Планетарный редуктор: как работает механизм, из чего состоит, виды

Рассмотрим конструкцию, принцип действия, преимущества и недостатки, основные параметры планетарных механизмов.

• Конструкция и принцип действия
• Как устроен планетарный механизм
• Классификация планетарных редукторов
• Основные характеристики планетарных редукторов
• Преимущества и недостатки
• Сферы применения

Редукторы – устройства для увеличения или уменьшения угловой скорости и крутящего момента до требуемых значений. Область применения механизмов – различное оборудование и техника, наземный, водный и авиационный транспорт. В промышленности в основном применяют понижающие редукторы, такие устройства снижают скорость и повышают момент.

Как устроен планетарный механизм

Редуктор состоит из корпуса, планетарной передачи из нескольких зубчатых шестеренок, подшипников, упоров, присоединительных устройств, валов.

Главная часть, за счет которой осуществляется преобразование скорости и момента – зубчатая передача планетарного типа. Механизм состоит из следующих элементов:

• Эпицикл или коронная шестерня. Элемент представляет собой большое зубчатое колесо с внутренним венцом.
• Центральная или солнечная шестерня. Зубчатое колесо с внешним венцом, распложенное в центре.
• Сателлиты или планерные шестерни. Несколько зубчатых колес с подвижными осями вращения, которые находятся в зацеплении с коронной и центральной шестерней. Количество сателлитов не регламентируется, их число определяется условиями соседства, для обеспечения свободной циркуляции масла между шестеренками и отсутствием помех для вращения.
• Водило. Элемент, скрепляющий все звенья планетарной передачи.

  

Механизмы также могут комплектоваться 2 солнечными зубчатыми колесами и не иметь эпицикла или 2 коронными шестернями и не иметь центральной шестерни.

При работе передачи неподвижным может оставаться водило, центральное зубчатое колесо или эпицикл. В качестве ведущего и ведомого звена может быть использован любой вращающейся элемент. Если подвижными являются все три звена, такие редукторы называют дифференциалами. Механизмы могут работать на сложение или разложение подведенной механической мощности.

Преобразование момента и скорости за счет разности диаметров, количества зубьев движущихся и неподвижных элементов.

Классификация планетарных редукторов

Различают простые и сложные планетарные редукторы. Первые состоят из трех звеньев: водило, центральное и коронное зубчатое колеса. Вторые состоят из водила, трех и более центральных шестеренок, не считая сателлитов.

По связи центральных звеньев с планетарными шестернями различают:

• Однорядные механизмы. В таких устройствах одновенцовые сателлиты непосредственно связанны с центральными колесами и водилом.
• Двухрядные устройства. Двухвенцовые сателлиты механизмов соединены с центральными шестернями и водилом, при этом каждый венец планетарного зубчатого колеса зацеплен с одним из центральных шестерен.
• Трехрядные. Устройство со свободным водилом и сдвоенными сателлитами, соединяющими три центральных колеса. Вместо эпицикла механизмы могут иметь вторую солнечную шестерню.

По типу зубьев звеньев планетарного механизма различают:

• Прямозубые.
• Косозубые.
• Шевронные.

Форма зубьев венцов влияет на КПД, допустимую передаваемую мощность и другие параметры. На передаточные отношения и передаточное число конфигурация профиля зубьев влияния не оказывает.

По количеству ступеней различают одно- и многоступенчатые механизмы. Ступенью редуктора называют передаточный контур, осуществляющий преобразование момента или скорости. Ступени соединены последовательно, при этом передаточные отношения значительно увеличиваются.

Выпускают одно-, двух-, трех-, и многоступенчатые механизмы. В ряде устройств используют комбинации ступеней, например планетарно-конические, планетарно-цилиндрические и др.

По расположению валов различают редукторы с вертикальными и горизонтальными валами.

Основные характеристики планетарных редукторов

К важнейшим параметрам, определяющим выбор редуктора на основе планетарных передач, относятся:

• Передаточное отношение. Величина рассчитывается как отношения скоростей вращения входного вала к аналогичной характеристике ыходного вала или моментов кручения валов механизма. Передаточное отношение характеризует величину преобразования механических параметров. Для одной ступени планетарного механизма оно составляет от 3 до 25, для многоступенчатых и комбинированных – до 4 тыс. Вместе с этой характеристикой указывают передаточное число, которое определяется как отношение числа зубьев коронной и солнечной шестерни или их делительных диаметров.
• Номинальный момент на выходе и выходе. Параметры характеризуют номинальные усилия на входе и выходе редуктора.
• Допустимая частота вращения двигателя. Характеристика определяет угловую скорость входного вала механизма.
• Скорость вращения выходного вала. Параметр характеризует угловую частоту вращения подключаемого оборудования.
• Мощность двигателя. Характеристика указывает на передаваемую механическую мощность. Иногда указывается вместо момента и скорости на входе редуктора.
• КПД. Определяется как отношение входной и выходной механической мощности, указывается в % или отвлеченных величинах. КПД характеризует потери на передачу и полезную мощность механизма.

К основным характеристикам планетарных редукторов также относится сервис-фактор. Его величина показывает устойчивость к снижению рабочего ресурса механизма при заданных нагрузках и их превышении. Сервис-фактор учитывает характер нагрузки, продолжительность работы механизма в сутки, число пусков и остановок за час. Ряд производителей дополнительно учитывают температуру эксплуатации.

К параметрам выбора планетарных редукторов также относят:

• Габариты и массу.
• Монтажное положение.
• Способ монтажа.
• Климатическое исполнение и степень защиты от влаги и пыли.

Кроме того, в паспорте также указывают положение осей валов, направление их вращения, степень точности, количество и тип ступеней, допустимые осевые и радиальные нагрузки, другие параметры.

Преимущества и недостатки планетарных редукторов

Благодаря своим достоинствам планетарный механизм получил широкое распространение в различных отраслях. К преимуществам редукторов такого типа относят:

• Возможность передачи большой механической мощности. Для планетарных редукторов это 10 тыс кВт и более. Такая возможность обусловлена особенностями конструкции, при вращении зубчатых колес нагрузка распределяется равномерно между сателлитами.
• Небольшие размеры и масса редукторов. Разница в сравнении с зубчатыми механизмами других типов может составлять 2-6 раза.
• Высокий КПД. Для планетарных механизмов он составляет до 98 %.
• Низкий уровень шума. Особенности передачи и зацеплений исключают значительный уровень шума при эксплуатации.
• Длительный срок службы. Распределенная нагрузка снижает износ деталей механизмов.

Дифференциалы с 2 степенями свободы можно применять для передачи движения двум или нескольким выходным валам.

Основной недостаток планетарных редукторов – снижение КПД при увеличении передаточных отношений. Это приводит к избыточному нагреву, необходимости принудительного охлаждения. Из-за этой особенности одноступенчатые планетарные редукторы с большими передаточными отношениями применяют редко. Для увеличения величины преобразования скорости и момента обычно добавляют дополнительные ступени.

Кроме того, зубчатые передачи планетарного типа очень требовательны к точности изготовления, сборки и регулировки зацепления. Это значительно увеличивает стоимость механизмов, повышает сложность технического обслуживания и ремонта.

Сферы применения планетарных редукторов

Планетарный механизм широко используется в технике и оборудовании различного назначения. Редукторы применяют:

• В станкостроении. Редукторы используют в приводе обрабатывающих станков различного назначения.
• В грузоподъемных механизмах. Механизмы планетарного типа используют в подъемниках, электроталях и аналогичном оборудовании, работающих с высокой нагрузкой.
• В оборудовании для добывающей отрасли. Устройства на базе планетарных передач применяют в буровых установках, оборудовании для добычи руды и т.д.
• В робототехнике. Механизмы широко используют в промышленных и медицинских роботах, манипуляторах.

Планетарные редукторы также устанавливают в приводы самого различного технологического оборудования и установок. Механизмы с 2 степенями свободы элментов передачи или дифференциалы также применяют в водном, воздушном, автомобильном транспорте и спецтехнике.