Планетарная передача принцип работы

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.

ВВЕДЕНИЕ

Расчетно-графическая работа выполняется на формате А1 в соответствии с требованиями ГОСТ 2.109-73 «Основные требования к чертежам». В левой части формата вычерчивается схема планетарного редуктора (рис. 2) в двух проекциях. В правой части формата изображается зубчатое зацепление в выбранном масштабе (рис. 3). Масштаб построения выбираем таким способом, чтобы высота зуба на чертеже была не менее 40 мм
. Обязательным является построение трех зубьев 1-го и 2-го колес.

Конечным этапом расчетно-графической работы является выполнение расчетно-пояснительной записки (см. п. 4).

Какие виды редукторов бывают

Устройство и принцип работы коробки передач multitronic
По классификации редукторов по типу передачи они могут разделяться на цилиндрические, конические, червячные, планетарные, волновые, спироидные, а также комбинированные.

Вид червячного редуктора

В цилиндрических редукторах валы редуктора расположены параллельно друг от друга, в конических редукторах валы пересекаются между собой, в червячных они перекрещиваются. Также редукторы могут быть одноступенчатыми, то есть иметь два вала, двухступенчатые – три вала и трехступенчатые.

Планетарный редуктор или как его ещё называют – дифференциальный как один из перечисленных видов имеет свое название от вида передачи – планетарной, которая как раз и передает крутящийся момент. Название произошло по прообразу планет, вращающихся вокруг солнца (центральной шестерни). Называются планетарные шестерни соответственно: солнце, (шестерня в центре), коронная шестерня, которая находится на краю редуктора, сателлиты, это три маленькие шестерни – планеты, которые находятся между этими двумя шестернями. Эти три шестерни соединяются при помощи оси специальной шестерни – водила.

Планетарный редуктор в разрезе

Планетарный механизм работает следующим образом: от главной передачи редуктора (электродвигателя) вращение посредством полуосей попадает на центральную солнечную шестерню, которая, вращаясь, передает вращающийся момент на сателлиты. Сателлиты, в свою очередь, через оси, которые закреплены на водиле, передают вращение на водило и на коронную шестерню. Водило передает вращение на балку моста. Коронная шестерня передает вращение на ступицу

При этом для расчета крутящего момента принимаем во внимание, что во сколько раз отношение между количеством зубьев, которое имеет солнечная шестерня, меньше, чем количество зубьев, которые имеет коронная шестерня, во столько увеличивается крутящийся момент этого редуктора

Аналитическое определение передаточного отношения планетарного механизма

Устройство и принцип работы механической коробки передач

Рассмотрим порядок получения формулы для расчета передаточного отношения планетарного механизма через известные числа зубьев его колес на примере редуктора Джемса (рис.1) или (рис.2,а).

Входным звеном в этом механизме является солнечное колесо 1, а выходным — водило Н.

Тогда искомым является выражение ==?, (2.1)

где обозначение читается как “передаточное отношение от 1-го колеса к водилу Н при неподвижном 3-м колесе”.

Для определения передаточного отношения планетарного механизма используется метод обращения движения или метод остановки (“фиксации”) водила.

Для реализации этого метода всем звеньям механизма сообщается дополнительное воображаемое вращательное движение вокруг центральной оси О1Он с угловой скоростью (- н). Тогда получим новый — обращенный механизм, который будет примечателен тем, что его звено Н , бывшее ранее водилом, станет неподвижным. Следовательно, неподвижным станет и центр О2, т.е. обращенный механизм будет представлять собой обычную зубчатую передачу с неподвижными осями вращения колес. При этом угловые скорости звеньев нового обращенного механизма будут равны:

— солнечного колеса 1 — 1 =1-н;

— корончатого колеса 3 — 3=0-н=-н;

— водила Н — н=н-н=0.

Таким образом, при остановленном водиле ведомым звеном становится корончатое колесо 3, и передаточное отношение обращенного механизма будет равно

=1-(2.2)

Следовательно, искомое передаточное отношение планетарного механизма будет равно:

=1-(2.3)

где U(н)13— является передаточным отношением обычной зубчатой передачи с неподвижными осями, для которой по формуле Виллиса:

(2.4)

Тогда, подставляя полученное значение, имеем для планетарного механизма редуктора Джемсa:

=1+. (2.5)

Аналогично можно вывести формулы для определения передаточных отношений механизмов, изображенных на рис.2.б, рис.3, а и б:

— для схемы на рис.2.б: =1+ ; (2.6)

— для схемы на рис.3.а: ; (2.7)

— для схемы на рис.3.б: = . (2.8)

При назначении чисел зубьев колес планетарной передачинеобходимо учитывать ряд требований и условий, важнейшие из которых следующие.

1. Числа зубьев Z1, Z2… должны быть целыми числами.

2. Сочетание чисел зубьев колес должно обеспечивать требуемое передаточное отношение Uпл с допустимой точностью ±3 % .

3. При отсутствии специальных требований желательно использовать в передаче нулевые колеса. Это ограничение записывают в форме отсутствия подреза зубьев: для колес с внешними зубьями, нарезанными стандартным инструментом, Zi ≥ Zmin=17; для колес с внутренними зубьями – Zi ≥ Zmin=85.

4. Оси центральных колес и водила Н планетарной передачи должны лежать на одной прямой для обеспечения движения точек по соосным окружностям (условие соосности ).

5. При расположении сателлитов в одной плоскости, т. е. без смещения в осевом направлении, соседние сателлиты должны быть расположены так, чтобы между окружностями вершин обеспечивался гарантированный зазор

(условие соседства) :

( Z1+Z2)sin >Z2+2, (3.1)

где k – число сателлитов.

6. Сборка нескольких сателлитов должна осуществляться без натягов так, чтобы зубья всех сателлитов одновременно вошли во впадины солнечного и корончатого колес:

, (3.2)

где Z1— число зубьев центрального колеса, k-число сателлитов, р — число оборотов водила, Сo-целое число.

Рассмотрим порядок синтеза планетарных механизмов, представленных на рис. 2 и рис. 3.

Назначение механизма

Принцип работы стартера автомобиля: неисправности и методы устранения

Редуктором называют узел, который изменяет мощность. Это может быть давление газа и жидкости в газовых баллонах, трубопроводах и на распределительных подстанциях. Механические редукторы изменяют число оборотов и угловую скорость.

Для чего нужен в механизме и машине зубчатый передаточный механизм. Он снижает угловую скорость двигателя, увеличивая при этом в столько же раз крутящий момент – силу, с которой может воздействовать выходной вал на исполняющий механизм.

Функции узла, уменьшить скорость вращения в десятки раз и настолько же увеличить крутящий момент – усилие, с которым машина будет совершать работу.

Технические характеристики

Технические характеристики мотор-редуктора составляют комплекс из отдельных параметров механической части и электродвигателя. Важнейшей характеристикой становятся режим работы механизма. В зарубежной литературе используется подобный параметр, называемый сервис-фактором. Он определяет частоту и уровень механических нагрузок и задается на основе характеристик технологического процесса. Принцип действия редуктора и его передаточное число, позволяют подобрать модель с требуемым типом двигателя для конкретных условий работы. Схема расположения валов позволяет наилучшим образом расположить приводной модуль на оборудовании. Тип выходного вала обеспечивает простоту установки. Важным параметром становится способ крепления мотор-редуктора к технологическому устройству. Встречаются модели с установкой на лапы, фланцевого и комбинированного исполнения.

С целью определения конкретных скоростей выходного вала используют номинальную скорость вращения электромотора. В зависимости от нее, один и тот же редуктор будет обеспечивать разные характеристики. Мощность двигателя определяет нагрузки технологического механизма.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1.1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПЛАНЕТАРНОГО МЕХАНИЗМА

1. Определить передаточное отношение планетарного редуктора (планетарной ступени), если оно не задано.

2. Задавшись числом зубьев z1 = 17, 18… n, через передаточное отношение U1Н определить число зубьев z3 .

3. Из условия соосности определить число зубьев сателлита.

4. Из условия соседства определить максимально возможное число сателлитов.

5. Из условия сборки определить все возможные числа сателлитов.

6. Задавшись произвольным модулем, определить диаметры делительных окружностей всех колес планетарной ступени по формуле d = mz

7. Выбрать масштаб, вычертить схему редуктора в двух проекциях.

1.2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗУБЧАТОЙ ПЕРЕДАЧИ

1. Определить передаточное отношение зубчатой передачи.

2. По передаточному числу, количеству зубьев колес и типу зубчатого зацепления найти коэффициенты смещения (по таблицам в конце методических указаний).

3. Определить межосевое расстояние передачи.

4. Определить радиусы всех окружностей шестерни и колеса.

5. Определить шаг по делительной окружности.

6. Определить толщину зубьев по делительной окружности.

7. Вычертить зубчатое эвольвентное зацепление колес передачи, на котором показать все основные размеры.

8. Показать теоретическую и практическую линии зацепления.

9. Построить рабочие участки профилей зубьев и дуги зацепления для обоих колес.

10. Определить коэффициент перекрытия.

11. Произвести расчет коэффициентов удельных скольжений и построить их диаграммы.

Виды планетарных редукторов

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

Одноступенчатые.
Многоступенчатые.

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:

Простые.
Дифференциальные.

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:

Волновые.
Конические.
Червячные.
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.

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:

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.
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.
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.
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.
Обеспечивается равномерное разбрасывание масла на момент работы. Как и при функционировании любого другого редуктора, в рассматриваемом случае большое значение имеет степень смазки рабочей поверхности.
Длительный эксплуатационный срок. Особенности расположения сателлитов приводит к взаимному компенсированию оказываемой силы.
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.

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

Планетарные редукторы в машиностроении

Широкое распространение редуктора, которые имеют устройство данного типа получили в ведущих мостах автомобилей и в автоматических коробках переключения передач. Колесный редуктор можно встретить в мостах таких автомобилей, как: МАЗ, Икарус, в некоторых троллейбусах, тракторах Т-150К, К-700. Этот колесный редуктор в мостах передает крутящий момент к ступицам колес от полуосей. Также они распространены в передаче бортового типа. Такое применение в бортовой передаче позволило существенно уменьшить как расчетный, так и практический диаметр основной передачи. Уменьшение диаметра отразилось повышенным просветом автомобиля и как следствие более высокой проходимостью. Использование планетарных коробок переключения передач набирает все большую популярность. Передаточное отношение устройства будет вытекать из расчета отношения числа зубьев на центральной шестерни к числу зубьев на коронной шестерне. Интересным моментом является расторможение коронной шестерни в коробке. В этом случае передаточное число равняется 1.

Выход из строя

Износ – это основная причина поломки планетарной передачи, которая происходит в основном из-за плохой смазки. Изношенные передачи имеют в зацеплениях увеличенные зазоры, что приводит к усилению шума, вибрации и в конечном итоге уменьшению прочности зуба.
Заедание – поломка высокоскоростных передач. Происходит заедание, так как масленая плёнка выдавливается между зубьями при высоких скоростях.

Излом – вызывается напряжением изгиба. Излом может разрушить вал, подшипники и весь механизм.

Планетарный редуктор применяется там, где нужна точность среднего уровня, и отсутствует необходимость в полном вале. Основная отрасль использования планетарного редуктора – машиностроение, кроме того они применяются в медицинской технике и измерительной аппаратуре.

Чтобы или сделать заявку, нажмите на кнопку ниже:

Применение

Исторически планетарная передача применялась в астрономических часах, а также в конструкции книжного колеса.

Планетарный редуктор

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

ПМП применяются на 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.

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.

Выход из строя

Заедание – поломка высокоскоростных передач. Происходит заедание, так как масленая плёнка выдавливается между зубьями при высоких скоростях.

Излом – вызывается напряжением изгиба. Излом может разрушить вал, подшипники и весь механизм.

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:

Основные элементы представлены зубчатыми и червячными парами. Для установки и фиксации основных деталей проводится установка центрирующих подшипников. Для смазывания трущихся деталей корпус заполняется специальным маслом

Исключить вероятность его вытекания можно за счет уплотнений. Сальники также являются важной частью конструкции. Корпус состоит из двух составных элементов, за счет которых есть возможность разобрать конструкция при обслуживании или ремонте.. Схема классического устройства выглядит следующим образом:

Схема классического устройства выглядит следующим образом:

В качестве источника вращения устанавливается мотор.
Другая часть представлена шестерней планетарного типа. Внутри расположены другие детали, крепление стакана редуктора к мотору проводится за счет фиксирующих элементов.
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:

Коронной шестерни.
Планетарная или сателлиты.
Водило и солнечная шестерня.

Принцип действия рассчитывается следующим образом:

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

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.

Достоинства и недостатки

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.
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.
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.
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.
Обеспечивается равномерное разбрасывание масла на момент работы. Как и при функционировании любого другого редуктора, в рассматриваемом случае большое значение имеет степень смазки рабочей поверхности.
Длительный эксплуатационный срок. Особенности расположения сателлитов приводит к взаимному компенсированию оказываемой силы.
Повышенной передаточное отношение. Этот показатель считается основным. Передаточное соотношение может варьировать в достаточно большом диапазоне.

Классификация червячных редукторов

Могут устанавливаться самые различные типы червячных редукторов, все зависит от области применения механизма. Основная классификация выглядит следующим образом:

Материал деталей может быть самым различным, в большинстве случаев внутренние детали изготавливаются из углеродистой стали. Корпус часто представлен чугунной емкостью со специальными выемками для фиксации подшипников, вала и других элементов.
Разное число заходов также можно назвать основным критерием классификации.
Направление резьбы червячного вала также является одним из признаков, по которым проводят классификацию.
Профиль резьбы.
Тип применяемого винта.

Редуктор червячный одноступенчатый получил весьма широкое распространение на сегодняшний день. Это связано с тем, что он маленький и может применяться для передачи большого усилия. При необходимости можно установить редуктор червячный двухступенчатый, который может не только изменять параметры передаваемого усилия, но и регулировать их в небольшом диапазоне.

Классификация планетарных редукторов:

По количеству ступеней планетарного редуктора выделяют:

одноступенчатый планетарный редуктор

одноступенчатые
многоступенчатые

Одноступенчатые редукторы наиболее компактны, в то время как многоступенчатые значительно сложнее по конструкции и занимают больше места, но позволяют достичь больших передаточных чисел.

По факту жесткого закрепления одного из элементов редуктора выделяют:

простейшие
дифференциальные

В простейших планетарных редукторах одно из звеньев жестко закреплено, и передача усилия происходит от одного из незакрепленных звеньев к другому с фиксированным передаточным числом. В дифференциальных редукторах ни один из элементов не закреплен, что позволяет использовать редуктор как дифференциальный механизм.

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.

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.

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.

Выбор и обслуживание

Подбор мотор-редуктора выполняется на основе режима работы, требуемой мощности и числа оборотов технологического механизма. Также учитывается расположение валов и отдельных частей устройства. Полный расчет мотор-редуктора в отечественной практике ничем не отличается от классических вариантов расчета требуемой передачи. С целью упрощения данной операции, большинство производителей приводят готовые входные и выходные параметры, позволяющие выполнить подбор без сложных вычислений.

Внедрение и эксплуатация мотор-редуктора не представляют большой сложности. Правильно подобранное оборудование имеет большой срок службы и не требует частого внимания, при работе в рекомендуемых условиях окружающей среды.

Главный параметр, который следует контролировать в механической части – уровень масла в корпусе редуктора. Также следует обращать на механическую целостность деталей, уровень шума и нагрев поверхностей агрегата. Эксплуатация электродвигателя ничем не отличается от других вариантов его использования.

История

Процесс промышленной революции был ознаменован переходом деревянных деталей к металлическим. Движители на ветряной и водяной тяге уже создавали такие усилия, которые деревянным деталям было выдержать сложно. Основным фактором промышленной революции явилось создание более совершенных механизмов, поиск новых энергетических ресурсов. Появление паровой машины потребовало наличие очень больших мощностей. Следовательно появилась нужда в конструировании металлических редукторов. К середине девятнадцатого века ручные ткацкие станки уже стали отходить далеко на задний план и заменяться механическими с втрое большей производительностью.

Энергия стала дешеветь, что привело к повышению быстродействия станков и укрепило их экономическое преимущество. Паровой двигатель обладал достаточной мощью, чтобы запускать несколько текстильных станков. Станки размещали вокруг парового двигателя для повышения КПД. Паровой двигатель развязал руки производственным возможностям, что позволило строить предприятия как у воды, так и в тех местах, где были уголь, транспорт, рабочие руки и рынки сбыта. Новое время селекционировало оптимальные конструкции зубчатых передач.

Большую популярность обрели именно те, которые выдавали наиболее высокий экономический эффект. Середина 19 века ознаменовалась появлением первых серийных редукторов. Ну а появление через несколько лет двигателей внутреннего сгорания и электрического привода, ознаменовало создание редукторов с заданными параметрами. Зубчатые механизмы передавали вращательные движения от двигателей с высокими оборотами и преобразовывали их параметры. Даже первейшие образцы электродвигателей и внутреннего сгорания были наделены слишком большой скоростью и моментом, что, априори, не подходило к использованию в промышленности. Сегодня, конечно же сложно найти любое транспортное средство или технологическое оборудование, которое лишено зубчатого механизма. Редукторы применяются практически во всех автомобилях и технологическом оборудовании. Как Вы уже поняли, зубчатые передачи прошли много лет развития.

Устройство и принцип работы

Устройство состоит из следующих элементов:

Схема классического устройства выглядит следующим образом:

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

Защита конструкции обеспечивается за счет крышки редуктора. Его фиксация проводится за счет болтов.

А что в итоге?

Анализ реальных возможностей инструментов, предназначенных для расчета и конструирования планетарных передач, говорит о том, что описанное в этой статье программное обеспечение не имеет на рынке прямых аналогов. С его помощью можно:

существенно сократить сроки проектирования;
снизить требования к квалификации исполнителя проекта;
выполнить расчет по самым современным на настоящий момент методикам;
автоматически оформить конструкторскую документацию.

Можно также утверждать, что спроектированные в модуле APM Drive планетарные передачи соответствуют лучшим мировым аналогам, ибо при разработке программного обеспечения были в полном объеме реализованы самые совершенные алгоритмы в области расчета и проектирования передач такого типа.

Мы надеемся, что созданное в НТЦ АПМ недорогое программное обеспечение расчета планетарных передач займет достойное место в линейке продуктов, предлагаемых НТЦ АПМ российской промышленности, и что наши предприятия наконец-то начнут выпускать сложные в техническом отношении изделия и шаг за шагом будут отвоевывать машиностроительные сегменты рынка, потерянные ранее. Будем рады, если наши разработки внесут свой вклад в процесс технического возрождения. Уверены, что инструменты расчета и проектирования планетарных передач будут особо востребованы в технических университетах, которые готовят кадры для экономики России. Мы уже наблюдаем возрастающий интерес у этой категории наших пользователей, а это залог того, что у страны есть будущее в сфере высоких технологий.

«САПР и графика» 1’2003

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.

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).

Планетарная передача: 1 – сателлит; 2 – водило; 3 – солнечная шестерня; 4 – кольцевая шестерня («корона»).

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%.

Читать

5 лучших герметиков для поддона АКПП

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.

Как рассчитать передаточное число

Шестерня и колесо имеют разное количество зубов с одинаковым модулем и пропорциональный размер диаметров. Передаточное число показывает, сколько оборотов совершит ведущая деталь, чтобы провернуть ведомую на полный круг. Зубчатые передачи имеют жесткое соединение. Передающееся количество оборотов в них не меняется. Это негативно сказывается на работе узла в условиях перегрузок и запыленности. Зубец не может проскользнуть, как ремень по шкиву и ломается.

Расчет без учета сопротивления

В расчете передаточного числа шестерен используют количество зубьев на каждой детали или их радиусы.

u12 = ± Z2/Z1 и u21 = ± Z1/Z2,

Где u12 – передаточное число шестерни и колеса;

Z2 и Z1 – соответственно количество зубьев ведомого колеса и ведущей шестерни.

Знак «+» ставится, если направление вращения не меняется. Это относится к планетарным редукторам и зубчатым передачам с нарезкой зубцов по внутреннему диаметру колеса. При наличии паразиток – промежуточных деталей, располагающихся между ведущей шестерней и зубчатым венцом, направление вращения изменяется, как и при наружном соединении. В этих случаях в формуле ставится «–».

При наружном соединении двух деталей посредством расположенной между ними паразитки, передаточное число вычисляется как соотношение количества зубьев колеса и шестерни со знаком «+». Паразитка в расчетах не участвует, только меняет направление, и соответственно знак перед формулой.

Обычно положительным считается направление движения по часовой стрелке. Знак играет большую роль при расчетах многоступенчатых редукторов. Определяется передаточное число каждой передачи отдельно по порядку расположения их в кинематической цепи. Знак сразу показывает направление вращения выходного вала и рабочего узла, без дополнительного составления схем.

Вычисление передаточного числа редуктора с несколькими зацеплениями – многоступенчатого, определяется как произведение передаточных чисел и вычисляется по формуле:

u16 = u12×u23×u45×u56 = z2/z1×z3/z2×z5/z4×z6/z5 = z3/z1×z6/z4

Зубчатое зацепление жесткое. Детали не могут проскальзывать относительно друг друга, как в ременной передаче и менять соотношение количества вращений. Поэтому на выходе обороты не изменяются, не зависят от перегруза. Верным получается расчет скорости угловой и количества оборотов.

КПД зубчатой передачи

Для реального расчета передаточного отношения, следует учитывать дополнительные факторы. Формула действительна для угловой скорости, что касается момента силы и мощности, то они в реальном редукторе значительно меньше. Их величину уменьшает сопротивление передаточных моментов:

трение соприкасаемых поверхностей;
изгиб и скручивание деталей под воздействием силы и сопротивление деформации;
потери на шпонках и шлицах;
трение в подшипниках.

Для каждого вида соединения, подшипника и узла имеются свои корректирующие коэффициенты. Они включаются в формулу. Конструктора не делают расчеты по изгибу каждой шпонки и подшипника. В справочнике имеются все необходимые коэффициенты. При необходимости их можно рассчитать. Формулы простотой не отличаются. В них используются элементы высшей математики. В основе расчетов способность и свойства хромоникелевых сталей, их пластичность, сопротивление на растяжение, изгиб, излом и другие параметры, включая размеры детали.

Что касается подшипников, то в техническом справочнике, по которому их выбирают, указаны все данные для расчета их рабочего состояния.

При расчете мощности, основным из показателей зубчатых зацепления является пятно контакта, оно указывается в процентах и его размер имеет большое значение. Идеальную форму и касание по всей эвольвенте могут иметь только нарисованные зубья. На практике они изготавливаются с погрешностью в несколько сотых долей мм. Во время работы узла под нагрузкой на эвольвенте появляются пятна в местах воздействия деталей друг на друга. Чем больше площадь на поверхности зуба они занимают, тем лучше передается усилие при вращении.

Все коэффициенты объединяются вместе, и в результате получается значение КПД редуктора. Коэффициент полезного действия выражается в процентах. Он определяется соотношением мощности на входном и выходном валах. Чем больше зацеплений, соединений и подшипников, тем меньше КПД.

Конструктивные особенности

Как поменять редуктор на ваз 2106

Основой любого редуктора является зубчатое зацепление, передающее вращательный момент и изменяющее число оборотов вала. Для цилиндрических зацеплений характерна возможность вращаться в обе стороны. При необходимости ведомый вал с колесом подключается к двигателю и становится ведущим. Они в данной конструкции расположены параллельно, горизонтально и вертикально. Устройство цилиндрических редукторов может быть самое разное, но оно обязательно включает в свою конструкцию:

ведущий;
ведомый вал;
шестерню;
колесо;
подшипники;
корпус;
крышки;
систему смазки.

В простейшем одноступенчатом редукторе одна пара находится в зацеплении – шестерня и колесо. Если ступеней 2 и больше, соответственно увеличивается количество деталей. Появляются промежуточные оси. Для изменения направления вращения, в кинематическую схему включают паразитку, промежуточную шестерню с количеством зубьев как у ведущей.

Корпус и крышка отливаются из чугуна или делаются сварными из низкоуглеродистого листа толщиной 4 – 10 мм в зависимости от габаритов и мощности узла. Сварными делают маленькие редуктора. Остальные имеют крепкий литой корпус.

Характеристика цилиндрических редукторов

Количество зацеплений, тип зуба и взаимное расположение валов для всех видов оборудования описывает ГОСТ Редукторы цилиндрические. В нем указаны типоразмеры всех деталей, которые могут применяться в цилиндрических редукторах при различных количествах ступеней. Максимальное передаточное число одной пары 6,5. Общее многоступенчатого редуктора может быть до 70.

Больше чем у цилиндрического редуктора может быть передаточное число у червячной передачи,оно может достигать 80. При этом они компактные, но используются редко из-за низкого КПД. У цилиндрических одноступенчатых редукторов КПД 99 – 98%, самый высокий из всех видов передач.Отличаются червячные и цилиндрические редукторы расположением валов. Если у цилиндрических они параллельные, то червяк располагается к колесу под углом. Следовательно валы ведущий и ведомый выходят из перпендикулярно расположенных боковых стенок корпуса.

Для смазки достаточно залить масло в поддон, чтобы нижние шестерни в него частично погрузились. При вращении зубья захватывают масло и разбрызгивают его на другие детали.

Проектирование и порядок расчета

Расчет будущего редуктора начинается с определения передаточного момента и подборки его из нормированных пар. После этого уточняются диаметры деталей и межосевое расстояние валов. Составляется кинематическая схема, определяется оптимальная форма корпуса и крышки, номера подшипников. В сборочный чертеж входит кинематическая схема двухступенчатого редуктора, система смазки и способы ее контроля, типы подшипников и места их установки.

ГОСТ 16531-83 описывает все возможные виды и типоразмеры зубчатых колес, которые могут применяться в цилиндрических редукторах с указанием модуля, количества зубьев и диаметра. По размеру шестерни подбирается вал. Его прочность рассчитывается с учетом вращательного момента на скручивание и изгиб. Определяется минимальный размер, умножается на коэффициент прочности. Затем выбирается ближайший больший нормализованный размер вала. Шпонка рассчитывается только на срез и подбирается аналогично.

По диаметру вала выбирается подшипник. Его тип определяется направлением зуба. При косозубой передаче ставят упорные, более дорогие. Прямозубая передача не нагружает их в осевом направлении, и однорядные шарикоподшипники работают по несколько тысяч часов.

Схема сборки указывается на чертеже внизу и подробно расписывается в технологической документации, которая выдается в производство вместе с чертежами. На главном чертеже с общим видом в таблице указываются технические характеристики редуктора, которые затем переносятся в паспорт:

количество ступеней;
передаточное число;
число оборотов ведущего вала;
мощность на выходе;
КПД;
габариты;
вес.

Дополнительно могут указываться вертикальное расположение зацепления, направление вращение вала и способ установки: фланцевый или на лапах.