Что такое передаточное отношение планетарного редуктора

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:

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.

Читайте также: Замок cisa с редуктором

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 n_Н , 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:

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 n_Н из частоты вращения колес.
Тогда для обращенного механизма этой передачи имеем:

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:

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 :

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

где d = mz — делительные диаметры колес.

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

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:

Условие соседства требует, чтобы сателлиты не задевали зубьями друг друга. Для этого необходимо, чтобы сумма радиусов вершин зубьев соседних сателлитов, равная d_a2 = m(z₂ + 2 ) , была меньше расстояния l между их осями (рис. 1), т. е.:

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

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.

Читайте также: Как должен правильно стоять газовый редуктор

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 Y_A , учитывающий двустороннее приложение нагрузки (симметричный цикл нагружения).

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

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

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

Модуль зацепления определяют по формуле:

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

Окружную силу F_t в зацеплении вычисляют по формуле:

Радиальную силу F_r определяют по формуле:

где α_w = 20˚ – угол зацепления.

Видео:7 недостатков планетарной передачиСкачать

Конструкция планетарного редуктора

Конструкция планетарных редукторов играет решающую роль в работе оборудования с ЧПУ. От него зависит точность обработки, чистота поверхностей деталей возможность работы с теми или иными материалами заготовок. Комплектный привод состоит из мотора (электродвигателя), механической передачи (редуктора) и системы управления, включающей силовой преобразователь. Конструкция второго элемента из этого списка оказывает наиболее существенное влияние на мощностные и массово-габаритные характеристики.

Среди всех известных механик привода особое место занимают планетарные редукторы. Они нашли применение в составе подавляющего большинства мехатронных систем, в том числе в станках с ЧПУ. В таких механизмах качество работы планетарного редуктора определяется не только передаваемой мощностью и КПД, но и более «тонкими» показателями: плавностью, кинематической точностью, жесткостью, виброактивностью, моментом инерции и количеством мертвого хода.

Видео:Планетарные механизмыСкачать

Конструкция планетарного редуктора

Объяснить принцип работы планетарного редуктора можно на примере устройства простейшей одноступенчатой модели. В состав механизма входят 4 звена:

• Солнечная шестерня. Обычно она выполнена заодно с быстроходным валом.
• Сателлиты – зубчатые колеса, симметрично расположенные вокруг солнечной шестерни. Они вращаются вокруг своих осей.
• Эпицикл – зубчатый венец с внутренним зацеплением. Сателлиты входят в зацепление с солнечной шестерней и эпициклом.
• Водило. Оси сателлитов, вращающиеся вокруг солнечной шестерни, представляют собой единое звено с тихоходным валом. Оно называется водилом.

Благодаря концентричности трех групп зубчатых колес быстроходный и тихоходный валы в устройстве планетарного редуктора всегда располагаются на одной оси. Это очень удобно с точки зрения компоновки привода и его соединения с исполнительным механизмом, например, ходовым винтом станка. Многие производители реализуют так называемые мотор-редукторы — комплектную приводную механику с электродвигателем в моноблоке.

В простейшей передаче тихоходный вал (солнечная шестерня) получает вращение от двигателя и через зацепление передает ее на сателлиты, которые за счет неподвижного эпицикла заставляют вращаться свои оси (водило, тихоходный вал). Более сложный вариант планетарной передачи – дифференциал. Эпицикл в нем не зафиксирован. Дифференциальная передача может складывать моменты (то есть иметь два источника вращения) или разделять их (от одного двигателя приводить во вращение два исполнительных механизма).

Видео:5 режимов работы планетарной передачи дифференциального механизмаСкачать

От чего зависит передаточное число планетарного редуктора?

Степень редуцирования (передаточное число) рассчитывается как отношение числа зубьев эпицикла и солнечной шестерни или их делительных диаметров. При этом количество зубьев на сателлитах на нее не влияет. Передаточное отношение простого одноступенчатого планетарного редуктора составляет от 3 до 10. При больших значениях не удается сохранить условие контактной прочности зубьев. Увеличение или уменьшение передаточного отношения в указанных пределах выполняется за счет изменения геометрии зубчатых колес.

Большие степени редуцирования можно получить двумя способами:

• Последовательной установкой нескольких планетарных передач.
• Встраивание конической зубчатой передачи (в качестве первой ступени) в планетарный редуктор.

Читайте также: Колесные редукторы для газ

Поскольку второй способ предполагает смещение оси вращения, чаще всего прибегают к установке конических прямозубых или гипоидных передач. Угловые редуктора нередко оказываются удачным решением для компоновки узла машины.

Видео:7. Определение передаточного отношения планетарного механизма аналитическим методомСкачать

Сколько должно быть сателлитов?

В сравнении с обычной передачей в планетарном зацеплении оказывается большее количество зубьев, и все они задействованы в перемещении мощности. С увеличением числа сателлитов снижается нагрузка на каждый из них, соответственно, есть возможность для уменьшения их диаметра и ширины (материалоемкости производства) при сохранении прочностных характеристик устройства планетарного редуктора. Рассеивание мощности сопровождается снижением износа зубьев, а также повышением жесткости привода на скручивание.

В планетарных редукторах обычно используются три (реже – четыре) сателлита. С увеличением их количества растут требования к точности исполнения деталей. Так, смещение одной из осей сателлита приводит к неравномерному распределению передаваемой мощности. Это негативно отражается на сроке службы зубьев и подшипников.

Видео:4. Определение передаточного отношения планетарного механизма графическим методомСкачать

Преимущества и недостатки планетарных редукторов

Планетарные редукторы находят применение в приводных системах различных механизмов и машин. Их популярность объясняется широким перечнем преимуществ перед обычными редукторами с цилиндрическими и коническими передачами:

1. Возможность реализации разных кинематических схем. Планетарный механизм может выполнять функции:
   1. Редуктора с постоянным передаточным отношением (с зафиксированным эпициклом или водилом);
   2. Коробки передач при последовательной фиксации звеньев;
   3. Дифференциального механизма с двумя степенями свободы, который можно использовать для сложения и вычитания движений.

   В серво и шаговых приводах для перемещения станков с ЧПУ планетарные редукторы дают еще ряд специфических для них преимуществ:

   1. Увеличение разрешения привода.
   2. Возможность работы на больших ускорениях.
   3. Снижение вероятности пропуска шагов благодаря увеличению крутящего момента.

   К условным недостаткам планетарных редукторов относят:

   1. Жесткие требования к качеству смазки и соблюдению регламента ее замены. Повышенные контактные нагрузки на зубья требуют использования марок масел, указанных производителем в технической документации. Переход на другие смазки может привести к снижению срока службы редуктора. Из-за отсутствия застойных зон в планетарном механизме частицы металла, попавшие в масло, всегда находятся во взвешенном состоянии и создают дополнительные абразивные нагрузки.
   2. Сложность в ремонте. Для проведения квалифицированного ремонта нужно специализированное оборудование: съемники и пресс для демонтажа и сборки, шаблоны и мерительный инструмент для выбраковки деталей.
   3. Высокое тепловыделение. Из-за компактных размеров и высоких передаваемых мощностей работа планетарного редуктора сопровождается выделением большого количества теплоты. Зачастую площадь наружной поверхности не справляется с ее отводом. Эту проблему можно устранить несколькими способами: принудительным воздушным охлаждением, системой постоянной циркуляции смазки, ограничением входной частоты вращения или установкой дополнительной механической передачи перед быстроходным валом.

   При соблюдении регламента обслуживания планетарные редукторы работают стабильно и не вызывают особых проблем.

   Видео:Инверсный планетарный редуктор, прецессирующий редуктор - объяснение большого передаточного числаСкачать

   

   Планетарные редукторы в станках MULTICUT

   Конструкция планетарного редуктора отличается высокой сложностью, и чтобы проявился весь комплекс его преимуществ, точность изготовления механизма должна быть очень высокой. Высокие требования предъявляются к соосности всех вращающихся деталей, к профилю и термообработке зуба. Важное условие работоспособности – герметичность уплотнений на входном и выходном валах. При выборе механического силового агрегата нужно учитывать не только заявленные в паспорте технические характеристики, но и обращать внимание на производителя.

   В планетарных приводах станков MULTICUT мы используем японские редукторы SHIMPO. Производитель специализируется на изготовлении приводной механики общепромышленного применения и специализированных узлов. Благодаря высокой точности нарезки зуба и прецизионной балансировке вращающихся деталей планетарные редукторы SHIMPO отличаются низким уровнем вибрации при работе на максимальных скоростях вращения и высокой точностью. Например, в планетарных серворедукторах общего назначения серии VRB максимальный люфт не превышает 3 угловых минут.

   К особенностям конструкции SHIMPO можно отнести:

   • широкий диапазон передаточных чисел (3 – 100);
   • жесткий выходной вал;
   • легкий алюминиевый корпус;
   • автоматическое центрирование с мотором, обеспечивающее хорошую соосность;
   • исполнение IP65.

   Для получения профессиональных консультаций по выбору элементов привода для станков MULTICUT отправьте ваши вопросы сотрудникам компании через обратную связь или задайте в телефонном режиме.

   Пройти тест

   • Свежие записи
     • Чем отличается двухтактный мотор от четырехтактного
     • Сколько масла заливать в редуктор мотоблока
     • Какие моторы бывают у стиральных машин
     • Какие валы отсутствуют в двухвальной кпп
     • Как снять стопорную шайбу с вала

     
     

     источники:

     https://evakuatorinfo.ru/chto-takoe-peredatochnoe-otnoshenie-planetarnogo-reduktora

     📹 Видео

     Устройство планетарного редуктора. Принцип работы и конструкция редуктора.Скачать

     

     Планетарная передача пять передаточных чисел в однойСкачать

     

     7 преимуществ планетарной передачи для инженера конструктораСкачать

     

     6.5 Двухступенчатая планетарная передачаСкачать

     

     Загадочная планетарная передача [Ликбез для всех]Скачать

     

     Передаточное число шестерен. Паразитные шестерниСкачать

     

     Работа планетарного редуктораСкачать

     

     Расчет планетарной зубчатой передачиСкачать

     

     Легко! Узнать передаточное число редуктора, без вскрытия!!Скачать

     

     Мощный привод из старого шуруповерта / Powerful drive from an old screwdriverСкачать

     

     Планетарный редуктор расчет передаточного отношения Planetary gear ratio calculationСкачать

     

     Как рассчитать передаточное число (отношение) зубчатого редуктораСкачать

     

     Как узнать передаточное число редуктора?Скачать

     

     Как вычислить передаточное число редуктораСкачать