Передаточное число планетарной передачи: Планетарная передача: расчет, принцип работы

В планетарной передаче есть и другие ограничения, так как колёса взаимосвязаны. Основная цель выбора чисел зубьев — обеспечение заданного передаточного отношения

,                                                  (48)

откуда

.                                                            (49)

Задаваясь числом зубьев солнечного колеса z ³ 17, определяют число зубьев корончатого колеса z₃. Число зубьев сателлитов определяют

.                                                      (50)

Невыполнение условия соосности (если z₂ — не целое число) и нижеследующих условий требует увеличения z₁ и пересчёта z₃ и z₂.

Условие сборки проверяют по зависимости

,                                                      (51)

где п_с – число сателлитов, обычно принимают п_с = 3;   g – любое целое число.

Условие соседства

                                                (52)

гарантирует отсутствие интерференции соседних сателлитов. На интерференцию также проверяется внутреннее зацепление (условие правильности внутреннего зацепления)

Таблица 13

Подбор чисел зубьев с оптимизацией по габаритам может быть выполнен также по методу пропорций и на ЭВМ (программа ТМ22, алгоритм расчёта изложен в пособиях [4, 5]).

Пример 7. Рассчитать числа зубьев планетарной передачи по схеме рис. 10 по следующим исходным данным: передаточное отношение   = 6,5; число сателлитов п_с = 3.

Решение.

1)  В папке ТММ выводим курсор на gwbasic.exe (вход в систему BASIC) и нажимаем клавишу ENTER.

2)  Нажимаем функциональную клавишу F3 (на дисплее высветится «LOAD» – загрузка) и набираем ТM21 ENTER.

3)  Нажимаем функциональную клавишу

4)  Вводим исходные данные.

1 – шифр редуктора Джеймса.

7 – передаточное отношение.

.04 – допускаемое отклонение передаточного отношения (4%).

3 – число сателлитов.

.96 – КПД одной зубчатой ступени (0,95…0,97).

17 – минимальное число зубьев.

150 – максимальное число зубьев.

Распечатка компьютерных данных приведена на рис. 11.

***********************  РЕДУКТОР ДЖЕЙМСА ***********************

**  Числа зубьев                                                                                                         **

**     солнечного колеса                                                                            17

**     сателлитов                                                                                         37

**     корончатого колеса                                                                           91

**  Передаточное отношение                                                                    6.35

**  Отклонение передаточного отношения                                            -0.0226

**  КПД редуктора                                                                                     0.934

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.

Планетарные редукторы — обзор основных критериев проектирования и новые возможности для определения размеров. — ранжирование задач.

Например, определенные типы планетарных редукторов:

• Круглосуточная работа семь дней в неделю в течение более 30 000 часов при картонной упаковке. Редукторы со смазкой на весь срок службы не требуют технического обслуживания, а высокое отношение крутящего момента к размеру обеспечивает компактность и малую площадь основания машины.

• Помогает достичь точности в пределах нескольких десятитысячных дюйма на станках плазменной резки благодаря исключительно малому люфту. Винтовая зубчатая передача обеспечивает быстрое позиционирование и плавное движение, а герметичные редукторы защищают от абразивной пыли, образующейся во время резки.

• Ограничьте шум и вибрацию и соблюдайте строгие требования по люфтам в сканирующих столах для пациентов с сердечно-сосудистыми заболеваниями.

• Оборудование для пищевой промышленности позволяет нарезать мясо, хлеб и замороженные продукты со скоростью до четырех кусочков в секунду. Также доступны тонкие прямоугольные конструкции, которые помещаются в корпус машины и обеспечивают тихую и плавную работу.

Планетарный редуктор получает высокоскоростную передачу с низким крутящим моментом, например, от электродвигателя, затем увеличивает крутящий момент и снижает скорость на выходе редуктора соотношение. Это позволяет двигателям работать на более высоких и эффективных оборотах в оборудовании, работающем на низких скоростях. Это также снижает инерцию, отражающуюся обратно на двигатель, повышая стабильность. А использование планетарного редуктора часто позволяет машиностроителям уменьшить размер и стоимость оборудования для управления движением.

Планетарные передачи с косозубыми зубчатыми колесами, а не прямозубыми, имеют большее передаточное отношение. Коэффициент контакта — это количество зубьев в зацеплении в любой момент времени. В то время как типичная прямозубая передача имеет коэффициент контакта 1,5, косозубая передача увеличивает его более чем вдвое до 3,3.

• На 30–50 % больше крутящего момента, чем у эквивалентной цилиндрической планетарной передачи.
• Лучшее распределение нагрузки, что увеличивает срок службы.
• Более плавная и тихая работа.
• Люфт уменьшен на целых 2 угловых минуты.

Угол наклона зубчатой ​​рейки также оказывает существенное влияние на производительность, поскольку чем больше угол, тем больше зубьев одновременно находится в зацеплении. Таким образом, увеличение угла наклона винтовой линии с типичных 12° до 15° повышает крутящий момент на 17–20%; и на целых 40% по сравнению с прямозубыми цилиндрическими зубчатыми колесами. Шестерни с углом подъема спирали 15° также издают меньше шума.

Зубья косозубых шестерен создают осевые нагрузки на вал двигателя. Подшипники редуктора должны компенсировать эти нагрузки. Цилиндрические редукторы, в которых используются шарикоподшипники с незначительной осевой нагрузкой или вообще без нее, могут привести к преждевременному выходу из строя подшипника двигателя или шестерни. Лучше использовать конические роликовые подшипники, например, в винтовых редукторах Micron, чтобы полностью компенсировать осевые нагрузки.

Передаточные числа одноступенчатых планетарных редукторов варьируются от 3:1 до 10:1. Передаточное отношение не может превышать 10:1, потому что шестерни могут быть сделаны очень маленькими. Передаточное число больше 10:1 возможно при использовании дополнительной планетарной ступени, хотя обычно это увеличивает длину и стоимость. Планетарные конструкции также не могут иметь передаточное число менее 3:1, потому что тогда шестерня и внешнее зубчатое колесо должны быть почти одинакового размера, не оставляя места для планетарных шестерен. Передаточные числа от 4:1 до 8:1 обеспечивают наилучшее сочетание размера шестерни и планетарной передачи, производительности и срока службы.

Выпуклость включает небольшое изменение профиля зуба шестерни для улучшения выравнивания зубчатого зацепления, увеличения допустимого крутящего момента и снижения шума. Это также улучшает распределение нагрузки на боковую поверхность зуба, тем самым сводя к минимуму зоны высокого напряжения, которые могут вызвать питтинг на поверхности.

Для эффективной работы планетарного редуктора необходим некоторый зазор. Зазор предотвращает чрезмерный нагрев и износ шестерен, а также обеспечивает хорошую смазку. Но небольшой зазор между зубьями шестерни приводит к холостому ходу. Редукторы реального мира также не могут иметь бесконечную жесткость на кручение, поэтому закручивание (изгиб) в редукторе создает дополнительные потери движения.

При выборе редуктора важно знать, как разные производители измеряют люфт. Строгих стандартов, регламентирующих, как измерять люфт, не существует. Это может привести к путанице и заблуждениям. Некоторые производители измеряют и усредняют четыре или более точек на выходном валу, чтобы получить спецификацию люфта. Используя этот метод, устройство с измерениями люфта 4, 6, 10 и 12 угловых минут будет иметь рейтинг 8 угловых минут. Инженеры Thomson считают, что люфт должен основываться на наибольшем измерении на выходном валу, поэтому приведенный выше пример дает оценку 12 угловых минут.

Кроме того, некоторые производители применяют 2 % от номинального крутящего момента для создания рейтинга люфта, в то время как другие применяют меньшее значение. Последний дает более низкие измерения люфта и не дает истинных оценок люфта в течение всего срока службы продукта.

Люфт со временем будет увеличиваться. Планетарный редуктор может иметь 8 угловых минут люфта из коробки, но, например, 15 угловых минут после шести месяцев использования. Поэтому то, насколько хорошо планетарный редуктор сохраняет точность в течение всего срока службы, является важным фактором для большинства пользователей.

Правильный выбор редуктора и его точный размер имеют решающее значение для обеспечения длительного и надежного срока службы. В качестве отправной точки конструкторы могут приблизить требуемый размер редуктора из:

T _r = T _m × r × e

, где T _r = крутящий момент приложения, T _м = непрерывный крутящий момент, r = передаточное отношение и e = эффективность.

Однако для точного определения размера редуктора инженеры должны учитывать полный профиль движения, включая скорость, крутящий момент, ускорение, замедление и частоту циклов. И они должны применять понижающий коэффициент для условий высокой цикличности. (Типичные значения показаны в таблице.)

Для безостановочных приложений с длительным режимом работы коэффициенты снижения номинальных характеристик не требуются. В этих случаях наиболее распространенной проблемой является перегрев, который разрушает смазку и приводит к выходу из строя шестерни. Высокопроизводительные редукторы, такие как Micron EverTrue, рассчитаны на работу в режиме 24/7, работу при температуре до 140°F и срок службы более 30 000 часов.

Онлайн-инструменты для выбора и определения размеров могут сэкономить время, позволяя инженерам найти и сравнить планетарные редукторы, подходящие для конкретного применения. (Подробнее см. на боковой панели.)

Некоторые проблемы могут возникнуть в редукторах, которые не подобраны по размеру и не установлены должным образом.

Шум редуктора

Несоответствующая входная скорость, передаточное число редуктора, выходной крутящий момент, радиальные и осевые нагрузки, а также ошибки монтажа могут способствовать возникновению шума редуктора. Но правильный монтаж имеет решающее значение для минимизации шума и максимизации производительности. Многие редукторы необходимо устанавливать на серводвигатель в вертикальном положении. Это позволяет валу двигателя центрировать редуктор. После установки на двигатель редуктор можно использовать в любом положении.

Трение в редукторе

Избыточное количество смазки, компоненты с недопустимыми допусками и плохое качество шестерни или подшипника могут вызвать чрезмерное трение и сопротивление. Ищите производителей редукторов, которые проверяют каждый редуктор на входное сопротивление перед отправкой. Каждый размер и соотношение имеют приемлемый диапазон сопротивления, и пиковые уровни следует измерять в обоих направлениях.

Уплотнение редуктора

Если требуется защита от пыли, грязи и воды, имейте в виду, что сочетание двигателя IP65 и редуктора IP65 не всегда обеспечивает степень защиты IP65. Посмотрите внимательно, как герметизирован интерфейс между двигателем и редуктором. Наилучшим подходом является использование уплотнительных колец между всеми корпусами для защиты IP65 на всей сборке.

Новый тип планетарного редуктора, Micron AquaTrue, соответствует требованиям IP67 для обработки, упаковки и розлива пищевых продуктов и напитков благодаря круглому корпусу из нержавеющей стали без внешних швов. Такие редукторы могут выдерживать воздействие едких чистящих химикатов и промывки под высоким давлением, что дает инженерам возможность гибкого монтажа без дополнительных затрат и сложности компонентов, таких как кожухи, экраны и механические трансмиссии.

Смазка редуктора

Масло или смазка могут эффективно смазывать планетарные редукторы. Преимущество консистентной смазки состоит в том, что она обеспечивает смазку на весь срок службы редуктора, что устраняет потребность в техническом обслуживании. Смазка позволяет производить монтаж в любом положении и устраняет опасения по поводу утечек.

Масло требует технического обслуживания и повторной смазки, обычно каждые несколько тысяч часов. Утечки всегда являются проблемой при смазке маслом. Ориентация с масляной смазкой обычно ограничена, должна быть указана при заказе и, как правило, не может быть изменена. Распространенным заблуждением является то, что маслонаполненные узлы всегда работают холоднее, чем шестерни с консистентной смазкой. На самом деле, уплотнение, необходимое для маслонаполненного редуктора, часто выделяет больше тепла, чем масло сохраняет.

© 2012 Penton Media, Inc.

Расчет передаточного числа планетарной передачи

Мне часто задают вопрос, как рассчитать планетарную передачу с помощью Генератор зубчатых колес

Для удобства обозначим R, S и P как количество зубьев на шестернях.

Второе ограничение:
Р = 2 × П + С

То есть количество зубьев в зубчатом венце равно количеству зубов в средней солнечной шестерне плюс удвоенное число зубьев планетарной шестерни.

В шестерне слева это будет 30 = 2 × 9 + 12.

Это можно сделать более ясным, если представить «шестерни», которые просто катятся (без зубьев), и представить себе четное число планетарных шестерен. На иллюстрации слева видно, что диаметры солнечной шестерни плюс две планетарные шестерни должны быть равны размеру зубчатого венца.

Теперь представьте, что мы вынимаем одно из зеленых планетарных колес и переставляем остальные. быть равномерно распределены. Еще тот же размер шестерни.

Теперь представьте, что у колес есть зубья. Зубы будут торчать за линию колеса на сколько они отступают, чтобы линия шага шестерен была линией вокруг шестерни. Геометрия работает так же. Если вы войдете в шестеренчатый генератор и выберите «показать диаметр шага», вы можете увидеть, что диаметр шага — это просто круг чтобы зубы располагались по центру.

Делительный диаметр шестерни — это просто количество зубьев, деленное на диаметральный шаг. (большие значения «диаметрального шага» означают меньшие зубья). Программа генератора шестерен, как правило, относится к расстоянию между зубьями. Диаметр шага также можно рассчитать как расстояние между зубьями * количество зубьев / (2 * π), где 2*π = 6,283

Вот еще один планетарный редуктор. Средняя часть удалена…

… и вот он вставлен.

В этом случае планетарные шестерни имеют 12 зубьев, солнечная шестерня — 18, а коронная шестерня — 42 зуба.

Итак, применяя

Р = 2×П + С

Получаем

42 = 2 × 12 + 18

Эти фотографии являются частью удивительно сложной планетарная передача Рональда Уолтерса.

Расчет передаточных чисел планетарной передачи

( R + S ) × T _y = R × T _r + T _с × S

Пример:

( R + S ) × T _y = T _с × S

Теперь, если мы ведем солнечную шестерню, мы можем изменить формулу для определения оборотов водила Y:

С / (Р+С)

Ограничения по количеству зубьев и сателлитов

Если вы хотите, чтобы они были равномерно распределены, но не нужно, чтобы все они находились в одной фазе по отношению к их зубьям, то сумма зубьев зубчатого венца и солнца количество зубьев шестерни должно быть без остатка кратно числу сателлитов. То есть:

( R + S ) делится без остатка на количество планет.

Однако, если вы хотите разместить планеты неравномерно, это ограничение не действует. подать заявление. Однако угол между планетарными шестернями относительно солнечной шестерни по-прежнему ограничивается:

Наконец, вот еще одно классное расположение шестерен, хотя и не совсем «планетарное».

Если вы поместите шестерню внутри другой шестерни, при этом внутренняя шестерня имеет количество зубьев половина числа зубьев зубчатого венца, любая точка на делительном диаметре внутренней шестерни будет двигаться вперед и назад по прямой линии.