Планетарные зубчатые передачи

Планетарными называют передачи, содержащие зубчатые колеса с перемещающимися геометрическими осями, называемые сателлитами. Существует множество различных схем планетарных механизмов. На рис. 5.17 изображена схема четырехзвенной простейшей передачи, состоящей из центрального вращающегося колеса 1 с неподвижной геометрической осью; сателлитов 2, оси которых перемещаются в пространстве; неподвижного колеса 3 с внутренними зубьями; вращающегося водила Н, на котором установлены сателлиты. Эта схема имеет высокий КПД (0,96—0,99), технологична, компактна и поэтому наиболее распространена. Сателлиты вращаются вокруг своих осей и вместе с ними вращаются вокруг центрального колеса, т. е. совершают сложное (плоскопараллельное) движение, подобное движение планет Солнечной системы. Отсюда название — планетарные передачи.

Центральные колеса или сателлиты могут находиться как во внешнем, так и во внутреннем зацеплении. Зубья могут быть прямые или косые. Число сателлитов п₍₀ в планетарных передачах обычно равно 3.

Рис. 5.17. Схема планетарной передачи.

Основным достоинством планетарных передач являются малые габариты и массы. Это объясняется следующими причинами: распределением нагрузки между сателлитами, благодаря чему нагрузки на зубья меньше в несколько раз; большим передаточным отношением в одной ступени, что часто позволяет не прибегать к сложным многоступенчатым передачам; широким применением передач с внутренним зацеплением, обладающих повышенной несущей способностью.

Планетарные передачи работают с меньшим шумом, чем простые, что связано с повышенной плавностью внутреннего зацепления, меньшими размерами колес, замыканием сил в механизме и передачей меньших сил на корпус.

К недостаткам относится то, что планетарные передачи требуют повышенной точности изготовления, имеют, как правило, большее число деталей и сложнее в сборке, чем передачи с неподвижными осями.

Планетарные передачи имеют широкие области применения, основными из которых являются:

• • редуцирование скорости при необходимости особо малых габаритов и массы передач — многосателлитные передачи или необходимости очень больших передаточных отношений — механизмы приборов;
• • сложение или разложение движений — дифференциалы, применяемые в станках, приборах, автомобилях и других машинах;
• • легкое управление и регулирование скорости — многоступенчатые планетаные коробки скоростей, управляемые поочередным торможением звеньев; замкнутые планетарные передачи со встроенной бесступенчатой передачей и др.

Передаточное отношение.

Для определения передаточного отношения в планетарных передачах используют метод остановки водила (метод Виллиса). Всем звеньям передачи мысленно сообщается вращение с частотой вращения водила, но в обратном направлении. При этом водило Н как бы останавливается, а закрепленное колесо 3 освобождается. Получают так называемый обращенный механизм, представляющий собой обычную зубчатую передачу, в которой геометрические оси всех колес неподвижны, а сателлиты становятся промежуточными колесами, не влияющими на передаточное отношение механизма.

Для обращенного механизма передаточное отношение от колеса 1 к колесу 3

где (сох — со_н) и (со₃ -со_н) — соответственно частоты вращения колес 1 и 3 относительно неподвижного водила Н; и z₃ — числа зубьев этих колес; нижние индексы при оказывают ведущие и ведомые звенья, верхний — мысленно остановленное звено.

Передаточное отношение считается положительным, если ведущее и ведомое звенья вращаются в одном направлении, и отрицательным, если эти звенья вращаются в разных направлениях. В рассматриваемом обращенном механизме колеса 1 и 3 вращаются в противоположных направлениях, поэтому i₁₃ < 0.

Для реальной планетарной передачи, у которой в большинстве случаев колесо 3 закреплено неподвижно (п₃ = 0), из формулы (5.35) получим.

где i^_H — передаточное отношение между колесом 1 и водилом Н при неподвижном колесе 3.

В формулы (5.35) и (5.36) не входят числа зубьев сателлитов z₂, так как в этой передаче сателлиты являются промежуточными колесами.

В подавляющем большинстве случаев на практике применяют планетарные механизмы, составленные из цилиндрических зубчатых колес. Конические зубчатые колеса используют преимущественно в дифференциальных механизмах, например в автомобилях, тракторах, металлорежущих станках, счетно-решающих устройствах и т. п.