отношение 305%. Текущая версия (2010 год) имеет общий передаточный диапазон 324% и шаги между передачами приблизительно 14%, за исключением крайних шагов 30%. Для второй снизу передачи, расположенная близко к прямой, может потребоваться маленькая солнечная шестерёнка, что уменьшает надёжность втулки. Переключение осуществляется благодарю сцеплению с осью одной, двух, трёх или ни одной из солнечных шестерёнок. Когда солнечная шестерня не сцеплена с осью, все каскады работают, как прямая передача. Когда солнечная шестерня сцеплена с осью, каскад повышает передачи, деактивируя собачки используемые для прямой передачи. В этой втулке используется поворотный переключающий трос, прикреплённый кнутри от правого дропаута.

Современные планетарные втулки Elan и Rohloff Speedhub.

Sachs Elan уже снята с производства. Эта была первая планетарная втулка, которая попыталась конкурировать с современными дерайлерами. Довольно интересная втулка.

12-скоростная втулка Sachs Elan.

Сейчас доступна Rohloff Speedhub с 14-ю передачами, одинаковыми шагами между передачами 13% и общим передаточным отношением превышающим 5:1. Втулка позиционируется на рынке как конкурентоспособная по весу и эффективности альтернатива классическим систем переключения передач широкого диапазона.

14-скоростная втулка Rohloff в разрезе.

В этой втулке имеется три планетарных каскада (слева направо на рисунке). Первый и второй каскады представляет собой двухэтапную составную планетарную передачу на основе шестерней с одинаковым количеством зубьев. Первый каскад понижает передачу, а второй каскад повышает. Используется семь из девяти возможных передаточных соотношений. Две неиспользуемые комбинации предоставляют прямую передачу, но при этом мощность передаётся через оба комплекта шестерёнок.

Третий каскад имеет свой ввод на солнечной шестерне и вывод через планетарную обойму, при этом уменьшая передаточное соотношение для всего диапазона и тем самым удваивая количество доступных соотношений.

Rohloff Speedhub самая совершенная и самая дорогая планетарная втулка, доступная на данный момент на рынке. В ней собраны все преимущества планетарных втулок — масляная смазка, сбалансированная по весу конструкция. Но как для городского велосипеда, то эта втулка стоит непозволительно дорого. Если бы Rohloff снизила цену, даже при этом пожертвовав частью передач, то это было бы куда лучше, чем теперешняя странная ситуация с их непозволительно дорогой втулкой.

11-скоростная Shimano.

В конце 2010 года Shimano представила 11-скоростную втулку с масляной смазкой. Конструкция и передаточные отношения напоминают их 8-скоростную втулку: первый каскад понижает передачу или обеспечивает прямой привод, а второй каскад повышает передачу. Средняя передача — прямая. Шестерни первого каскада имеют винтообразную форму.

velofun.ru

Планетарные зубчатые передачи.

Планетарными называют зубчатые передачи, содержащие зубчатые колеса с перемещающимися геометрическими осями (рис. 1, 2, 3, 4). Эти зубчатые колеса, называемые планетарными или сателлитами, движутся подобно планетам Солнечной системы, от чего и получили свое наименование. Зубчатые колеса, с которыми сцепляются сателлиты, называются центральными. Оси сателлитов закрепляются в звене передачи, называемом водилом, которое, так же как и центральное колесо, вращается вокруг центральной, или основной, геометрической оси передачи.

Рис. 1

Одно из центральных колес планетарной передачи установлено неподвижно. Ведущим (или ведомым) валом передачи служит вал подвижного центрального колеса, а ведомым (или ведущим) — вал водила. Если в планетарной передаче сделать подвижным все зубчатые колеса и водило, то такая передача называется дифференциальной или дифференциалом. В дифференциале два основных звена ведущие (или ведомые), а третье — ведомое (или ведущее).

На рис. 1 представлена схема наиболее распространенной простейшей планетарной передачи, в которой центральное колесо 1 — ведущее, водило H — ведомое, три сателлита 2 вращаются вместе с водилом вокруг центральной оси передачи, центральное колесо 3 закреплено неподвижно.

Передаточное отношение этой планетарной передачи определяют следующим образом. Допустим, что все звенья передачи (1, 2, 3 и H) жестко скреплены между собой. Сообщим этой жесткой системе переносное вращательное движение вокруг центральной оси с угловой скоростью wH, равной скорости водила wH, но обратной по знаку. При этом скорость относительного движения сцепляющихся зубчатых колес и соответственно передаточное отношение их не изменятся. При таком движении результирующая угловая скорость водила +wH+(—wH)=0, т. е. водило окажется остановленным; результирующие относительные угловые скорости зубчатых колес 1 и 3 ω1=ω1—ωH и ω′3=ω3-ωH. При ωH=0, т. е. при неподвижном водиле Я, планетарная передача превращается в простую зубчатую передачу, в которой геометрические оси всех зубчатых колес неподвижны. Для этой передачи в соответствии с формулой

передаточное отношение (сателлиты не учитываются, так как они являются паразитными колесами) i′=ω′1/ω′3=(ω1-ωH)/(ω3-ωH) Рис. 2

Передаточное отношение i′ считается положительным при одинаковых направлениях вращения обоих зубчатых колес и отрицательным при противоположных направлениях вращения. Для рассматриваемой передачи i′ имеет отрицательное значение: i′=(ω1-ωH)/(ω3-ωH)=—(z3/z1), где z1 и z3 — соответственно числа зубьев зубчатых колес 1 и 3. Так как колесо 3 закреплено неподвижно, то ω3=0, а угловая скорость водила ωH=ω1/[1 +(z3/z1)]. Передаточное отношение данной; планетарной передачи i=ω1/ωH, или в окончательном виде

Так же определяют передаточное отношение других видов планетарных передач.

Для двухступенчатой планетарной передачи (рис. 2), в которой каждая ступень представляет собой планетарную передачу по схеме (рис. 1) где центральное колесо 1 - ведущее, водило Н2 - ведомое, центральные колеса 3 а 4 закреплены в корпусе, передаточное отношение

Для двухступенчатой планетарной передачи (рис. 3), в которой центральное зубчатое колесо 1 - ведущее, водило H - ведомое, сателлиты 2 и 4 жестко соединены между собой и центральное колесо 3 закреплено неподвижно, передаточное отношение

Рис. 3

Для двухступенчатой планетарной передачи (рис. 4), в которой водило H - ведущее, центральное колесо 3 — ведомое, сателлиты 1 и 4 жестко соединены между собой и центральное колесо 2 закреплено неподвижно, передаточное отношение

Рис. 4

Если z1=100, z2=99, z3=100 и z4=101, то из формулы следует, что

Таким образом,

некоторые виды планетарных передач по сравнению с простой зубчатой передачей обладают достоинством — возможностью получать большие передаточные отношения при небольшом числе зубчатых колес и небольших габаритах передачи. Однако при очень большом передаточном отношении работа планетарной передачи ухудшается и ее к. п. д. получается низким.

Конструкции планетарных передач разнообразны. Наиболее распространены передачи, представленные на (рис. 1-3) для которых рациональные значения передаточных отношений и к. п. д. равны: по схеме (рис. 1) i=1,3...8 и η=0,97...0,99; по схеме (рис. 2) i=15...60 и η=0,93..0,97; по схеме (рис. 3) i=1...15 и η=0,97...0,99.

Нагрузки со стороны каждого центрального колеса или водила воспринимаются одновременно несколькими (3...6) сателлитами. Вследствие этого размеры зубчатых колес планетарной передачи по сравнению с простой передачей значительно меньше.

Следовательно, основные достоинства планетарных передач — большие передаточные отношения, компактность и малая масса. С помощью дифференциальных передач в машинах получается сложение или разложение движения, что используют, в частности, в автомобилях и металлорежущих станках. Однако планетарные передачи по сравнению с обыкновенными требуют повышенной точности изготовления и сложнее в сборке. Планетарные передачи благодаря своим достоинствам нашли довольно широкое применение в станкостроении, транспортном машиностроении, приборостроении.

Определение окружных сил в планетарных передачах рассмотрим на примере передачи, представленной на (рис. 1). Из рисунка следует, что

и где T1 - крутящий момент, передаваемый шестерней 1;dw1 — начальный диаметр этой шестерни;а — число сателлитов;kH=1,2...2 — коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки между сателлитами. Радиальные и осевые силы определяются в зависимости от окружных сил, так же как и в простых передачах. Так как передача мощности от ведущего вала к ведомому осуществляется по нескольким потокам, число которых равно числу сателлитов, то нагрузки на зубья колес планетарных передач уменьшаются соответственно в несколько раз.

При симметричном расположении сателлитов входные и выходные валы планетарных передач нагружены только вращающим моментом и опоры этих валов разгружены от радиальных нагрузок.

Расчет на прочность зубьев колес планетарных передач производят так же, как и расчет зубьев обыкновенных зубчатых передач.

www.metiz-krepej.ru

Планетарная передача

Значение слова "Планетарная передача" в Большой Советской Энциклопедии

Планетарная передача, механизм для передачи вращательного движения цилиндрическими или коническими зубчатыми (реже фрикционными) колёсами, в
Рис. 2. Планетарная передача с положительным передаточным отношением преобразованного механизма: а и б — с внешним и внутренним зацеплением; в — с упрощёнными сателлитами.
состав которого входят т. н. сателлиты (колёса, совершающие сложное движение и имеющие подвижную ось вращения). Подвижное звено, на котором укреплены оси сателлитов, называются водилом (рис. 1). Сателлиты находятся обычно в зацеплении с центральными колёсами, вращающимися вокруг оси механизма или закрепленными неподвижно. Число сателлитов в Планетарная передача зависит от возможности их размещения в механизме, но для более равномерного распределения нагрузок в результате самоустановки колёс предпочтительно иметь 3 сателлита. Компактность и малая масса Планетарная передача в значительной степени объясняются распределением передаваемой мощности между сателлитами и использованием внутреннего зацепления.

  Передаточные отношения Планетарная передача обозначают буквой и с двойным индексом внизу, указывающим отношение угловых скоростей рассматриваемых звеньев, и с индексом наверху, указывающим, какое звено механизма принято за неподвижное. Если направления вращения ведущего и ведомого звеньев одинаковы, то передаточное отношение считается положительным, если различны — отрицательным.

  Простейшей Планетарная передача является передача с 1 степенью свободы и 1 закрепленным центральным колесом. Свойства и возможности таких Планетарная передача в значительной степени зависят от знака передаточного отношения преобразованного механизма, т. е. такого механизма, у которого остановлено водило и передача обращается в обычный механизм с неподвижными осями колёс. Если в преобразованном механизме передаточное отношение отрицательное

(,  — угловые скорости центральных колёс), то передаточное отношение Планетарная передача определяется по формуле , где z1  и z4 — числа зубьев центральных колёс, z2 и z3— числа зубьев сателлитов. Такие Планетарная передача имеют высокий кпд (0,96—0,99), но не дают возможности получать большие передаточные отношения: при 3 сателлитах в однорядной Планетарная передача (рис. 1, а) возможно u не более 12 (обычно u £ 8), для двухрядной (рис. 1, б) — обычно u £ 15. При выборе чисел зубьев колёс учитывается также условие собираемости Планетарная передача В простейшем случае для однорядной Планетарная передача достаточно, чтобы z1 и z4 были кратны k — числу сателлитов. Для получения передач с большим кпд и большим передаточным отношением обычно соединяют последовательно несколько однорядных Планетарная передача (по схеме рис. 1, а).

  Если в преобразованном механизме передаточное отношение положительное

(рис. 2), то передаточное отношение определяется по формуле:

.

  Такие Планетарная передача дают возможность получать очень большие передаточные отношения, но при этом обладают низким кпд.

  Если использовать колёса со смещением (см. Корригирование зубчатых колёс) и числа зубьев выбрать так, чтобы  было близким к 1, то можно получить Планетарная передача с весьма большим передаточным отношением. Например, при z1 = z3, z2 = z1 — 1 и z4 = z1 + 1 Планетарная передача, изображённые на рис. 2, а и б, дают , т. е. при z1 =100 u = 10 000. Однако при этом кпд Планетарная передача получается меньше 0,01. При средних передаточных отношениях (порядка 100) кпд Планетарная передача с внутренними зацеплениями равен 0,6—0,7, что позволяет использовать такие передачи в качестве силовых.

  Изготовление Планетарная передача существенно упрощается, если сателлиты выполнить одновенцовыми увеличенной ширины, входящими в зацепление с центральными колёсами, имеющими разные числа зубьев (рис. 2, в).

  Планетарная передача, различные по назначению, устройству и характеристикам, применяют в редукторах с целью получения компактных соосных конструкций и больших передаточных отношений; в коробках передач, реверсивных механизмах и механизмах включения с целью получения удобного управления посредством тормозов и фрикционных муфт. Известна Планетарная передача, обеспечивающая передаточное отношение до 2×106.

 

  Лит.: Кудрявцев В. Н., Планетарные передачи, 2 изд., М.— Л., 1966; Детали машин. Расчет и конструирование. Справочник, под ред. Н. С. Ачеркана, 3 изд., т. 3, М., 1969.

  Н. Я. Ниберг.

Рис. 2. Планетарная передача с положительным передаточным отношением преобразованного механизма: а и б — с внешним и внутренним зацеплением; в — с упрощёнными сателлитами.

Рис. 1. Планетарная передача с отрицательным передаточным отношением преобразованного механизма: а — однорядная; б — двухрядная; z1 и z4 — центральные колёса; z2 и z3 — сателлиты; в — водило.

Статья про слово "Планетарная передача" в Большой Советской Энциклопедии была прочитана 7620 раз

bse.sci-lib.com


Смотрите также

  • Как правильно передач или передачь
  • Коробка автомат не переключает передачи в чем причина
  • Остальные передачи
  • Как на ваз 2114 включить заднюю передачу
  • Вид передача
  • Хомутовое соединение
  • Как отменить сделку купли продажи
  • Видео газ 3105 волга
  • Переносное кресло для младенца
  • Ремонт автомобильного кресла своими руками
  • Кресло безопасности детское автомобильное кресло