Конструкция планетарного редуктора

Конструкция планетарных редукторов играет решающую роль в работе оборудования с ЧПУ. От него зависит точность обработки, чистота поверхностей деталей возможность работы с теми или иными материалами заготовок. Комплектный привод состоит из мотора (электродвигателя), механической передачи (редуктора) и системы управления, включающей силовой преобразователь. Конструкция второго элемента из этого списка оказывает наиболее существенное влияние на мощностные и массово-габаритные характеристики.

Среди всех известных механик привода особое место занимают планетарные редукторы. Они нашли применение в составе подавляющего большинства мехатронных систем, в том числе в станках с ЧПУ. В таких механизмах качество работы планетарного редуктора определяется не только передаваемой мощностью и КПД, но и более «тонкими» показателями: плавностью, кинематической точностью, жесткостью, виброактивностью, моментом инерции и количеством мертвого хода.

Конструкция планетарного редуктора

Объяснить принцип работы планетарного редуктора можно на примере устройства простейшей одноступенчатой модели. В состав механизма входят 4 звена:

• Солнечная шестерня. Обычно она выполнена заодно с быстроходным валом.
• Сателлиты – зубчатые колеса, симметрично расположенные вокруг солнечной шестерни. Они вращаются вокруг своих осей.
• Эпицикл – зубчатый венец с внутренним зацеплением. Сателлиты входят в зацепление с солнечной шестерней и эпициклом.
• Водило. Оси сателлитов, вращающиеся вокруг солнечной шестерни, представляют собой единое звено с тихоходным валом. Оно называется водилом.

Благодаря концентричности трех групп зубчатых колес быстроходный и тихоходный валы в устройстве планетарного редуктора всегда располагаются на одной оси. Это очень удобно с точки зрения компоновки привода и его соединения с исполнительным механизмом, например, ходовым винтом станка. Многие производители реализуют так называемые мотор-редукторы — комплектную приводную механику с электродвигателем в моноблоке.

В простейшей передаче тихоходный вал (солнечная шестерня) получает вращение от двигателя и через зацепление передает ее на сателлиты, которые за счет неподвижного эпицикла заставляют вращаться свои оси (водило, тихоходный вал). Более сложный вариант планетарной передачи – дифференциал. Эпицикл в нем не зафиксирован. Дифференциальная передача может складывать моменты (то есть иметь два источника вращения) или разделять их (от одного двигателя приводить во вращение два исполнительных механизма).

От чего зависит передаточное число планетарного редуктора?

Степень редуцирования (передаточное число) рассчитывается как отношение числа зубьев эпицикла и солнечной шестерни или их делительных диаметров. При этом количество зубьев на сателлитах на нее не влияет. Передаточное отношение простого одноступенчатого планетарного редуктора составляет от 3 до 10. При больших значениях не удается сохранить условие контактной прочности зубьев. Увеличение или уменьшение передаточного отношения в указанных пределах выполняется за счет изменения геометрии зубчатых колес.

Большие степени редуцирования можно получить двумя способами:

• Последовательной установкой нескольких планетарных передач.
• Встраивание конической зубчатой передачи (в качестве первой ступени) в планетарный редуктор.

Поскольку второй способ предполагает смещение оси вращения, чаще всего прибегают к установке конических прямозубых или гипоидных передач. Угловые редуктора нередко оказываются удачным решением для компоновки узла машины.

Сколько должно быть сателлитов?

В сравнении с обычной передачей в планетарном зацеплении оказывается большее количество зубьев, и все они задействованы в перемещении мощности. С увеличением числа сателлитов снижается нагрузка на каждый из них, соответственно, есть возможность для уменьшения их диаметра и ширины (материалоемкости производства) при сохранении прочностных характеристик устройства планетарного редуктора. Рассеивание мощности сопровождается снижением износа зубьев, а также повышением жесткости привода на скручивание.

В планетарных редукторах обычно используются три (реже – четыре) сателлита. С увеличением их количества растут требования к точности исполнения деталей. Так, смещение одной из осей сателлита приводит к неравномерному распределению передаваемой мощности. Это негативно отражается на сроке службы зубьев и подшипников.

Преимущества и недостатки планетарных редукторов

Планетарные редукторы находят применение в приводных системах различных механизмов и машин. Их популярность объясняется широким перечнем преимуществ перед обычными редукторами с цилиндрическими и коническими передачами:

1. Возможность реализации разных кинематических схем. Планетарный механизм может выполнять функции:
   1. Редуктора с постоянным передаточным отношением (с зафиксированным эпициклом или водилом);
   2. Коробки передач при последовательной фиксации звеньев;
   3. Дифференциального механизма с двумя степенями свободы, который можно использовать для сложения и вычитания движений.
2. Сниженные в 2 – 4 раза массово-габаритные характеристики при одинаковых передаточных числах.
3. Многопоточность при передаче мощности. Количество потоков равно числу сателлитов.
4. Сниженные нагрузки на опоры. Благодаря симметричной конструкции передач все радиальные усилия на осях сателлитов, входном и выходном валах компенсируют друг друга. Это дает возможность выбирать подшипники меньших типоразмеров.

В серво и шаговых приводах для перемещения станков с ЧПУ планетарные редукторы дают еще ряд специфических для них преимуществ:

1. Увеличение разрешения привода.
2. Возможность работы на больших ускорениях.
3. Снижение вероятности пропуска шагов благодаря увеличению крутящего момента.

К условным недостаткам планетарных редукторов относят:

1. Жесткие требования к качеству смазки и соблюдению регламента ее замены. Повышенные контактные нагрузки на зубья требуют использования марок масел, указанных производителем в технической документации. Переход на другие смазки может привести к снижению срока службы редуктора. Из-за отсутствия застойных зон в планетарном механизме частицы металла, попавшие в масло, всегда находятся во взвешенном состоянии и создают дополнительные абразивные нагрузки.
2. Сложность в ремонте. Для проведения квалифицированного ремонта нужно специализированное оборудование: съемники и пресс для демонтажа и сборки, шаблоны и мерительный инструмент для выбраковки деталей.
3. Высокое тепловыделение. Из-за компактных размеров и высоких передаваемых мощностей работа планетарного редуктора сопровождается выделением большого количества теплоты. Зачастую площадь наружной поверхности не справляется с ее отводом. Эту проблему можно устранить несколькими способами: принудительным воздушным охлаждением, системой постоянной циркуляции смазки, ограничением входной частоты вращения или установкой дополнительной механической передачи перед быстроходным валом.

При соблюдении регламента обслуживания планетарные редукторы работают стабильно и не вызывают особых проблем.

Планетарные редукторы в станках MULTICUT

Конструкция планетарного редуктора отличается высокой сложностью, и чтобы проявился весь комплекс его преимуществ, точность изготовления механизма должна быть очень высокой. Высокие требования предъявляются к соосности всех вращающихся деталей, к профилю и термообработке зуба. Важное условие работоспособности – герметичность уплотнений на входном и выходном валах. При выборе механического силового агрегата нужно учитывать не только заявленные в паспорте технические характеристики, но и обращать внимание на производителя.

В планетарных приводах станков MULTICUT мы используем японские редукторы SHIMPO. Производитель специализируется на изготовлении приводной механики общепромышленного применения и специализированных узлов. Благодаря высокой точности нарезки зуба и прецизионной балансировке вращающихся деталей планетарные редукторы SHIMPO отличаются низким уровнем вибрации при работе на максимальных скоростях вращения и высокой точностью. Например, в планетарных серворедукторах общего назначения серии VRB максимальный люфт не превышает 3 угловых минут.

К особенностям конструкции SHIMPO можно отнести:

• широкий диапазон передаточных чисел (3 – 100);
• жесткий выходной вал;
• легкий алюминиевый корпус;
• автоматическое центрирование с мотором, обеспечивающее хорошую соосность;
• исполнение IP65.

Для получения профессиональных консультаций по выбору элементов привода для станков MULTICUT отправьте ваши вопросы сотрудникам компании через обратную связь или задайте в телефонном режиме.

Пройти тест

Планетарный редуктор устройство и принцип работы

Планетарный редуктор: устройство, принцип работы

Процедура механизации производственной и другой деятельности существенно повысила поставленные задачи.

Довольно большое распространение получили механизмы, предназначенные для передачи вращения и распределения создаваемого усилия.

Существует довольно большое количество различных редукторов, все они характеризуются своими определенными эксплуатационными характеристиками. Примером можно назвать планетарный редуктор, устройство которого имеет довольно большое количество различных особенностей.

Устройство и принцип работы

Рассматриваемый механизм представлен классическим сочетанием шестерен с различным диаметром, которые обеспечивают передачу вращения с изменением числа оборотов и передаваемого усилия. Особенности механизма определяют возможность применения в самых различных отраслях. Обеспечить работу можно только в случае присоединения вращающего вала к ведомой части.

Рассматривая чертеж классического устройства, следует отметить, что оно состоит из следующих элементов:

1. Основные элементы представлены зубчатыми и червячными парами.
2. Для установки и фиксации основных деталей проводится установка центрирующих подшипников.
3. Для смазывания трущихся деталей корпус заполняется специальным маслом. Исключить вероятность его вытекания можно за счет уплотнений.
4. Сальники также являются важной частью конструкции.
5. Корпус состоит из двух составных элементов, за счет которых есть возможность разобрать конструкция при обслуживании или ремонте.

Принцип работы планетарного редуктора предусматривает то, что смазывание основных деталей происходит за счет естественного разбрызгивания масла при работе устройства.

Схема классического устройства выглядит следующим образом:

1. В качестве источника вращения устанавливается мотор.
2. Другая часть представлена шестерней планетарного типа. Внутри расположены другие детали, крепление стакана редуктора к мотору проводится за счет фиксирующих элементов.
3. Далее идет вал с подшипником.

Защита конструкции обеспечивается за счет крышки редуктора. Его фиксация проводится за счет болтов. В целом можно сказать, что устройство достаточно сложное, поэтому провести его ремонт и обслуживание не всегда просто.

Принцип действия агрегата во многом зависит от кинематической схемы привода. Расчет передаточного отношения проводится при применении специальных формул, которые можно встретить в технической литературе.

Основная часть конструкции состоит из следующих деталей:

1. Коронной шестерни.
2. Планетарная или сателлиты.
3. Водило и солнечная шестерня.

Принцип действия

1. Солнечная шестерня расположена в центральной части конструкции. Зачастую именно ей передается основное вращение, для чего элемент имеет посадочное отверстие под вал.
2. Центральный элемент постоянно находится в зацеплении с другими подобными шестернями, оси которых расположены по окружности.
3. Сателлиты находятся в зацеплении с коронной шестерней, которая представлена зубчатым колесом большого диаметра с внутренним расположением основных деталей.

1. Водило требуется для жесткой фиксации всех деталей относительно друг друга.

Стоит учитывать, что для работы механизма одна из частей должна быть зафиксирована относительно других. В зависимости от выбора ведомого или ведущего элемента зависит показатель передаточного числа. Рассчитать число достаточно сложно, от этого показателя также зависит удельная мощность.

Конструктивные особенности рассматриваемого механизма определили то, что он может применяться для достижения самых различных целей.

Виды планетарных редукторов

Встречается довольно большое количество разновидностей понижающих редукторов. Классификация проводится также по количеству ступеней:

Первый вариант исполнения намного проще, характеризуется меньшими размерами и обеспечивает более широкие возможности по передаче крутящего момента. Создание нескольких ступеней определяет существенное увеличение размеров конструкции, а диапазон передаточных чисел уменьшается.

Также классификация проводится по показателю сложности планетарного редуктора. Выделяют два основных типа:

На сегодняшний день дифференциальный редуктор получил весьма широкое распространение, так как позволяет передавать вращение требуемым образом в конкретном случае.

Выделяют виды в зависимости от формы корпуса, а также применяемым внутри элементам. Классификация выглядит следующим образом:

1. Волновые.
2. Конические.
3. Червячные.
4. Цилиндрические или колесного типа.

Их применение позволяет передавать вращение между пересекающимися, перекрещивающимися и параллельными валами. Именно поэтому планетарный редуктор получил широкое распространение.

Двухступенчатые планетарные мотор-редукторы применяются в случае, когда нужно передавать вращение с различной частотой. Некоторые варианты исполнения изготавливаются по схеме 3к, планетарные редукторы большой мощности зачастую имеют крупный размер, а при изготовлении основных частей применяется закаленная сталь, характеризующаяся высокой устойчивостью к износу.

Применение

Сегодня электродвигатель с планетарным редуктором получили весьма широкое распространение, могут применяться в самых различных случаях. Область применения во многом зависит от конструктивных особенностей устройства и его характеристик. Выделяют следующие варианты исполнения:

1. Цилиндрические. Это связано с тем, что конструктивные особенности позволяют обеспечить КПД около 95%. Назначение редуктора с планетарной передачей заключается в передаче достаточно большого усилия между параллельными и соосным валами. Передача вращения осуществляется за счет прямозубых, косозубых и шевронных колес. Коэффициент может варьировать в пределе от 1,5 до 600. Достоинством подобного варианта исполнения можно также назвать компактные размеры, а также высокую степень защиты от воздействия окружающей среды.
2. Конические сегодня также встречаются довольно часто. Конструктивной особенностью можно назвать то, что шестерни имеют коническую форму. За счет подобной формы обеспечивается плавность сцепки, а также высокую степень устойчивости к нагрузкам. В алы в данном случае могут располагаться вертикально или горизонтально.
3. Могут применяться и волновые устройства. Они характеризуются тем, что имеют гибкое промежуточное число. Основными конструктивными элементами можно назвать эксцентрики и кулачки, которые обеспечивают растяжение гибкого колеса. Подобный вариант исполнения характеризуется высоким передаточным числом, плавностью хода и повышенной степенью герметичности. Выделяют несколько различных разновидностей этого механизма, к примеру, могут применяться различные типы подшипников.

Несмотря на достаточно сложную конструкцию, она получила весьма широкое распространение. Примером можно назвать машиностроительную область, станкостроение и производство различных механизмов. Примером можно назвать автомобильную коробку передач, которая предназначена для передачи вращения и изменения предаваемого усилия или скорости.

Следует уделить довольно много внимания и подбору наиболее подходящего варианта исполнения. Если установленное устройство не будет обладать требуемыми свойствами, то есть вероятность выхода конструкции их строя при ее применении.

Наиболее важными параметрами выбора можно назвать следующие показатели:

1. Тип передачи, которая применяется для передачи вращения.
2. Максимально допустимая осевая и консольная нагрузка. На момент эксплуатации редуктора нагрузка, возникающая на момент работы распределяется самым различным образом.
3. Имеет значение и размер редуктора. Слишком большой показатель определяет отсутствие возможности установки в тех или иных условиях. Однако, нужно уделить внимание тому моменту, что увеличение мощности достигается исключительно за счет увеличения размеров устройства. Поэтому приходится подбирать более оптимальный вариант исполнения.
4. Диапазон температур, при которых механизм может применяться. Тип применяемого материала при изготовлении корпуса и основных элементов определяет то, в каких условиях устройство может эксплуатироваться. Слишком высокая температура становится причиной повышения пластичности и снижения твердости поверхности, за счет чего есть вероятность деформации и износа изделия. Для обеспечения охлаждения проводится добавление масла. Не все варианты исполнения могут применяться для длительной работы, некоторые могут эксплуатироваться только периодически.
5. Популярность производителя также имеет значение. Некоторые заводы характеризуются тем, что производят качественные и долговечные механизмы.

Все наиболее важные параметры указываются в инструкции по эксплуатации, что существенно упрощает процесс выбора подходящего варианта исполнения.