Как устроены планетарные редукторы

Планетарные передачи: конструктивные особенности

Планетарная передача, внешний вид

Относящиеся к КПП планетарные зубчатые передачи представляют собой набор взаимозацепляемых колес, минимальное количество которых – 4. Следует отметить наличие подвижной и неподвижной оси вращения. Колеса зубчатой формы обеспечивают хорошую связь между собой, имеется возможность осуществления дифференциального вращения. Данная система отличается долговечностью.

Дифференциал – это составляющий механизм коробки переключения передач на транспортном средстве. Данный элемент приводит в движение машину.

Следует перечислить основные составляющие элементы автомобильной автоматической КПП:

• Солнечная шестерня;
• водило;
• кольцевая шестерня.

К коробке передач относятся сателлиты, представляющие собой шестерни. Данная запчасть отличается надежностью, способна выдерживать возникающие большие нагрузки. Благодаря этому, происходит оперативное зацепление зубьев. При этом отмечается минимальный уровень шума во время их работы.

Они находятся в постоянном зацеплении с обоими центральными зубчатыми колесами. Скорость их вращения и солнечных шестеренок могут отличаться, однако сумма всегда одинакова.

Строение ПП

Таким образом, ПП влияет на изменение скорости. На ведущей оси машины установлен дифференциал, поддерживающий планетарные передачи с разным передаточным коэффициентом. АКПП с планетарной зубчатой передачей отличается эффективностью работы, в значительной мере облегчает управление транспортным средством во время езды по городу.

Примечания

1. Pattantyús Gépész- és Villamosmérnökök Kézikönyve 3. tom. Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1961. p.632.
2. Bernd Künne. Köhler/Rögnitz Maschinenteile 2. — Vieweg+Teubner Verlag, 2008. — С. 508. — ISBN 3835100920.
3. Berthold Schlecht. Maschinenelemente 2: Getriebe, Verzahnungen und Lagerungen. — Pearson Studium, 2010. — С. 787. — ISBN 3827371465.

Общая классификация редукторов

Ознакомившись с информацией, которую содержит классификация редукторов, можно гораздо оперативнее сделать выбор в пользу того или иного агрегата; при возникновении вопросов обращайтесь в наш консультационный центр. Редукторы, относящиеся к классу общепромышленного оборудования, соответствуют перечню технических требований, характерных для подавляющего большинства аспектов их использования.

Фактор универсальности позволяет использовать редукторы в сфере подъемно-транспортного оборудования, агрегатах металлургического и добывающего назначения, нефтяной области, сельскохозяйственном секторе и т.д.

Согласно нормам ГОСТ 16162-78 в данную группу устройств причисляют:

• цилиндрические 1-, 2- и 3-хступенчатые механизмы;
• цилиндрические планетарные 1- и 2-хступенчатые;
• конические редукторы одноступенчатые;
• коническо-цилиндрические 2- и 3х-ступенчатые устройства;
• червячные и глобоидные 1- и 2-хступенчатые;
• червячно-цилиндрические 2-хступенчатые.

Одним из наиболее популярных видов редукторов выступают цилиндрические. Как и представители других классов, эти приборы используются для безопасного изменения скорости вращения, образующейся при факте передачи вращательного движения от вала к валу. Сегодня выпуск качественных и износостойких механизмов обусловлен наличием мощной производственной базы, которая позволяет собирать одно-, двух- и трехступенчатые редукторы.

Следует отметить, что аспекты надежности функционирования составляющих приводного механизма зависят от правильности выбора конкретного типа редукторов. При несоблюдении критериев выбора и соответствия, основной ущерб причиняется производителю, а также потребителю, который вынужден претерпевать такие явления, как простой оборудования, увеличение удельного веса затрат, приходящихся на ремонт и обслуживание, и т.д.

К обособленной группе механизмов относятся червячные редукторы. Как правило, они используются при передаче импульса движения между скрещивающимися осями. К достоинствам «червяков» относится их возможность получить большое передаточное число в условиях одной ступени. Также к плюсам относится плавность хода, относительно высокая бесшумность работы, а также опция самоторможения, активирующаяся при определенных значениях передаточных чисел. Последний момент позволяет исключать из общей цепочки приводов тормозные механизмы.

Типы редукторов с червячной передачей:

• одноступенчатые редукторы универсальные;
• 2-х, 3-хступенчатые;
• 1-ступенчатые (червяк над колесом);
• глобоидные и механизмы, различающиеся спектром параметров: Ч-100, 2Ч-40, РЧУ-125 и т.д.

Классификация распространяется на способ крепления редукторов, тип передач, количество ступеней, особенности расположения осей относительно друг друга.

Что касается планетарных редукторов, то в данную группу относятся механизмы, оснащенные зубчатыми колесами и перемещающимися осями геометрического вида. Интересно знать, что зубчатые колеса вращаются по аналогичному принципу, что и планеты Солнечной системы. Отсюда и название редукторов – планетарные. Зубчатые колеса также называются сателлитами. Те колеса, которые соединяются непосредственно к сателлитам, причисляются к группе центральных. В передаточном звене фиксируются оси сателлитов, это звено также имеет название водило, оно, аналогично центральному колесу, перемещается по траектории основной оси передачи.

В общей сложности редукторы, относящиеся к классу планетарных, характеризуются куда большим перечнем практических преимуществ, по сравнению с цилиндрическими устройствами.

В эту группу качеств относятся:

• малые показатели материалоемкости;
• высокая нагрузочная способность;
• опция многопарного зацепления;
• компактность, малый вес;
• возможность получения высоких значений передаточных чисел.

Все вышеприведенные аспекты могут быть достигнуты только в том случае, если соблюдается высокое качество и точность сборки.

Завершают общую классификацию редукторов комбинированные механизмы. То есть редукторы, имеющие различные комбинации и типы передач. Так, коническо-цилиндрическое оборудование характеризуется высокими показателями КПД, износостойкостью, долгим сроком службы и простотой ввода в эксплуатацию. Используется такое оборудование в аспекте приводов конвейерных линий, а также для привода специализированного тягового шахтного электровоза. Аспекты выбора редукторов должна базироваться на таких факторах, как показатели усилия, массы, времени работы, периодичности включений в час, момента инерции.

Типовые неисправности: когда требуется ремонт планетарки АКПП?

Ресурс эксплуатации планетарного механизма напрямую зависит от стиля эксплуатации автомобиля и качество технического обслуживания. Чаще всего преждевременный выход из строя планетарки случается на кроссоверах или внедорожниках, часто передвигающихся по бездорожью.

Из типовых неисправностей планетарного редуктора отмечаются:

• Износ зубьев шестерней или элементов дифференциала.

• Выработка шлицев или скручивание полуосей.

• Износ подшипников.

• Деформация корпуса редуктора или утечка рабочей жидкости.

Как правило, все перечисленные неисправности имеют комплексный фактор происхождения и возникают в результате естественной выработки агрегатов при большом пробеге трансмиссии, либо в результате агрессивной эксплуатации автомобиля. Чаще всего необходимость в проведении преждевременного ремонта планетарного механизма возникает из-за систематического перегрева трансмиссии, длительного отсутствия ТО или использования некачественного или неподходящего масла.

Наиболее распространенные признаки неисправности планетарки:

• Увеличение вибронагруженности кузова при наборе скорости.

• Посторонние звуки при работе автомобиля в районе редуктора.

• Неравномерное вращение или биение выходного вала.

Обратите внимание! При появлении первых признаков неисправности рекомендуется сразу обратиться в сервисный центр для проведения диагностики или дефектовки. Своевременное выявление проблемы позволяет устранить неисправность на локальном уровне, что существенно снижает стоимость ремонта и увеличивает ресурс эксплуатации трансмиссии.

Типы редукторов

Типы редукторов в соответствии с классификацией по ГОСТу классифицируют по типу механической передачи и выделяют:

• цилиндрические;
• планетарные;
• конические (коническо-цилиндрические);
• червячные;
• волновые.

Учитывая технические характеристики редуктора каждого типа рассмотрим их принцип действия и особенности более детально.

Цилиндрический редуктор

Цилиндрический редуктор – наиболее распространен в промышленности и чаще всего применяется с целью изменения параметров вращения и передачи крутящего момента. В зависимости от типа механизма и специфики конструкции применяются во многих областях, хотя наибольшее распространение получили в металлургии, машиностроении, в электрооборудовании и автомобилях. Особенности конструкции предусматривают различные вариации, обеспечивающие оптимальные рабочие условия для каждого типа механизма индивидуально. Конструкция независимо от модификации включает такие элементы: колесо, комплект подшипников, корпус, смазочную систему, шестеренку, ведущий и ведомый валы. Такой механизм очень шумный, так как во время соприкосновения зубьев валов возникает удар. Но при этом исключается, перегрев механизма из-за отсутствия трения между деталями.

Планетарный редуктор

Планетарный редуктор работает на основании передачи крутящего момента планетарным способом. Планетарная передача предполагает наличие солнечной шестерни, расположенной в центре, коронной шестерни на периферии, а также сателлитов и водила. Три сателлиты располагаются между коронной и солнечной шестеренками. Водила соединяет между собой сателлиты, которые вращаются на его осях. Крутящий момент во время движения будет увеличен во столько раз, во сколько меньше число зубьев на солнечной шестеренка в сравнении с коронной.

Конический редуктор

Конический редуктор обеспечивает передачу вращательного движения с одного вала на другой при помощи зубчатой передачи и муфт. Механизм незаменим в тех случаях, когда конструктивно требуется расположить ведомый и ведущий валы в перпендикулярном положении относительно друг друга. Показатель крутящего момента и угловая скорость регулируются при помощи изменения размеров зубчатых колес или муфты. Существуют узкие и широкие типы конических редукторов. Механизм имеет в сравнении с цилиндрическим меньший КПД и более частое заедание зубьев во время движения.

Червячный редуктор

Червячный редуктор за счет уникальной конструкции допускает вращение вала в разные стороны. Такая особенность вызывает перегрев при повышенных нагрузках, самоторможение и заедание, поэтому механизм должен эксплуатироваться при средней загруженности, не доходя до граничных показателей мощности.

Среди преимуществ выделим высокий показатель КПД до 94%, большое передаточное число при использовании одной ступени, отсутствует шум во время движения и устойчивость к неблагоприятным условиям работы.

Волновой редуктор

Волновой редуктор конструкционно отличается от других типов и включает неподвижное зубчатое колесо, гибкий элемент с зубьями и генератор волны в центре механизма. Во время вращения внутреннего элемента, гибкая шестеренка зубьями одновременно захватывает несколько зубьев зафиксированной шестерни, что создает высокую жесткость при малых люфтах. Механизм обеспечивает высокое передаточное число, имеет компактные размеры, высокая точность кинематики и плавный ход, устойчивость к повышенным рабочим нагрузкам.

Планетарный мотор-редуктор

В этой статье мы постараемся в подробностях рассмотреть планетарный мотор-редуктор, теорию и принцип планетарных передач, их достоинства и недостатки планетарных редукторов.

Планетарный мотор-редуктор

Планетарный мотор-редуктор — это одна из существующих множеств разновидностей мотор-редукторов, отличающихся модификацией механической передачи и различающихся, в основном, расположением оси относительно двигателя.

Основными элементами в конструкции планетарного мотор-редуктора выступают электрический мотор с редуктором с зубчатой планетарной передачей. Расположение валов редуктора и электрического двигателей в этом устройстве находится на одном уровне и называется соосным. Существуют и мотор-редукторы с параллельным размещением валов. Обычно это редукторы плоской формы. В схеме используются косозубые колеса цилиндрической формы. Такая передача легко крепится на оси и не требует дополнительных инструментов.

Преимущества и недостатки

Благодаря широкому диапазону возможных передаточных чисел, планетарный мотор-редуктор дает больший выбор диапазонов частот вращения выходного вала редуктора. В то же время величина передаточного числа может быть большой при небольшом количестве зубчатых колес. Эти устройства обладают повышенной нагрузочной способностью при повышенном ресурсе деталей, характеризуются сниженным шумовым эффектом. При всех достоинствах сохраняются относительно небольшие габаритные размеры.

К основным достоинствам электромеханической передачи с планетарным типом редуктора относятся высокие показатели передаточных чисел. Передаточное отношение планетарного редуктора получается больше, чем у других типов передач, несмотря на меньшее количество шестеренок.

Компактность — нагрузка распределяется равномерно по нескольким сателлитам, поэтому размер получается очень компактным. Небольшие габариты и вес зависят от размера конструкции.

К недостаткам можно отнести только потери КПД мощности при высокой скорости вращения шестерен и при больших значениях передаточных отношений.

В продолжении статьи — подробнее о самой конструкции и ее принципах действия, а так же о применении планетарных редукторов.

Использован материал из книги «Детали машин» Гузенков П.Г.

Так же по теме предлагаем статью «Планетарный редуктор» с примером расчета передаточного отношения и анимированными схемами ступеней планетарного редуктора.

Ремонт редуктора своими руками

Ремонт редуктора своими руками является весьма непростой задачей. Так, данный механизм очень непростой и состоит из множества частей. При ремонте своими руками часто можно даже при разборке не ведая, что внутри просто растерять целую кучу маленьких деталей, например, иголки моментально рассыпаются и теряются. Ремонт планетарного редуктора лучше всего оставить профессионалам.

Мы нажимаем струю масла под давлением на чашу, это толкает движение колеса. Мы видим, что сила тяги невелика, поскольку пальцем руки мы останавливаем колесо. Теперь мы видим, что тяга струи на чаше больше, и нам нужно больше силы в руке, чтобы предотвратить поворот колеса. На приведенной ниже диаграмме показана схема компонентов гидравлического преобразователя. В дополнение к характеристике насоса и турбины гидравлической муфты гидротрансформатор имеет промежуточный элемент, называемый реактором.

Колесо насоса приводится в движение непосредственно двигателем, в то время как турбина управляет первичным валом коробки передач. Реактор имеет свободный ход колеса и поддерживается полым валом, прикрепленным к корпусу коробки передач. Как насос, так и турбина и реактор имеют изогнутые лопасти, которые отвечают за правильное проведение масла.

Как и все редукторы, он может быть как одноступенчатым, так и многоступенчатым. Если Вы собираетесь приобрести механизм данного типа, то лучше всего покупать его у проверенных производителей, так как ремонт своими руками очень затруднен, а если он будет часто выходить из строя, то денег на него будет уходить много. В данной статье мы попытались собрать общую информацию по устройствам планетарного типа использующихся для производства автомобилей. Также нужно сказать, что данный вид устройства очень интенсивно внедряется во многие сферы и отрасли благодаря своим очень весомым преимуществам.

Эксплуатация Когда насос приводится в движение непосредственно при движении коленчатого вала, масло приводится от колеса насоса к колесу турбины. На выходе масла масло встречает лопасти реактора, которые имеют кривизну, противоположную кривизне насоса и турбинных колес. Этот поток масла толкает реактор вращением насоса и турбины против часовой стрелки. Поскольку реактор не может выполнить этот ход, поскольку он удерживается свободным колесом, масло затормаживается, и тяга передается через масло на насос.

Таким образом, до тех пор, пока существует разница в скорости вращения насоса и турбины, момент поворота будет больше в турбине, чем в насосе. Тогда крутящий момент, создаваемый турбиной, будет представлять собой сумму, которую передает насос через масло и дополнительный крутящий момент, который создается реакцией из реактора на насосе и который, в свою очередь, снова передается на турбину. Чем больше разность между турбиной и насосом, тем выше разность крутящего момента между входом и выходом инвертора, что в три раза превышает выход.

Практически все изобретения механики, основанные на вращательном движении, можно исторически соотнести с принципом колеса и временем его изобретения. До того, как был понят этот принцип, ничего подобного существовать не могло бы. Кто и когда первым придумал возможность соединять за счет зубцов несколько колес и вращать их друг за счет друга – неизвестно, но этот человек создал небольшую революцию.

Делаем планетарный редуктор своими руками

По мере уменьшения разности скоростей отклонение потока масла и, следовательно, дополнительная тяга на турбине уменьшается, так что коэффициент крутящего момента между выходом и входом уменьшается постепенно. Когда скорости вращения турбины и рабочего колеса выравниваются, реактор вращается даже в том же направлении без какой-либо дополнительной тяги, так что передача крутящего момента не будет увеличена преобразователем в качестве обычной гидравлической муфты. Эта ситуация называется «точкой сцепления».

Так появилась первая шестерня. Принцип шестеренчатой передачи энергии движения можно считать революционным в развитии промышленности.

Управляющие элементы планетарной передачи

Наличие у любых ПМ и их сборок двух и более степеней свободы может использоваться в некоторых типах ПП в качестве основного функционала (здесь имеются ввиду планетарные дифференциалы, разветвители потоков и суммирующие ПП). Однако для работы ПП в режиме редуктора с одним ведущим звеном и одним ведомым всем остальным свободным основным звеньям необходимо задать определённую угловую скорость (в том числе, возможно, нулевую). Лишь в таком случае лишние степени свободы будут сняты, все свободные основные звенья станут опорными, а вся подающаяся на единственное ведущее звено мощность будет снята с единственного ведомого в полном объёме (с поправкой на КПД ПП). Функцию задания необходимых угловых скоростей свободным звеньям выполняют так называемые управляющие элементы ПМ. Таковых элементов два: фрикционы и тормоза.

Фрикционы соединяют друг с другом два свободных звена ПМ, либо соединяют свободное звено с внешним подводом мощности. В обоих случаях при полной блокировке фрикционы обеспечивают паре соединённых элементов некую одинаковую ненулевую угловую скорость. Конструктивно обычно выполнены в виде многодисковых фрикционных муфт, хотя в отдельных случаях возможны и более простые муфты.

Тормоза соединяют свободные звенья ПМ с корпусом ПП. При полной блокировке тормоза обеспечивают заторможенному свободному звену нулевую угловую скорость. Конструктивно могут быть аналогичны фрикционам — в виде многодисковых фрикционнных муфт; но широко распространены и более простые конструкции — ленточные, колодочные, однодисковые.

Фрикционы и тормоза по принципу своего действия являются идеальными синхронизаторами угловых скоростей соединяемых элементов. Также они выполняют предохранительные функции и при резких ударных нагрузках могут пробуксовывать, переводя динамические нагрузки в работу сил трения. И также они могут выполнять функцию главной муфты сцепления (главного фрикциона), поэтому зачастую в механических трансмиссиях машин с ПКП главная муфта сцепления вообще не применяется. При том, что тормоза в отличие от фрикционов допускают больше вариантов фактического исполнения, конструкция и тех и других может быть совершенно одинаковой, или, по крайней мере, унифицированной, несмотря на существенное функциональное различие фрикционов и тормозов. Помимо фрикционов и тормозов в работе ПП могут быть задействованы автоматически срабатывающие механизмы свободного хода (другое их название — обгонные муфты или автологи). В русскоязычных кинематических схемах планетарных КП фрикционы, тормоза и муфты свободного хода обычно обозначаются буквами Ф, Т и М.

Планетарный редуктор и планетарная передача — теория

Рассмотрен принцип действия планетарной передачи, указаны преимущества и недостатки применения планетарных редукторов. Приведена схема планетарной передачи и расчет передаточного отношения редуктора.

Планетарный редуктор и планетарная передача

Зубчатая передача

Устройство планетарного механизма основано на вращении тел зубчатой передачи, которые непосредственно взаимодействуют с главным двигателем. Именно такое соединение и служит для передачи силы от редуктора до других механизмов с изменением скорости их вращения. Таким образом происходит передача крутящего момента от двигателя на колеса через основную ось, главную шестерню и сателлиты.
Вообще устройство зубчатой передачи достаточно простое и понятное. Вот, что входит в конструкцию обычной передачи.
Для соединения с главной передачей имеются две зубчатые шестерни, таким образом происходит зацепление. При движении происходит передача скорости вращения с главной шестерни на ведомую за счет зацепов. Наименьшее колесо в конструкции называется шестерней, а наибольшее будет главным и ведомым колесом.

Планетарный механизм

Схема планетарной передачи

Редукторы с зубчатой передачей, колеса которых имеют движущиеся оси, называются планетарными. Внутри расположены зубчатые колеса, перемещающиеся на своих, геометрических осях. Такие шестерни получили название сателлиты, потому что вся конструкция очень похожа на солнечную систему. Главные шестерни называются центральными колесами. Сателлиты крепятся на своих осях и вращаются вокруг главной передачи при помощи водила, которое движется так же, как и центральное колесо, вокруг главной оси. Центральное колесо остается неподвижным, а другие шестерни можно заблокировать или разблокировать полностью.

Если центральное колесо неподвижно, то второе постоянно движется. Ведущим здесь является вал подвижного колеса, а ведомым-водила. Если разблокировать все зубчатые колеса вместе с ведомым, то такая передача будет дифференциальной. Выделяют два основных и ведущих звена и одно ведомое.

При подробном рассмотрении простейшей планетарной передачи мы видим: ведущее колесо или водило, ведомое с тремя сателлитами, вращающимися вокруг центральной оси и центральное, неподвижное колесо.

Передаточное отношение

Чтобы рассчитать передаточное отношение редуктора, необходимо заметить определенное количество неподвижных звеньев(1,2,3 и Н) и условно задать им поступательное вращение со скоростью wH, равное скорости вращения водила, но с обратным знаком. Скорость зацепления зубчатых колес не изменяется. Таким образом скорость + wH +(- wH)=0, то есть водило будет остановлено. Если водило неподвижно, тогда планетарная передача превращается в зубчатую, где все колеса неподвижны. Сателлиты не учитываются. Их вращение будет положительным при одинаковом вращении шестерен, а отрицательным при противоположном вращении:i=(? 1 -? H)/(? 3 -? H)=-(z 3 /z 1), где z 1 и z. Если колесо 3 закреплено неподвижно, то угловая скорость водила Н = 1 /[1+(z 3 /z 1)], а передаточное отношение i =1+z 3 /z 1.

Как обычно, для работы редуктора с одноступенчатой передачей при больших нагрузках становится мало, поэтому стали изготавливать двух и трех ступенчатые редукторы, а иногда и четырех ступенчатые. Чаще всего применяется двухступенчатая передача.

Двухступенчатая планетарная передача.

Для других редукторов передаточное отношение высчитывается таким же способом. Для двухступенчатого редуктора, где центральное колесо 1—ведущее, водило Н2 — ведомое, центральные колеса 3 и 4 закреплены в корпусе, передаточное отношение i=1+z 2 z 3 /z 1 z 4.

При всех достоинствах планетарного редуктора, нужно знать, что при сильном вращении шестерни, КПД всего механизма сильно ухудшается.

Нагрузка от центрального колёса водила восприниматься всеми шестеренками (1-6) одинаково, при этом их размеры значительно меньше, чем у обычной передачи. Следовательно, главными преимуществами планетарной передачи являются большая скорость вращения, небольшой вес и компактность. Дифференциальные передачи используются в автомобиле для разложения движения, а так же в различных станках. К минусам такой передачи относится ее трудоемкое изготовление и сложная сборка на предприятии. Такие редукторы благодаря своим преимуществам находят свое применение во многих отраслях производства: в машиностроении, приборах, станкостроении, в транспорте.

Использован материал из книги «Детали машин» Гузенков П.Г.

Так же по теме предлагаем статью «Планетарный редуктор» с примером расчета передаточного отношения и анимированными схемами ступеней планетарного редуктора.