Планетарный редуктор: устройство, виды и принцип работы

Из чего состоит планетарная передача

Планетарным редуктором называется один из типов механических редукторов. Этот широко распространённый во многих отраслях тип редукторов основан на планетарной передаче. Планетарная передача представляет собой зубчатый механизм, характерной особенностью которого является то что оси некоторых зубчатых колёс являются подвижными.

Наиболее популярная разновидность планетарной передачи состоит из следующих элементов:

• Солнечная шестерня – малое зубчатое колесо с внешними зубьями, располагающееся в центре механизма
• Коронная шестерня (эпицикл) – большое зубчатое колесо с внутренними зубьями
• Водило – эта деталь планетарной передачи механически соединяет все сателлиты. Именно на водиле установлены оси вращения сателлитов.
• Сателлиты – малые зубчатые колёса с внешними зубьями, располагающиеся между солнечной и коронной шестернёй. Сателлиты находятся в одновременном зацеплении и с солнечной и с коронной шестернёй.

Преимущества планетарных редукторов

Планетарные редукторы имеют ряд существенных преимуществ перед традиционными, при этом, многие свойства у них такие же, как у цилиндрического варианта исполнения за счет применения шестерней. Среди них:

1. Возможность создания высоких передаточных отношений скоростей при невысоком количестве шестеренок;
2. Компактность редуктора, благодаря количеству шестерней, имеющих небольшой размер;
3. Небольшая масса;
4. За счет меньшего размера колес и замыкания сил в механизме, планетарные передачи работают с меньшим шумом, чем зубчатые;
5. Симметричная конструкция передач обеспечивает меньшие нагрузки на опоры. Это упрощает конструкцию опор и снижает потери в них, а также дает возможность выбирать подшипники меньших типоразмеров.
6. Длительный эксплуатационный срок, который достигается конструкцией с особым расположением сателлитов, которое позволяет взаимно компенсировать оказываемые друг на друга силы.

Перечисленные выше преимущества предъявляют определенные требования к изготовлению планетарных редукторов. Вся производственная цепочка от расчета, проектирования и до изготовления должна быть организована с высокой точностью.

Недостатки планетарных редукторов

1. Большая дороговизна изготовления по сравнению с другими видами редукторов;
2. Высокое теплоотделение за счет компактности и высоких передаваемых мощностей;
3. Снижение КПД с повышением передаточного отношения;
4. Сложность в ремонте, поскольку необходимо специализированное оборудование;

Нужно отметить, что при регулярном обслуживании по регламенту планетарные редукторы отличаются стабильностью, надежностью и долговечностью.

Виды

На практике планетарные редукторы не делят по видам, но изделия могут отличаться друг от друга конструктивно. Выделяют различия по параметрам:

1. 1. 1. Количество передач. Здесь можно выделить одноступенчатые и многоступенчатые редукторы.
         • Одноступенчатые отличаются простотой конструкции и относительно небольшими габаритами. Обладают более широким диапазоном передаточных чисел и большими возможностями по передаче крутящего момента .
         • Многоступенчатые редукторы имеют больший размер и меньший диапазон передаточных чисел.
      2. Конструктивная сложность. Здесь можно говорить о делении на простые и дифференциальные редукторы.
         • В конструкции простых редукторов одно из звеньев остается неподвижным, так что усилия между подвижными звеньями передаются с фиксированными передаточными числами.
         • В дифференциальных планетарных редукторах все звенья подвижные.
      3. Внутренние элементы и форма корпуса. В данной классификации выделяют:
         • Конические – для плавности сцепки и выдерживания большей нагрузки шестеренки имеют коническую форму;
         • Червячные – состоят из зубчатого колеса и червяка и передают усилия от движущего механизма между пересекающимися в одной плоскости валами.
         • Цилиндрические – наиболее распространённый тип, имеющий высокий КПД порядка 95%. Движение передается между параллельными и соосными валами.
         • Волновые – отличаются гибким промежуточным числом, применяется для работы при высоких нагрузках, когда необходима максимальная плавность и точность движения. В состав входят три основных части: генератор волны, гибкое колесо и жёсткое колесо. Генератор волн воздействует на гибкое колесо, за счет чего оно контактирует с жестким колесом и происходит их сцепление.
      4. Расположение валов. Валы могут быть расположены как горизонтально, так и вертикально.
      5. По типу подшипника. В зависимости от задачи, в планетарных редукторах могут использоваться либо подшипники качения (если оборудование работает на низких скоростях), либо скольжения (при работе оборудования на высоких скоростях).

Как работает планетарный редуктор

Работа планетарной передачи простейшей конструкции в случае остановленного эпицикла происходит следующим образом. Во вращение приводится солнечная шестерня. Вместе с ней начинают поворачиваться сцепленные с ней сателлиты. По мере того как сателлиты поворачиваются, они перекатываются по солнечной шестерне и по эпициклу. Тем самым они перемещаются вокруг солнечной шестерни, приводя во вращение водило, на котором закреплены оси сателлитов.

Конструкция планетарного механизма позволяет работать не только с остановленным эпициклом, используя в качестве входа солнечную шестерню, а в качестве выхода – водило. Из трёх перечисленных элементов: солнечная шестерня – водило – эпицикл любые два можно использовать как вход или как выход, а оставшийся третий – затормозить. Планетарная передача при таких способах включения всё равно будет работать, изменится лишь передаточное отношение как по величине, так и по знаку. Всего возможно шесть подобных способов включения, но наиболее широко применяется описанный выше: вход – солнечная шестерня, выход – водило, эпицикл – неподвижен. Такое включение имеет самое большое передаточное отношение из всех имеющихся способов.

Если в планетарном механизме вращаются, и солнечная шестерня и водило и эпицикл, то механизм начинает работать как дифференциал, позволяя производить сложение угловых скоростей на разных входах или их разложение угловой скорости на два различных выхода.

От планетарной передачи к планетарному редуктору

На практике планетарная передача используется как основной элемент для построения планетарных редукторов. В состав редуктора помимо самой передачи входят корпус, опорные подшипники, входной и выходной вал (или иные элементы для подключения вала двигателя и вала нагрузки).

Поскольку передаточное отношение планетарной передачи описанной конструкции чаще всего находится в диапазоне от 3 до 7, то для получения более высоких передаточных отношений применяют последовательное соединение нескольких планетарных механизмов. Получившийся в результате многоступенчатый редуктор может иметь передаточное отношение до нескольких тысяч и даже десятков тысяч.

Варианты планетарного редуктора: отличия друг от друга

Планетарные редукторы имеют большое количество разновидностей, отличающихся друг от друга по самым различным признакам. Отличия могут заключаться в конструктивной схеме – несколько солнечных шестерён, водил или эпициклов, вместо одной солнечной шестерни, одного водила и одного эпицикла в простейшем варианте редуктора. В некоторых вариантах редукторов плоскости вращения различных планетарных колёс могут быть не параллельны друг другу (пространственные планетарные механизмы).

Для построения планетарного редуктора могут быть использованы различные виды зубчатых колёс: прямозубые, косозубые, шевронные, конические. Использование каждого из этих видов зубчатых колёс может придать редуктору особенные свойства. Например, косозубые зубчатые колёса могут быть использованы для построения малошумных редукторов.

Количество сателлитов также может изменяться. Обычно используется от трёх (наиболее распространённый вариант) до шести сателлитов (выходные ступени компактных высоконагруженных редукторов). Форма сателлитов также может быть различной – например двухвенцовые зубчатые колёса в планетарных редукторах, построенных по сложным конструктивным схемам или разрезные подпружиненные зубчатые колёса в редукторах с пониженным люфтом.

Отличие планетарного редуктора от других редукторов

Планетарный редуктор имеет небольшой диаметр если сравнивать редукторы разных типов, рассчитанные на одинаковый номинальный момент. При этом осевая длина планетарных таких редукторов как правило больше чем у других типов редукторов.

В стандартных конструкциях планетарных редукторов доступен широкий ассортимент передаточных чисел (например, до шести тысяч в случае планетарных редукторов maxon motor) в отличие, например, от волновых редукторов (от 30 до 160 в стандартных моделях).

Среди планетарных редукторов можно найти модели с самым разным люфтом: от нескольких градусов для моделей стандартного исполнения до особо низколюфтовых редукторов специальной конструкции (например, планетарные редукторы Harmonic Drive). С одной стороны, это позволяет им быть более точными чем распространённые модели рядных редукторов, с другой стороны они не достигают точности волновых редукторов.

Сферы применения

Благодаря широкому спектру преимуществ планетарные редукторы находят применение во многих отраслях, таких как:

1. 1. Приборостроение;
   2. Станкостроение;
   3. Промышленная робототехника;
   4. Машиностроение;
   5. Технологическое оборудование,
   6. Медицина;
   7. Авиация.