Planetová převodovka – hlavní funkce a výhody použití v mechanismech

Planetová kola jsou ozubená kola, která mají ozubená kola s pohyblivými osami. Charakteristickým rysem mechanismů, které zahrnují planetové kolo (nebo ozubená kola), je přítomnost dvou nebo více stupňů volnosti. V tomto případě je úhlová rychlost libovolného přenosového spoje určena úhlovými rychlostmi zbývajících spojů.

Nejběžnější je jednoduchá planetová převodovka (obr. 1), který se skládá z centrálního kola 1 s vnějšími zuby, pevné centrální kolo 3 s vnitřními zuby; satelity 2 – kola s vnějšími zuby, které zabírají současně s koly 1 и 3 (na obr. 1 počet satelitů = 3), a jel Н, na kterém jsou upevněny osy satelitů. Unášeč je spojen s pomaloběžným hřídelem. U planetového převodu je jedno kolo nehybné (připojené ke skříni). Obvykle se vnější centrální kolo s vnitřními zuby nazývá korunové kolo (ozubeného věnce nebo epicyklu), a vnitřní kolo s vnějšími zuby je sluneční kolo (sluneční zařízení nebo slunce).

S nehybným kolem 3 otáčení kola 1 způsobuje rotaci satelitů 2 vzhledem k jejich vlastním osám a odvalování satelitů na kole 3 posouvá jejich osy a otáčí nosičem Н. Satelity se tak otáčejí vůči nosiči a spolu s nosičem kolem středové osy, c. e. provádějí pohyb podobný pohybu planet. Proto se takovým přenosům říká planetární.

S nehybným kolem 3 pohyb se přenáší nejčastěji z kola 1 k řidiči Н, pohyb lze přenášet z nosiče Н do kola 1.

V planetových převodech se používají nejen válcová, ale i kuželová kola s přímými nebo šikmými zuby.

Jsou-li všechny články planetového soukolí pohyblivé, tj. obě kola a unášeč, pak se takové ozubené kolo nazývá diferenciál.
Pomocí diferenciálního mechanismu můžete sečíst pohyb dvou článků na jednom nebo rozložit pohyb jednoho článku na dva další. Například v diferenciálu zadní nápravy automobilu je pohyb od unašeče Н přenášené současně na kola 1 и 3, který umožňuje, aby se jedno kolo při otáčení otáčilo rychleji než druhé.

Odrůdy planetových převodů

Existuje mnoho různých typů a konstrukcí planetových převodů. Nejpoužívanější ve strojírenství je jednořadá planetová převodovka, jejíž schéma je znázorněno v obrázek 1. Tento převod je konstrukčně jednoduchý a má malé rozměry. Najde uplatnění v silových a pomocných pohonech. Účinnost planetového převodu η = 0,96 . 0,98 při převodových poměrech u = 3 . 8.

Planetové mechanismy, které obsahují jedno nebo více planetových převodů, se dělí na jednořadé, dvouřadé a víceřadé. Každá sada centrálních ozubených kol a satelitů rotujících ve stejné rovině tvoří tzv. planetové soukolí. Jednoduchý planetární mechanismus se sadou jednokorunových satelitů je jednořadý. Jednoduché planetární mechanismy s dvoukorunovými satelity jsou dvouřadé. Složité planetární mechanismy mohou být dvě, tři, čtyři nebo dokonce pět řad.

Pro získání velkých převodových poměrů se v silových pohonech používají vícestupňová planetová soukolí. Na rýže. 2,a Planetové soukolí je tvořeno dvěma jednořadými planetovými soukolími zapojenými do série. V tomto případě je celkový převodový poměr u = u₁×u₂ ≤ 64a účinnost je η = η₁×η₂ = 0,92 . 0,96.

Na Obrázek 2, b ukazuje schéma planetového soukolí s dvouřadým (dvoukorunovým) satelitem, pro který při přenosu pohybu od kola 1 k řidiči Н v n₄ = převodový poměr je určen ze závislostí:

V tomto přenosu u = 3 . 19 při účinnosti η = 0,95 . 0,97.

Jak bylo uvedeno výše, planetová kola, ve kterých jsou všechny články pohyblivé, se nazývají diferenciály nebo jednoduše diferenciály.

Nevyhnutelné výrobní chyby vedou k nerovnoměrnému rozložení zátěže mezi satelity. Pro vyrovnání zatížení v převodech se třemi satelity je jedno z centrálních kol samonastavitelné v radiálním směru (bez radiálních podpěr). Pro samoinstalaci satelitů na pevné centrální kolo se používají soudečková valivá ložiska.
Na pevnost a tuhost nosiče jsou kladeny vysoké nároky, přičemž jeho hmotnost musí být minimální. Obvykle se nosiče vyrábí lité nebo svařované.

Výhody a nevýhody planetových převodů

Hlavní výhody planetových převodů jsou:

• malé rozměry a hmotnost díky přenosu energie několika proudy, číselně rovnající se počtu satelitů. V tomto případě se zatížení na každém rychlostním stupni několikrát sníží;
• snadné uspořádání ve strojích díky vyrovnání hnacího a hnaného hřídele;
• provoz s menší hlučností než u konvenčních převodů, díky menší velikosti kol a uzavření sil v mechanismu. Při symetrickém uspořádání satelitů jsou síly v přenosu vzájemně vyváženy;
• nízké zatížení hřídelí a podpěr, což zjednodušuje konstrukci podpěr a snižuje ztráty v nich;
• možnost získání velkých převodových poměrů s malým počtem převodů a malými rozměry převodovky.

Planetové převody nejsou bez nevýhod:

• zvýšené požadavky na přesnost výroby a montáže převodovek;
• více dílů včetně ložisek a složitější montáž.

Rozsah planetových převodů

Planetová soukolí se používají jako převodovky v převodech a zařízeních, v převodovkách automobilů a jiných samojízdných zařízeních, přičemž převodový poměr takové převodovky lze měnit střídavým brzděním různých článků (například unašeče nebo jednoho z kol ), v diferenciálech automobilů, traktorů atd. .p.

Planetové převody jsou široce používány v automatických převodovkách automobilů kvůli snadnému ovládání převodových poměrů (řazení převodových stupňů) a kompaktnosti. Planetové převody najdete i v pohonných mechanismech moderních jízdních kol. Často se používá planetové soukolí kombinované s elektromotorem (převodový motor, motor kola).

Převodový poměr planetových soukolí

Při stanovení převodového poměru planetového soukolí se používá metoda zastavení unašeče (Willisova metoda).
Podle této metody se přídavná rotace mentálně přenáší na celé planetové kolo s frekvencí otáčení n unašeče_Н , ale v opačném směru. Současně se nosič jakoby zastaví a pevné kolo se uvolní. Výsledkem je tzv. obrácený mechanismus, což je konvenční neplanetární převod, u kterého jsou geometrické osy všech kol nehybné. V tomto případě se ze satelitů stávají mezilehlá (parazitní) kola, tedy kola, která neovlivňují převodový poměr celého mechanismu.
Převodový poměr u reverzního mechanismu je určen jako u dvoustupňové převodovky s jedním vnějším a druhým vnitřním ozubením.

Podstatný je zde znak převodového poměru. Převodový poměr je považován za kladný, pokud se v obráceném mechanismu hnací a hnaný článek otáčejí ve stejném směru, a za záporný, pokud se v různých směrech. Tedy pro obrácený převodový mechanismus obr. 1 my máme:

kde z je počet zubů kola.

V uvažovaném obráceném mechanismu znaménko mínus znamená, že kola 2 и 3 otáčejte v opačném směru vzhledem ke kolu 1.

Jako příklad určíme převodový poměr pro planetové soukolí zobrazené v obr. 1, při přenosu pohybu od kola 1 k řidiči Н. Mentální zastavení řidiče na tomto rychlostním stupni je ekvivalentní odečtení jeho frekvence n_Н z rychlosti kola.
Pak pro obrácený mechanismus tohoto přenosu máme:

Pro planetovou převodovku, jejíž kolo 3 pevně upevněný v těle (n₃ = ), kolo 1 je vůdce a řídil Н – otrok.
Pak dostaneme převodový poměr této převodovky:

Volba počtu zubů planetových kol

Na rozdíl od konvenčních převodů začíná výpočet planetových převodů výběrem počtu zubů na kolech a satelitech. Zvažme posloupnost výběru počtu zubů na příkladu planetového kola zobrazeného v obr. 1.

Počet zubů z₁ centrální převodovka 1 nastavena z podmínky neprořezání dříku zubu: z₁ ≥ 17. Přijmout z₁ = 24 na Н ≤ 350 HB; z₁ = 21 na Н ≤ 52 HRC a z₁ = 17 na Н > 52 HRC.

Počet zubů pevného centrálního kola 3 určeno daným převodovým poměrem u:

Počet zubů z₂ satelit 2 vypočítané z koaxiální podmínky, podle které jsou meziosové vzdálenosti a_w páry ozubených kol s vnějším a vnitřním ozubením musí být stejné.
Z obr. 1 pro neupravené čelní ozubené kolo:

kde d = mz jsou roztečné průměry kol.

Protože moduly planetových převodů jsou stejné, vzorec (1) má podobu:

Přijaté počty zubů z₁ , s₂ a z₃ zkontrolovat podle podmínek montáže a blízkosti.

Montážní podmínka vyžaduje, aby ve všech záběrech centrálních kol se satelity byly zuby shodné s dutinami, jinak nebude možné ozubené kolo sestavit. Bylo zjištěno, že při symetrickém uspořádání satelitů je montážní podmínka splněna, když součet zubů centrálních kol (z₁ +z₃) je násobkem počtu satelitů s = 2 . 6 (obvykle s = 3), tj. musí být splněna podmínka:

Podmínka blízkosti vyžaduje, aby se satelity navzájem nedotýkaly svými zuby. K tomu je nutné, aby součet poloměrů vrcholů zubů sousedních satelitů, rovný d_a2 = m(z₂ + 2 ) byla menší než vzdálenost l mezi jejich osami (obr. 1), tj.:

Ze vzorce (2) z toho vyplývá, že podmínka sousedství je splněna, když

Výpočet pevnosti planetových soukolí

Výpočet pevnosti planetových kol se provádí podle metody používané pro konvenční ozubená kola. Hlavními kritérii výkonu pro většinu planetových soukolí (stejně jako pro všechna ozubená kola) jsou únavová kontaktní pevnost pracovních ploch zubů a pevnost zubů v ohybu. Kontaktní pevností se v tomto případě rozumí schopnost kontaktních ploch zubů poskytnout požadovanou bezpečnost proti postupnému únavovému vylamování a pevnost v ohybu je schopnost zubů poskytnout požadovanou bezpečnost proti únavovému lomu zubu.

Výpočet se provádí pro každý rychlostní stupeň. Například v převodovce zobrazené v obr. 1, je nutné vypočítat vnější ozubení kol 1 и 2 a vnitřní – kola 2 и 3. Vzhledem k tomu, že moduly a síly v těchto ozubených kolech jsou stejné a vnitřní ozubené kolo je svými vlastnostmi pevnější než vnější ozubené kolo, pak se stejnými materiály kol stačí vypočítat pouze vnější ozubení.

Výpočet začíná výběrem počtu zubů kola, jak je uvedeno výše.

Při určování dovolených napětí se koeficienty trvanlivosti zjišťují pomocí ekvivalentního počtu zatěžovacích cyklů. V tomto případě se počítá počet cyklů změn namáhání zubů za celou dobu životnosti, kdy se kola otáčejí pouze vůči sobě.

Při stanovení přípustných ohybových napětí pro zuby satelitu se zavádí součinitel Y_A s přihlédnutím k oboustrannému působení zatížení (symetrický zatěžovací cyklus).

Středová vzdálenost planetového čelního kola pro pár vnějších ozubených kol (centrální ozubené kolo se satelitem) je určena vzorcem:

kde u’ = z₂/z₁ – převodový poměr vypočteného páru kol;
К_c = 1,05 . 1,15 – koeficient nerovnoměrného rozložení zatížení mezi satelity;
Т₁ – točivý moment na hřídeli centrálního převodu, Nm;
с – počet satelitů;
ψ_ba — koeficient šířky koruny kola:
ψ_ba = 0,4 pro Н ≤ 350 HB;
ψ_ba = 0,315 na 350 HB < Н ≤ 50 HRC,
ψ_ba = 0,25 pro Н > 50 HRC.

Šířka b₃ centrální kolo 3 určeno vzorcem b₃ = ψ_baa_w .
Šířka b₂ koruna satelitu je nasazena 2 . 4 mm větší než hodnota b₃ ; šířka středového ozubeného kola b₁ = 1,1 b₂ .

Modul záběru je určen vzorcem:

Modul získaný výpočtem se zaokrouhlí na nejbližší standardní hodnotu a poté se určí mezinápravová vzdálenost:

Obvodová síla F_t v zapojení se vypočítá podle vzorce:

Radiální síla F_r určeno vzorcem:

V tomto článku bychom vám rádi přiblížili výhody planetových převodovek, které se používají v našich elektropohonech, vyráběných Závodem průmyslové automatizace (IAP) ve městě Pečki (Česká republika). Proč jsme zvolili planetové převodovky? K zodpovězení této otázky bude nutné porovnat všechny hlavní typy převodovek. Většina elektrických pohonů od různých výrobců má šnekové převodovky. Prevalence takových převodovek je vysvětlena dvěma hlavními důvody: snadností výroby a nízkými náklady.

Popis konstrukce šnekového převodu

Šnekové převodovky slouží k přenosu rotace mezi protínajícími se (zpravidla pravoúhlými) hřídeli pomocí šneku (šneku) a přidruženého šnekového kola. Šnek je šroub s lichoběžníkovým nebo podobným závitem a šnekové kolo je ozubené kolo, jehož zuby mají zvláštní obloukovitý tvar.

Výhody šnekových převodovek

1. Převodový poměr šnekového páru dosahuje 1:110 (v některých situacích to může být i více). Proto má šnekové kolo mnohem větší potenciál pro zvýšení točivého momentu a snížení rychlosti otáčení než převodovky s jinými typy převodů. Podobné převodové poměry tohoto řádu je možné získat pomocí válcových ozubených kol pouze u třístupňové převodovky (nebo u planetové převodovky).

2. Relativní nehlučnost.

3. Hladký chod šnekového převodu. Vzhledem ke zvláštnostem šnekového převodu mají šnekové převodovky ve srovnání se šroubovými převodovkami vysokou hladkost.

4. Výhradním faktorem šnekového převodu je „samobrzdění“ (jinak známé jako „nedostatek reverzibility“). Tento faktor začíná fungovat při převodových poměrech 35 a více.

Nevýhody šnekových převodovek

1. Účinnost šnekové převodovky je znatelně nižší ve srovnání s účinností čelní a planetové převodovky. Důvodem je zvýšení převodového poměru. Znamená to ztrátu energie – tento faktor by v naší době neměl být podceňován.

2. Vytápění. Vyplývá to z předchozího nedostatku. Kinetická energie nepředaná šnekovým kolem se přemění na teplo.

3. Samobrzdění (blíže popsáno v odstavci 5 „výhody“). Jeho použití je v některých případech škodlivé, například když se výstupní hřídel musí otáčet bez zapnutí šnekového převodu.

4. Vůle výstupního hřídele. Tento typ vůle je přítomen u každého typu převodovky, ale u šnekových převodovek jsou jeho indikátory zpravidla znatelně větší a zvyšují se s opotřebením.

5. Obecně se má za to, že životnost šnekových převodovek je kratší než u převodovek čelních.

6. Provoz šnekové převodovky s nerovnoměrným zatížením výstupního hřídele, stejně jako s častými zastavováními a rozjezdy se nedoporučuje.

Popis konstrukce kuželového soukolí

Kuželová převodovka je křížící se nápravová převodovka s kuželovým kolem. Kuželové kolo je ozubené kolo určené k přenosu a transformaci rotačního pohybu mezi články, jejichž osy otáčení se protínají.

1. Poskytování možnosti přenosu a převodu rotačního pohybu mezi články s protínajícími se osami rotace.

2. Schopnost přenášet pohyb mezi články s proměnným meziosým úhlem s širokým rozsahem jeho změn.

3. Rozšíření možností uspořádání při vývoji složitých převodů a kombinovaných mechanismů.

Nevýhody:
1. Složitější technologie výroby a montáže kuželových kol.

2. Velká axiální a ohybová zatížení na hřídele, zejména v důsledku konzolového uspořádání ozubených kol.

Popis konstrukce planetových převodovek

Planetové převodovky jsou převodovky obsahující ozubená kola s pohyblivými geometrickými osami. Tato ozubená kola, nazývaná planetová nebo satelitní ozubená kola, se pohybují jako planety sluneční soustavy, podle čehož mají své jméno. Ozubená kola, se kterými satelity zabírají, se nazývají centrální. Osy satelitů jsou upevněny v převodovém článku, zvaném unašeč, který se stejně jako centrální kolo otáčí kolem centrální nebo hlavní geometrické osy převodu. Zátěž z každého centrálního kola nebo nosiče je současně vnímána několika satelity. Díky tomu jsou rozměry ozubených kol planetové převodovky ve srovnání s jednoduchou převodovkou výrazně menší.

Výhody planetových převodů
1. Velký převodový poměr v jednom stupni.

2. Malé rozměry a hmotnost. To je vysvětleno následujícím způsobem: energie je přenášena několika proudy, jejichž počet se rovná počtu satelitů.

3. U planetové převodovky je zatížení rozloženo rovnoměrně a tím se mnohonásobně zvyšuje životnost.

3. Zvýšená nosnost, protože ozubená kola s vnitřním ozubením (velký poloměr zakřivení) jsou široce používána.

4. Nízké zatížení podpěr, protože satelity jsou umístěny symetricky, a proto se síly v přenosu vzájemně vyrovnávají.

5. Planetové převody pracují s menší hlučností, což souvisí se zvýšenou hladkostí vnitřního ozubení a menšími rozměry kol.

Nevýhodou planetových převodů jsou zvýšené požadavky na přesnost výroby a montáže. Mnoho výrobců však planetové převodovky odmítá kvůli skutečnosti, že složitost a přesnost montáže zvyšuje náklady a zpomaluje rychlost výroby.

Náš závod ZPA “Pechki” od poloviny 90. let. vybavena moderními ultrapřesnými stroji, které umožňují výrobu elektrických pohonů ve velkém množství a hlavně s nízkými náklady. Automatizace výroby minimalizuje lidský faktor. Dlouhodobý provoz v různých podmínkách a v různých klimatických pásmech elektrických pohonů vyráběných ZPA “Pechki” prokázal svou dlouhodobou životnost a vysokou spolehlivost.

Dnes při návštěvě podniků petrochemických a energetických komplexů vidíme naše pohony v provozuschopném stavu, vyrobené již v 60. letech minulého století. I přes obtížné provozní podmínky žádná z převodovek selhala. Problémy nad 50letou životností nastaly pouze u koncových mikrospínačů.