Лабораторна робота № 8

Лабораторна робота № 8

Вивчення КОМПОНУВАЛЬНИХ СХЕМ ПЛАНЕТАРНИХ РЕДУКТОРІВ

 

Мета роботи: Вивчити основні конструкції планетарних редукторів, з’ясувати порядок збирання, розбирання та регулювання їх вузлів. Виконати заміри і розрахунки, що характеризують геометрію та кінематику зубчастих зачеплень. Скласти кінематичну схему редуктора і схему зачеплення зубчастих коліс.

 

1 ВКАЗІВКИ З САМОПІДГОТОВКИ ДО РОБОТИ

1.1 Завдання для самостійної підготовки

Під час підготовки до роботи з’ясувати призначення і область застосування планетарних редукторів, вивчити основні терміни, визначення і позначення геометричних, кінематичних та силових параметрів зубчастих передач, що використовуються в планетарних редукторах.

 

1.2 Питання для самопідготовки

1 Основні переваги і недоліки планетарних передач у порівнянні зі звичайними зубчастими

2 Від чого залежить кількість сателітів планетарної передачі?

3 Якими способами можна визначити передаточне число планетарної передачі?

4 Чому розрахунок планетарних передач починають із підбору чисел зубів?

5 Що таке умова співвісності планетарної передачі?

 

1.3 Рекомендована література

1. Деталі машин: підручник : затверджено МОН України / А. В. Міняйло та ін. – К.: Агроосвіта, 2013. – 448 с.

 

 

2 ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

 

1 Опис конструкції

Планетарними називають передачі, що мають зубчасті колеса, осі обертання яких переміщуються у просторі. Такі колеса називають сателітами. Схема типової планетарної передачі з одинарними сателітами зображена на рисунку 1. Вона складається з центрального колеса Za зовнішнього зачеплення, центрального колеса Zb внутрішнього зачеплення і трьох сателітів Zq з водилом h.

r.8.1.jpg

Рисунок 1 – Схема планетарної передачі з одинарними сателітами

Число сателітів nc у планетарних передачах в залежності від навантаження може бути різним, частіше воно знаходиться у межах  nc £ 3…6.

Дещо складніша схема планетарної передачі, з подвійними сателітами, зображена на рисунку 2.

Передача має двоє центральних коліс Za і Zb внутрішнього зачеплення і водило h з подвійними сателітами Zq-Zf.

Наведені кінематичні схеми планетарних передач належать до типу 2k-h (двоє центральних коліс і водило). Існують також інші схеми таких передач, зокрема,  з трьома центральними колесами – типу 3k і планетарні передачі з конічними колесами.

r.8.2.jpg

Рисунок 2 – Схема планетарної передачі з подвійними сателітами

 

Одним із важливих технічних параметрів планетарної передачі є передаточне число u. Для його визначення використовують метод зупинки водила – метод Вілліса. Для визначення даним методом величини u передачі, зображеної на рисунку 1, необхідно надати всій передачі умовного обертання з кутовою швидкістю водила wh у напрямку, протилежному до його кутової швидкості. Тоді для колеса Za кутова швидкість буде wa - wh, а кутова швидкість водила – wh = 0. У передачі з оберненим рухом осі всіх ланок нерухомі і передаточне число можна визначити як і для простої зубчастої передачі:

 

f.8.1.jpg

 

Знак “мінус” означає, що колеса Za і Zb обертаються у протилежних напрямкахЗнак “мінус” означає, що колеса Za і Zb обертаються у протилежних напрямках.

При переході до реальної передачі, у якої колесо Zb нерухоме, колесо Za ведуче, а водило h ведене, при wb = 0 маємо:

 

f.8.2.jpg

або

f.8.3.jpg

Для реальних значень чисел зубців коліс даної передачі її передаточне число знаходиться у межах uah £ 8 при досить високому коефіцієнті корисної дії (ККД) h = 0,97…0,99. Планетарні передачі зі схемою згідно рисунку 1 використовують в силових приводах з обмеженими габаритами.

Для схеми, зображеної на рисунку 2, під час передачі руху від водила h до колеса Za і при нерухомому колесі Zb передаточне число, визначене аналогічним методом, буде:

f.8.4.jpg

 

Оскільки знаменник у виразі (2) може наближатися до нуля, то теоретично передаточне число такої передачі може бути як завгодно великим. Практично, при реальних значеннях чисел зубців коліс, воно досягає значень u £ 1500. З ростом передаточного числа різко зменшується ККД передачі. Тому кінематичну схему згідно рисунка 2  з високим передаточним числом використовують у приладах і різних допоміжних механізмах, де величина ККД не грає суттєвої ролі. У протилежному разі її не бажано використовувати при u > 100.

Розглянуті схеми показують, що планетарні передачі мають широкі кінематичні можливості. Вони можуть використовуватися як редуктори із постійним передаточним числом, яке в залежності від конструкції може досягти декількох тисяч, або як коробки швидкостей. В останньому випадку передаточне число змінюють шляхом почергового гальмування окремих основних ланок. У разі, коли всі основні ланки планетарної передачі вільні, вона використовується як диференціальний механізм для розкладення одного обертового руху на два, або для складення двох обертових рухів в один.

Планетарні передачі працюють з меншими контактними напруженнями і мають підвищену несучу здатність в порівнянні з рядовими циліндричними передачами за рахунок використання внутрішнього зачеплення і розподілу навантаження на декілька потоків. Маса планетарного редуктора у порівнянні зі звичайним (рядовим) зубчастим редуктором може бути зменшена у 2…3 рази.

Планетарні передачі мають внутрішнє взаємне урівноваження радіальних сил, що зменшує силову дію на підшипники і корпус редуктора. Вони зручні для вмонтування їх у двигуни, барабани, шківи. Планетарні редуктори широко застосовують у транспортних машинах, авіа-, верстато- і приладобудуванні.

 

2 Переваги й недоліки планетарних передач

Планетарні передачі мають широкі кінематичні можливості. Вони можуть використовуватися як редуктори із постійним передаточним числом, яке в залежності від конструкції може досягти декількох тисяч, або як коробки швидкостей. Працюють з меншими контактними напруженнями і мають підвищену несучу здатність в порівнянні з рядовими циліндричними передачами за рахунок використання внутрішнього зачеплення і розподілу навантаження на декілька потоків. Маса планетарного редуктора у порівнянні зі звичайним (рядовим) зубчастим редуктором може бути зменшена у 2…3 рази. Планетарні передачі мають внутрішнє взаємне урівноваження радіальних сил, що зменшує силову дію на підшипники і корпус редуктора. Вони зручні для вмонтування їх у двигуни, барабани, шківи. Планетарні редуктори широко застосовують у транспортних машинах, авіа-, верстато- і приладобудуванні

Недоліком планетарних передач є підвищена точність виготовлення і складність монтажу.

 

3 Особливості евольвентної передачі внутрішнього зачеплення

Внутрішнє зубчасте зачеплення, як і зовнішнє, задовольняє основній теоремі зачеплення, але для нього початкові кола розміщені одне всередині іншого, точка їх дотику – полюс зачеплення знаходиться на продовженні міжосьової лінії О1О2 коліс поза межами відрізку О1О2 (рис. 3); ланки 1 та 2 обертаються у одному напрямі і передатне відношення U12 має додатній знак.

Евольвентні профілі зубців, як і у випадку зовнішнього зачеплення, будують шляхом перекочування твірної прямої  по основному колу. При цьому зубці шестерні нічим не відрізняються від зубців шестерні зовнішнього зачеплення, у той час як профілі зубців колеса не опуклі, а ввігнуті. Саме ж колесо має форму кільця, вершини зубців якого напрямлені до центру. Отже, радіус кола вершин менший за радіус кола западин.

Основні геометричні розміри внутрішнього евольвентного зачеплення розраховують за формулами, аналогічними тим, за якими обраховують зовнішнє зачеплення.

Виготовляються зубчасті колеса з внутрішніми зубцями довбачем на зубодовбальних верстатах (рейковим інструментом нарізувати такі колеса неможливо). Відмітимо, що внутрішнє зачеплення дуже чутливе до всілякого роду інтерференцій (заклинюванням у зачепленні та зрізам (підрізам) при нарізуванні зубців). При виготовленні коліс довбачем може відбуватися не лише підрізання ніжки зубців чи загострення їх вершин, але й зрізання зубців біля вершин. Ці явища мають бути врахованими при проектуванні внутрішнього зачеплення. Так, наприклад, при малій різниці зубців коліс стає ймовірною інтерференція (накладання) зубців, тому мінімальна різниця зубців повинна бути не меншою за вісім, Z1 – Z2 ≥ S.

r.8.3.jpg

Рисунок 3 - Схема внутрішнього зачеплення зубчастих коліс

Перевагами внутрішнього зачеплення є: компактність, менші габарити; більші коефіцієнти перекриття; менший питомий тиск і, відповідно, зношення; більша навантажувальна здатність, оскільки відбувається взаємодія ввігнутого профілю колеса з опуклим профілем шестерні; радіуси кривини обох профілів напрямлені в одну сторону, що зменшує питомий тиск  менша швидкість ковзання і, відповідно, менше зношення профілів та вищий ККД (оскільки швидкість ковзання пропорційна різниці абсолютних значень кутових швидкостей коліс, vs = PK(ω2 – ω1) ).

Недоліки передачі: низька продуктивність виготовлення колеса, більша складність та вартість передачі; вали коліс консольні; неможливість отримати передатне відношення близьке до одиниці.