Планетарные передачи

Планетарными называются передачи, имеющие зубчатые колеса с перемещающимися геометрическими осями. Движение этих колес, называемых сателлитами, сходно с движением планет вокруг Солнца. Поэтому эти передачи получили название планетарных. Оси сателлитов g закреплены на подвижном звене – водиле h и вращаются вместе с ним вокруг центральной оси О. Сателлиты обкатываются по центральным колесам а и b, имеющим внешнее и внутреннее зацепления. Центральные колеса называют солнечным (а) и опорным (Ь) (рис. 4.39, а);– угловые частоты вращения центрального колеса а, сателлита и водила; – числа зубьев центральных колес и сателлита.

Механизмы с планетарными передачами могут использоваться как дифференциалы, когда все звенья подвижны. Они имеют две степени подвижности. Например, дифференциал у автомобилей, в котором цилиндрические колеса заменены на конические (рис. 4.39, б). Возможно сложение и разложение движений, когда частоты вращения валов и закрепленных на них колес К различны, что необходимо при поворотах автомобиля. Наиболее распространены передачи, в которых одно из центральных колес закреплено; тогда механизм обладает лишь одной степенью подвижности.

Рис. 4.39

Планетарные передачи относятся к передачам соосной схемы и обычно являются многопоточными (двух- или трех-, в зависимости от количества сателлитов), благодаря чему снижаются нагрузки на зубья и уменьшаются размеры колес.

Преимущества планетарных передач при наличии двух и более сателлитов: меньшие габаритные размеры и масса, так как вращающий момент передается по нескольким потокам; бо́льшие передаточные числа в одной ступени; меньшие поперечные силы действуют на валы.

Недостатки, повышенная точность изготовления и сборки (не ниже седьмой степени точности, а лучше шестой и даже пятой); при больших передаточных числах снижается КПД.

Планетарные передачи широко применяют на транспорте, в станкостроении, приборостроении и других отраслях промышленности. Разработано большое число схем планетарных передач. Рассмотрим схемынаиболее распространенных передач(обозначениеопределяет наличие двух центральных колес а и b и водила h), изображенные в табл. 4.13.

Схема 1 представляет собой простейшую одноступенчатую передачу. Такая передача наиболее распространена благодаря высокому КПД и технологичности. Схема 2 используется при больших передаточных числах. Она включает две ступени, каждая из которых выполнена по схеме 1.

Таблица 4.13

Номер схемы	Схема передач	Передаточное число	КПД
1
2
3

Возможно также использовать передачи и с бо́льшим числом ступеней. Схема 3 близка к схеме 1, но на водиле установлен блок с двухрядным сателлитом. Эта передача более сложная и требует изготовления с повышенной точностью. Масса этой передачи меньше передачи, выполненной по схеме 1.

В обозначении передаточных чисел верхний индекс обозначает остановленное звено, а нижний указывает на передачу вращения от ведущего звена к ведомому. Например, – передаточное число от ведущего колеса а к водилу h при остановленном колесе b.

Кинематический расчет. Кинематический расчет планетарной передачи при заданном передаточном числе и выбранной кинематической схеме (см. табл. 4.13) сводится к подбору числа зубьев колес. При этом необходимо соблюдать три условия: соосности, соседства и собираемости. Рассмотрим эти условия для планетарной передачи, выполненной по схеме 1.

Условие соосности необходимо для того, чтобы оси центральных колес совпадали с осью вращения водила. Для этого межосевые расстоянияколес а и g и колес g и b должны быть равны:

(4.55)

Выполнение условия соседства нужно для того, чтобы при установке сателлитов их зубья не задевали друг друга. Выполнение условия можно контролировать выражением

(4.56)

Условие собираемости требует совпадения зубьев всех сателлитов с промежутками между зубьями центральных колес. Выполнение этого условия необходимо для обеспечения сборки при наличии нескольких сателлитов:

(4.57)

где – число сателлитов; Ц – любое целое число.

Особенности конструкции планетарной передачи влияют на распределение нагрузки между сателлитами. В идеальной конструкции с несколькими сателлитами они равны. В реальной передаче из-за погрешностей изготовления силы распределены неравномерно. Для выравнивания нагрузки используются конструктивные мероприятия: одно из центральных колес делают плавающим, что реализуется соединением их с валом или корпусом с помощью зубчатых муфт. Неравномерное распределение нагрузки между сателлитами учитывается коэффициентом Кс. При наличии механизма выравнивания, а при отсутствии

Если вращающий момент на солнечном колесе, то его доля в зацеплении с одним сателлитоми окружная сила равны соответственно

(4.58)

Расчет планетарной передачи для внутреннего и наружного зацеплений сателлита выполняют по формулам для цилиндрических передач. Так как внутреннее зацепление прочнее наружного, то при одинаковых материалах колес рассчитывают прочность лишь наружного зацепления колес а и g. При определении числа циклов нагружения зубьев задают для солнечного колеса, а для сателлита