Istnieją wszelkiego rodzaju urządzenia mechaniczne. Niektóre z nich są nam znane od dzieciństwa. Są to np. zegarki, rowery, bączki. Z wiekiem dowiadujemy się o innych. Są to silniki samochodów, wciągarki dźwigów i inne. Każdy ruchomy mechanizm wykorzystuje jakiś system, aby koła się obracały, a maszyna działała. Jednym z najciekawszych i najbardziej popularnych jest mechanizm planetarny. Jego istota polega na tym, że maszynę napędzają koła lub przekładnie, które w szczególny sposób ze sobą współgrają. Przyjrzyjmy się temu bliżej.
Informacje ogólne
Przekładnia planetarna i mechanizm planetarny są tak nazwane przez analogię do naszego Układu Słonecznego, co można warunkowo przedstawić następująco: w centrum znajduje się "słońce" (koło centralne w mechanizmie). Wokół niego poruszają się „planety” (małe koła lub satelity). Wszystkie te części w przekładni planetarnej mają zewnętrzne zęby. Warunkowy układ słoneczny ma granicę w swojej średnicy. Rolaodbywa się to w mechanizmie planetarnym przez duże koło lub epicykl. Ma też zęby, tylko wewnętrzne. Większość pracy w tym projekcie wykonuje nośnik, który jest mechanizmem dźwigni. Ruch można wykonywać na różne sposoby: albo słońce się obraca, albo epicykl, ale zawsze razem z satelitami.
Podczas działania mechanizmu planetarnego można użyć innej konstrukcji, na przykład dwóch słońc, satelitów i nośnika, ale bez epicyklu. Inną opcją są dwa epicykle, ale bez słońca. Nośnik i satelity muszą być zawsze obecne. W zależności od liczby kół i położenia ich osi obrotu w przestrzeni, projekt może być prosty lub złożony, płaski lub przestrzenny.
Aby w pełni zrozumieć, jak działa taki system, musisz poznać szczegóły.
Lokalizacja elementów
Najprostsza forma przekładni planetarnej obejmuje trzy zestawy kół zębatych o różnych stopniach swobody. Powyższe satelity obracają się wokół swoich osi i jednocześnie wokół Słońca, które pozostaje na swoim miejscu. Epicykl łączy mechanizm planetarny z zewnątrz, a także obraca się poprzez naprzemienne zazębienie zębów (jego i satelitów). Ta konstrukcja umożliwia zmianę momentu obrotowego (prędkości kątowej) w jednej płaszczyźnie.
W prostym mechanizmie planetarnym Słońce i satelity mogą się obracać, podczas gdy epicentrum pozostaje nieruchome. W każdym razie prędkości kątowe wszystkich składników nie są chaotyczne, ale mają liniową zależność od siebie. W miarę rotacji mediów zapewnia:niska prędkość i wysoki moment obrotowy.
Oznacza to, że istotą przekładni planetarnej jest to, że taka konstrukcja jest w stanie zmieniać, rozszerzać i zwiększać moment obrotowy i prędkość kątową. Ruchy obrotowe w tym przypadku zachodzą w jednej osi geometrycznej. Zainstalowany jest niezbędny element transmisyjny różnych pojazdów i mechanizmów.
Cechy materiałów konstrukcyjnych i schematy
Jednak stały element nie zawsze jest konieczny. W systemach różnicowych każdy element się obraca. Przekładnie planetarne, takie jak ta, mają jedno wyjście napędzane (sterujące) dwa wejścia. Na przykład mechanizm różnicowy, który steruje osią w samochodzie, to podobny bieg.
Takie systemy działają na tej samej zasadzie, co konstrukcje z wałami równoległymi. Nawet prosta przekładnia planetarna ma dwa wejścia, stałe koło koronowe jest stałym wejściem zerowej prędkości kątowej.
Szczegółowy opis urządzeń
Mieszane struktury planetarne mogą mieć różną liczbę kół, a także różne koła zębate, przez które są połączone. Obecność takich detali znacznie rozszerza możliwości mechanizmu. Kompozytowe struktury planetarne można montować tak, aby wał platformy nośnej poruszał się z dużą prędkością. Dzięki temu w procesie ulepszania urządzenia można wyeliminować niektóre problemy z reduktorem, kołem słonecznym i innymi.
Tak więc, jak widać zPo otrzymaniu informacji mechanizm planetarny działa na zasadzie przenoszenia rotacji między łączami centralnymi i mobilnymi. Jednocześnie bardziej pożądane są złożone systemy niż proste.
Opcje konfiguracji
Możliwe jest zastosowanie kół (koła zębatych) o różnych konfiguracjach w mechanizmie planetarnym. Odpowiedni standard z zębami prostymi, spiralnymi, ślimakowymi, szewronowymi. Rodzaj zaangażowania nie wpłynie na ogólną zasadę działania mechanizmu planetarnego. Najważniejsze jest to, że osie obrotu nośnika i kół środkowych pokrywają się. Ale osie satelitów mogą znajdować się w innych płaszczyznach (przecinające się, równoległe, przecinające się). Przykładem skrzyżowania jest dyferencjał międzykołowy, w którym koła zębate są stożkowe. Przykładem skrzyżowania jest samoblokujący mechanizm różnicowy z przekładnią ślimakową (Torsen).
Proste i złożone urządzenia
Jak wspomniano powyżej, schemat mechanizmu planetarnego zawsze obejmuje nośnik i dwa koła centralne. Może być dowolna liczba satelitów. Jest to tak zwane urządzenie proste lub elementarne. W takich mechanizmach projekty mogą wyglądać następująco: „SVS”, „SVE”, „EVE”, gdzie:
- S to słońce.
- B - przewoźnik.
- E to epicentrum.
Każdy taki zestaw kół + satelity nazywany jest zestawem przekładni planetarnych. W takim przypadku wszystkie koła muszą obracać się w tej samej płaszczyźnie. Proste mechanizmy są jedno- i dwurzędowe. Są rzadko stosowane w różnych urządzeniach technicznych i maszynach. Przykładmoże służyć jako mechanizm planetarny roweru. Zgodnie z tą zasadą rękaw działa, dzięki czemu wykonywany jest ruch. Jego konstrukcja została stworzona według schematu „SVE”. Satelity w nie 4 sztukach. W tym przypadku słońce jest sztywno przymocowane do osi tylnego koła, a epicentrum jest ruchome. Jest zmuszany do obracania się przez rowerzystę wciskającego pedały. W takim przypadku prędkość transmisji, a tym samym prędkość obrotowa, może ulec zmianie.
Częściej można znaleźć złożone mechanizmy planetarne. Ich schematy mogą być bardzo różne, co zależy od tego, do czego przeznaczony jest ten lub inny projekt. Z reguły złożone mechanizmy składają się z kilku prostych, tworzonych zgodnie z ogólną zasadą przekładni planetarnej. Takie złożone systemy są dwu-, trzy- lub czterorzędowe. Teoretycznie możliwe jest tworzenie struktur o dużej liczbie wierszy, ale w praktyce tak się nie dzieje.
Urządzenia planarne i przestrzenne
Niektórzy myślą, że zwykła przekładnia planetarna musi być płaska. To tylko częściowo prawda. Złożone urządzenia mogą być również płaskie. Oznacza to, że przekładnie planetarne, bez względu na to, ile z nich jest używanych w urządzeniu, znajdują się w jednej lub w równoległych płaszczyznach. Mechanizmy przestrzenne mają przekładnie planetarne w dwóch lub więcej płaszczyznach. W takim przypadku same koła mogą być mniejsze niż w pierwszym przykładzie wykonania. Zauważ, że płaski mechanizm planetarny jest taki sam jak mechanizm przestrzenny. Różnica dotyczy tylko powierzchni zajmowanej przez urządzenie, czyli zwartości.
Stopnie wolności
To jest nazwa kolekcjiwspółrzędne obrotowe, które pozwalają określić położenie układu w przestrzeni w określonym czasie. W rzeczywistości każdy mechanizm planetarny ma co najmniej dwa stopnie swobody. Oznacza to, że prędkości kątowe obrotu dowolnego ogniwa w takich urządzeniach nie są powiązane liniowo, jak w innych przekładniach. Pozwala to uzyskać na wyjściu prędkości kątowe, które nie są takie same jak na wejściu. Można to wytłumaczyć tym, że w połączeniu różnicowym w mechanizmie planetarnym znajdują się trzy elementy w dowolnym rzędzie, a reszta będzie z nim połączona liniowo, przez dowolny jeden element rzędu. Teoretycznie możliwe jest tworzenie układów planetarnych o trzech lub więcej stopniach swobody. Ale w praktyce nie działają.
Przełożenie planetarne
To najważniejsza cecha ruchu obrotowego. Pozwala określić, ile razy zwiększył się moment siły na wale napędzanym w stosunku do momentu wału napędowego. Możesz określić przełożenie za pomocą wzorów:
i=d2/d1=Z2/Z1=M2/M1=W1/W2=n1/n2, gdzie:
- 1 – wiodący link.
- 2 - link podrzędny.
- d1, d2 - średnice pierwszego i drugiego ogniwa.
- Z1, Z2 - liczba zębów.
- M1, M2 to momenty.
- W1 W2 - prędkości kątowe.
- n1 n2 - prędkość.
Tak więc, gdy przełożenie jest wyższe niż jedno na wale napędzanym, moment siły wzrasta, a częstotliwość i prędkość kątowa maleją. Należy to zawsze brać pod uwagę przy tworzeniu projektu, ponieważprzełożenie w mechanizmach planetarnych zależy od tego, ile zębów mają koła i który element rzędu jest wiodący.
Zakres zastosowania
W dzisiejszym świecie istnieje wiele różnych maszyn. Wiele z nich pracuje za pomocą przekładni planetarnych.
Są stosowane w dyferencjałach samochodowych, przekładniach planetarnych, w schematach kinematycznych skomplikowanych obrabiarek, w skrzyniach biegów silników lotniczych, w rowerach, w kombajnach i ciągnikach, w czołgach i innym sprzęcie wojskowym. Zgodnie z zasadami przekładni planetarnej wiele skrzyń biegów pracuje w napędach generatorów elektrycznych. Rozważ inny taki system.
Planetarna przekładnia obrotowa
Ten projekt jest używany w niektórych ciągnikach, pojazdach gąsienicowych i czołgach. Prosty schemat urządzenia pokazano na poniższym rysunku.
Zasada działania mechanizmu obrotu planetarnego jest następująca: jarzmo (pozycja 1) jest połączone z bębnem hamulcowym (2) i kołem napędowym znajdującym się w gąsienicy. Epicykl (6) jest połączony z wałem napędowym (pozycja 5). Słońce (8) jest połączone z tarczą sprzęgła (3) i bębnem hamulca wychylnego (4). Gdy sprzęgło blokujące jest włączone, a hamulce taśmowe wyłączone, satelity nie będą się obracać. Staną się jak dźwignie, ponieważ są połączone ze słońcem (8) i epicyklem (6) za pomocą zębów. Dlatego zmuszają je i nośnik do jednoczesnego obracania się wokół wspólnej osi. W tym przypadku prędkość kątowa jest taka sama.
Przy odłączaniu sprzęgła blokującego i hamowaniuobracanie się słońca zacznie się zatrzymywać, a satelity zaczną poruszać się wokół swoich osi. W ten sposób tworzą moment na nośniku i obracają kołem napędowym gąsienicy.
Ubierz
Pod względem żywotności i tłumienia, w liniowych układach planetarnych, rozkład obciążenia jest zauważalny wśród głównych komponentów.
Zmęczenie termiczne i cykliczne może w nich wzrosnąć ze względu na ograniczony rozkład obciążenia oraz fakt, że przekładnie planetarne mogą dość szybko obracać się wokół swoich osi. Co więcej, przy dużych prędkościach i przełożeniach przekładni planetarnej siły odśrodkowe mogą znacznie zwiększyć zakres ruchu. Należy również zauważyć, że wraz ze spadkiem dokładności produkcji i wzrostem liczby satelitów wzrasta tendencja do nierównowagi.
Te urządzenia i ich systemy mogą nawet ulegać zużyciu. Niektóre konstrukcje będą wrażliwe na nawet niewielkie niewyważenia i mogą wymagać wysokiej jakości i kosztownych elementów montażowych. Kluczem może być dokładna lokalizacja kołków planetarnych wokół osi koła słonecznego.
Inne układy planetarne, które pomagają zrównoważyć obciążenia, obejmują użycie pływających podzespołów lub „miękkich” mocowań, aby utrzymać słońce lub epicentrum w ruchu tak długo, jak to możliwe.
Podstawy syntezy urządzeń planetarnych
Ta wiedza jest potrzebna podczas projektowania i tworzenia komponentów maszyn. Pojęcie „syntezy mechanizmów planetarnych” polega na obliczeniu liczby zębóww słońcu, epicentrum i satelitach. W takim przypadku musi być spełniony szereg warunków:
- Przełożenie musi być równe ustawionej wartości.
- Zazębienie zębów przekładni musi być prawidłowe.
- Konieczne jest zapewnienie wyrównania wału wejściowego i wyjściowego.
- Wymagane sąsiedztwo (satelity nie mogą kolidować ze sobą).
Również podczas projektowania należy wziąć pod uwagę wymiary przyszłej konstrukcji, jej wagę i wydajność.
Jeżeli przełożenie przekładni (n) jest podane, to liczba zębów na słońcu (S) i na przekładni planetarnej (P) musi spełniać równanie:
n=S/P
Jeżeli założymy, że liczba zębów w epicentrum jest wczesna (A), to przy zablokowanym nośniku należy zachować równość:
n=-S/A
Jeżeli epicentrum jest ustalone, następująca równość będzie prawdziwa:
n=1+ A/S
Tak obliczany jest mechanizm planetarny.
Zalety i wady
Istnieje kilka rodzajów transmisji, które są z powodzeniem stosowane w różnych urządzeniach. Planetarny wśród nich wyróżnia się następującymi zaletami:
- Zapewnia mniejsze obciążenie każdego zęba kół (zarówno słońca, epicentrum, jak i satelitów) dzięki temu, że obciążenie na nich jest rozłożone bardziej równomiernie. Ma to pozytywny wpływ na żywotność konstrukcji.
- Przy tej samej mocy przekładnia planetarna ma mniejsze wymiary i wagę niż inne rodzaje przekładni.
- Możliwość osiągnięcia wyższych przełożeń za pomocąmniej kół.
- Zapewnij mniejszy hałas.
Wady przekładni planetarnych:
- Potrzeba większej precyzji w ich produkcji.
- Niska wydajność przy stosunkowo dużym przełożeniu.
