Устройство планетарного механизма – коробка, механизм, шестерня, ряд и расчет

Расположение элементов

Самая простая форма планетарного механизма включает в себя три комплекта передач с разной степенью свободы. Указанные выше сателлиты вращаются вокруг своих осей и одновременно вокруг солнца, остающегося на месте. Эпицикл связывает планетарный механизм снаружи и тоже вращается посредством поочередного сцепления зубьев (его и сателлитов). Такая конструкция способна в одной плоскости изменять крутящий момент (угловые скорости).

В простом планетарном механизме может вращаться солнце и сателлиты, а эпицентр оставаться фиксированным. В любом случае, угловые скорости всех составляющих не хаотичны, а имеют линейную зависимость друг от друга. По мере поворота носителя, обеспечивается низкоскоростной выход с высоким крутящим моментом.

То есть суть планетарной передачи заключается в том, что такая конструкция способна изменять, раскладывать и складывать крутящий момент и проводимую угловую скорость. Вращательные движения при этом происходят в одной геометрической оси. Устанавливается необходимый элемент трансмиссии различных транспортных средств и механизмов.

Особенности структурных материалов и схем

Однако фиксированный компонент не всегда необходим. В дифференциальных системах каждый элемент вращается. Механизмы планетарные, подобные этому, включают в себя один выход, управляемый (управляющий) двумя входами. Например, дифференциал, который управляет осью в автомобиле, представляет собой подобную передачу.

Такие системы работают по тому же принципу, что и структуры с параллельным валом. Даже простая планетарная передача имеет два входа, закрепленная кольцевая шестерня представляет собой постоянный вход нулевой угловой скорости.

Детальное описание устройств

Смешанные планетарные конструкции могут иметь разное количество колес, а также различные передачи, посредством которых они соединяются. Наличие таких деталей значительно расширяет возможности механизма. Составные планетарные конструкции могут быть собраны так, чтобы вал несущей платформы двигался с высокой скоростью. В результате некоторые проблемы с редукцией, солнечной шестерней и прочими могут быть устранены в процессе усовершенствования устройства.

Таким образом, как видно из приведенной информации, планетарный механизм работает по принципу передачи вращения между звеньями, являющимися центральными и подвижными. При этом сложные системы более востребованы, чем простые.

Варианты конфигурации

В планетарном механизме можно использовать колеса (шестерни) различной конфигурации. Подходят стандартные с прямыми зубьями, косозубые, червячные, шевронные. Тип зацепления на общий принцип работы планетарного механизма не будет влиять. Главное, чтобы совпадали оси вращения водила и центральных колес. А вот оси сателлитов могут располагаться в других плоскостях (скрещивающихся, параллельных, пересекающихся). Пример скрещивающихся — дифференциал межколесный, у которого зубчатые колеса имеют коническую форму. Пример скрещивающихся — дифференциал самоблокирующийся, у которого зацепление червячное (Torsen).

Простые и сложные устройства

Как уже отмечалось выше, схема планетарного механизма всегда включает водило и два центральных колеса. Сателлитов может быть сколько угодно. Это, так называемое, простое или элементарное устройство. В таких механизмах конструкции могут быть такими : «СВС», «СВЭ», «ЭВЭ», где:

• С — солнце.
• В — водило.
• Э — эпицентр.

Каждый такой набор колес + сателлиты называется планетарным рядом. При этом все колеса должны вращаться в одной плоскости. Простые механизмы бывают одно- и двухрядными. В различных технических приборах и машинах они используются редко. Примером может послужить планетарный механизм велосипеда. По такому принципу работает втулка, благодаря которой осуществляется движение. Ее конструкция создана по схеме «СВЭ». Сателлитов в не 4 штуки. При этом солнце жестко крепится к оси заднего колеса, а эпицентр является подвижным. Вращаться его вынуждает велосипедист, нажимающий на педали. При этом скорость передачи, следовательно, и скорость вращения могут меняться.

Гораздо чаще можно встретить сложные зубчатые планетарные механизмы. Их схемы могут быть самыми разными, что зависит от того, для чего предназначается та или иная конструкция. Как правило, сложные механизмы состоят из нескольких простых, созданных по общему правилу для планетарной передачи. Такие сложные системы бывают двух-, трех- или четырехрядные. Теоретически можно создавать конструкции и с большим числом рядов, но на практике такое не встречается.

Плоские и пространственные устройства

Некоторые думают, что простой планетарный механизм обязательно должен быть плоским. Это верно лишь отчасти. Сложные устройства тоже могут быть плоскими. Это значит, что планетарные ряды, сколько бы их ни использовалось в устройстве, находятся в одной либо в параллельных плоскостях. Пространственные механизмы имеют планетарные ряды в двух и более плоскостях. При этом самих колес может быть меньше, чем в первом варианте. Заметим, что плоский планетарный механизм такой же, как и пространственный. Разница состоит только в занимаемой устройством площади, то есть в компактности.

Степени свободы

Так называется совокупность координат вращения, позволяющая определить положение системы в пространстве в данный момент времени. Фактически каждый планетарный механизм имеет степеней свободы не менее двух. То есть угловые скорости вращения любого звена в таких устройствах не связаны линейно, как в других зубчатых передачах. Это позволяет получать на выходе угловые скорости не такие, какие есть на входе. Объяснить это можно тем, что в дифференциальной связи в планетарном механизме находятся три элемента в любом ряду, а остальные будут связаны с ним линейно, посредством какого-либо одного элемента ряда. Теоретически можно создать планетарные системы с тремя и более степенями свободы. Но на практике они оказываются неработоспособными.

Передаточное отношение планетарного механизма

Это важнейшая характеристика вращательного движения. Она позволяет определить, во сколько раз увеличился момент силы на валу ведомом по отношению к моменту вала ведущего. Определить передаточное отношение можно по формулам:

i = d2/d1 =Z2/Z1 = M2/M1 = W1/W2 = n1/n2, где:

• 1 — звено ведущее.
• 2 — звено ведомое.
• d1, d2 — диаметры первого и второго звеньев.
• Z1, Z2 — число зубьев.
• M1, M2 — крутящие моменты.
• W1 W2 — угловые скорости.
• n1 n2 — частота вращения.

Таким образом, при передаточном отношении выше единицы на ведомом валу увеличивается момент силы, а частота и угловая скорость уменьшаются. Это всегда нужно учитывать при создании конструкции, потому что передаточное отношение в планетарных механизмах зависит от того, сколько зубьев имеют колеса, и какой именно элемент ряда является ведущим.

Область применения

В современном мире существует множество различных машин. Многие из них работают с помощью планетарных механизмов.

Они используются в автомобильных дифференциалах, планетарных редукторах, в кинематических схемах сложных станков, в редукторах воздушных двигателей самолетов, в велосипедах, в комбайнах и тракторах, в танках и другой военной технике. По принципам планетарной передачи работают многие коробки передач, в приводах электрогенераторов. Рассмотрим еще одну такую систему.

Планетарный механизм поворота

Данная конструкция находит применение в некоторых тракторах, машинах на гусеничном ходу и танках. Простая схема устройства показана на рисунке ниже.

При выключении блокировочного фрикциона и включении тормоза поворота солнце начнет останавливаться, а сателлиты начнут двигаться вокруг своих осей. Тем самым они создают момент на водиле и вращают ведущее колесо гусеницы.

Износ

Что касается срока службы и амортизации, то в линейных механизмах планетарных систем распределение нагрузки заметно среди основных компонентов.

Термическая и циклическая усталость могут повышаться в них за счет ограниченного распределения нагрузки и того факта, что планетарные передачи могут вращаться довольно быстро по их осям. Более того, при высоких скоростях и передаточных отношениях планетарного механизма, центробежные силы могут значительно увеличить величину движения. Также следует заметить, что по мере снижения точности производства и увеличения количества сателлитов тенденция к дисбалансу возрастает.

Эти устройства и их системы могут даже подвергнуться износу или амортизации. Некоторые конструкции будут чувствительны даже к небольшим дисбалансам и способны потребовать качественные и дорогие компоненты сборки. Точным расположением планетных штифтов вокруг оси солнечной шестерни может быть ключ.

Другие схемы планетарных механизмов, которые помогают балансировать нагрузки, включают использование плавающих подузлов или «мягких» креплений, чтобы обеспечить максимально долговечное движение солнца или эпицентра.

Основы синтеза планетарных устройств

Эти знания нужны при проектировании и создании узлов машин. Понятие «синтез планетарных механизмов» заключается в расчете числа зубьев в солнце, эпицентре и сателлитах. При этом необходимо соблюсти ряд условий:

• Передаточное отношение должно равняться заданному значению.
• Зацепление зубьев колес должно быть правильным.
• Необходимо обеспечить соосность входного вала и выходного.
• Требуется обеспечить соседство (сателлиты не должны мешать друг другу).

Также при проектировании нужно учитывать габариты будущей конструкции, ее массу и КПД.

Если задано передаточное число (n), то число зубьев на солнце (S) и на планетарных шестернях (P) должно удовлетворять равенству:

n = S/P

Если допустить, что число зубьев на эпицентре рано (А), то при заблокированном водиле должно быть соблюдено равенство:

n = -S/A

Если закреплен эпицентр, то будет верным следующее равенство:

n = 1+ A/S

Так производится расчет планетарного механизма.

Преимущества и недостатки

Существует несколько видов передачи, которые благополучно используются в различных устройствах. Планетарная среди них выделяется следующими достоинствами:

• Обеспечивается меньшая нагрузка на каждый зубец колес (и солнца, и эпицентра, и сателлитов) за счет того что нагрузка на них распределяется более равномерно. Это положительно влияет на срок службы конструкции.
• При той же мощности планетарный механизм имеет меньшие габариты и массу, чем при использовании других видов передачи.
• Возможность достигать большего передаточного числа с меньшим количеством колес.
• Обеспечение меньшего уровня шума.

Недостатки планетарных механизмов:

• Нужна повышенная точность при их изготовлении.
• Малый КПД при сравнительно большом передаточном отношении.

fb.ru

Планетарный механизм — это… Что такое Планетарный механизм?

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°.

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

Передаточное отношение

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.

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

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.

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.

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

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

• Один оборот солнечной шестерни даёт —S/P оборотов планетарных шестерён;
• Один оборот планетарной шестерни даёт P/A оборотов кольцевой.

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

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

Всё вышесказанное можно описать следующим выражением:

,

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

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

Применение

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

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

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

Cм. также

Wikimedia Foundation. 2010.

dic.academic.ru

4.2.2. Планетарные механизмы

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

План механизма

План линейных скоростей

Рис. 4.12. Планетарный механизм

Кинематический анализ планетарных механизмов

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

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

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

, откуда передаточное отношение планетарного механизма будет . При этом .

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

В общем виде формула Виллиса представляется как

где n и l – центральные колёса. При этом

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

.

Из плана угловых скоростей:

где μ_ω – масштабный коэффициент плана угловых скоростей.

Передаточное отношение i_1-н⁽³⁾ оказывается положительным, так как отрезки ирасполагаются по одну и ту же сторону от вертикалиOF.

Наиболее распространённые схемы планетарных механизмов

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

Рис. 4.13. Основные схемы планетарных механизмов

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

Наименьшие габариты механизм имеет при i_1-H⁽³⁾ = 4. Максимальное передаточное отношение можно получить в случае, когда неподвижным звеном является большое центральное колесо.

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

Схема 2. Редуктор со сдвоенными сателлитами по габаритам мало отличается от редуктора Джемса при i_1-H⁽³⁾ = 7. Передаточное отношение передачи .

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

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

.

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

.

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

studfile.net

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/n_Н = 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 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:

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

u’ = (n₁ – n₂)/(n₃ – n_Н) = — z₃/z₁,

где (n₁ – n_Н) и (n₃ – n_Н) – 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 – n_Н)/(- n_Н) = — z₃/z₁;
— n₁/n_Н+ 1 = -z₃/z₁

или

u = n₁/n_Н= 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 a_w зубчатых пар с внешним и внутренним зацеплением должны быть равны.
Из рис. 1 для немодифицированной прямозубой передачи:

a_w = 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 d_a2 = m(z₂ + 2) , была меньше расстояния l между их осями (рис. 1), т. е.:

d_a2 < l = 2a_w sin (180˚/c),        (2)

где a_w = 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 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:

a_w = 450(u’ + 1)× ³√{(К_НТ₁К_c)/(ψ_bau'[σ]_Н²с)},

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 < Н ≤ 50 HRC,
        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 = 1,1b₂.

Модуль зацепления определяют по формуле:

m = 2a_w/(z₂ + z₁).

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

a_w = m(z₂ + z₁)/2.

Окружную силу F_t в зацеплении вычисляют по формуле:

F_t = 2×10³К_cТ₁/сd₁.

Радиальную силу F_r определяют по формуле:

F_r = F_t tg α_w,

где α_w = 20˚ – угол зацепления.

***

Волновые передачи

k-a-t.ru

Механизм планетарной передачи и чертеж

Кроме обычных зубчатых передач, рассмотренных выше, на тракторах часто применяется планетарная передача, которая получила такое название потому, что ее детали перемещаются относительно друг друга аналогично движению планет вокруг солнца.

Устройство

Простейшая планетарная передача состоит из следующих главных частей:

1. Центральную — солнечную шестерню
2. Наружную — коронную шестерню
3. Сателлиты — спутники, вращающиеся вокруг центральной солнечной шестерни
4. Водило.

Коронная шестерня содержит внутренний зубчатый венец – корону и соединяется с валом, опирающимся на подшипники. Солнечная шестерня с наружными зубьями закреплена на целом или полом валу, также опирающемся на подшипники. На чертеже представлена такая передача.

1 – ведущий вал; 2 – коронная шестерня; 3 – сателлит; 4 – водило; 5 – солнечная шестерня; 6 – тормоз солнечной шестерни; 7 – ведомый вал; 8 – муфта сцепления.

Сателлиты входят одновременно в зацепление с коронной и солнечной шестернями и свободно вращаются в подшипниках на осях, закрепленных во фланце, который называется водилом. Водило планетарной передачи соединяется с ведомым валом. Такая планетарная передача работает разными способами.

Рабочий процесс

Если вращать коронную шестерню, соединенную с ведущим валом, при свободно вращающейся на подшипниках солнечной шестерне, то водило, соединенное с ведомым валом, не будет вращаться. В этом случае сателлиты будут передавать вращение солнечной шестерне в обратном направлении с передаточным числом, которое зависит от соотношения диаметров сцепленных шестерен.

В случае если солнечную шестерню затормозить, то при вращении коронной шестерни, сателлиты, обкатываясь по неподвижной солнечной шестерне, будут вести за собой водило, вращая ведомый вал с необходимым передаточным числом.

Если же жестко соединить между собой солнечную шестерню и водило, например, при помощи муфты сцепления, планетарный механизм будет замкнут — заблокирован и начнет вращаться, как одно целое. При этом число оборотов ведущего и ведомого валов будет одинаковым, передаточное число равно 1,0.

Включать и выключать такую передачу можно без прекращения вращения коронной шестерни и ведущего вала.

Возможны и другие случаи использования планетарной передачи, когда ведущая часть — солнечная шестерня, а ведомая — коронная.

Рассмотренная простейшая планетарная передача, у которой сателлиты одновременно входят в зацепление с солнечной и коронной шестернями, носит название передачи с внешним и внутренним зацеплением.

Механизм передачи с внешним зацеплением

Такая передача снабжается двойными сателлитами, которые входят в зацепление только с двумя солнечными шестернями, одна соединяется с ведущим валом, а вторая — с ведомым.

Главные достоинства:

• универсальность использования
• малые размеры и вес при получении больших передаточных чисел
• возможность изменения передаточных чисел без остановки ведущего и ведомого валов, на ходу трактора
• большой срок службы, так как все шестерни в постоянном зацеплении друг с другом и работают в масле.

Для остановки планетарной передачи используют ленточные тормоза, а для соединения частей друг с другом, блокирования — дисковые муфты сцепления.

Планетарные механизмы из-за преимуществ начинают шире применять на тракторах для изменения передаточных чисел силовой передачи на ходу при помощи увеличителя крутящего момента, для поворота гусеничного трактора и в механизме независимого привода вала отбора мощности.

tractor-server.ru