Планетарный редуктор: устройство, виды и принцип работы

Планетарный редуктор – одна из популярных разновидностей редукторов, основанный на принципе действия планетарной передачи. Это зубчатый механизм, в котором оси некоторых шестерен сохраняют подвижность.

Из чего состоит передача? Основные компоненты

Планетарная передача включает в себя следующие основные конструктивные элементы:

• Солнечная шестерня. Это ключевой элемент, установленный в центре планетарной передачи. Это малая шестерня, снабженная наружными зубцами.
• Коронная шестерня или эпицикл. Это шестерня большого размера с внутренним расположением зубцов.
• Водило – соединительная деталь, объединяющая другие компоненты планетарной передачи.
• Сателлиты. Они представляют собой малые шестерни с наружными зубцами, установленные между коронной и солнечной шестерней в зацеплении с ними.

Причины популярности редукторов планетарного типа

У такого конструктивного решения много плюсов, что обеспечило редукторам широкие возможности использования в машиностроении. Основные преимущества:

• Использование небольшого количества шестеренок для создания высокого передаточного отношения скоростей.
• Компактные размеры. Шестерни имеют небольшие размеры, что позволяет уменьшить размер планетарной передачи.
• Небольшой вес. Это снижает общую массу техники, расширяет возможности использования при сборке компактных приборов и промышленного оборудования.
• Менее громкий шум во время работы, в сравнении с классическим цилиндрическим редуктором.
• Симметричная конструкция, благодаря которой уменьшается давление на опоры. Это дало возможность уменьшить их размеры и упростить конструкцию. Кроме того, это позволило уменьшить размеры устанавливаемых подшипников.
• Продолжительный срок эксплуатации. Конструкция устойчива к износу, благодаря удобному расположению сателлитов: оно обеспечивает компенсацию нагрузок.

Такие плюсы обеспечили постоянный спрос планетарным редукторам. Однако высокие требования предъявляются к качеству сборки передачи: необходимо строго контролировать точность изготовления, в противном случае передача будет ненадежной и быстро выйдет из строя.

Недостатки конструкции редуктора

У планетарного редуктора есть несколько минусов:

• Высокая стоимость, по сравнению с другими вариантами конструкции редукторов;
• Усиленное выделение тепла, так как конструкция передает высокие мощности в ограниченном пространстве. Приходится решать проблему теплоотведения, чтобы избежать перегрева механизма;
• Уменьшение КПД при увеличении передаточного отношения;
• Сложная конструкция, снижающая ремонтопригодность. Для устранения неполадок требуется специальное оснащение, могут возникнуть трудности с запчастями.

Однако эти минусы во многом компенсируются продолжительным сроком работы и износостойкостью планетарных редукторов. Своевременный уход позволяет избежать возникновения различных неисправностей.

Разновидности и особенности механизма

Непросто выделить конкретные виды таких устройств, однако они могут различаться по особенностям конструкции. Можно выделить несколько разновидностей по следующим параметрам:

• Число передач. По этому показателю редукторы принято делить на одноступенчатые и двухступенчатые. Первый тип обладает простой конструкцией и маленькими размерами, однако он имеет более широкий диапазон передаточных чисел. У многоступенчатых редукторов он меньше.
• Особенности конструкции. Можно выделить дифференциальные и простые редукторы. У простых разновидностей одно звено всегда остается неподвижным, что дает возможность передавать усилие между звеньями с фиксированным значением передаточных чисел. Дифференциальные редукторы имеют только подвижные звенья.
• Форма корпуса. По этому показателю можно выделить четыре разновидности: износостойкие конические передачи, червячные, цилиндрические и волновые. В червячной передаче главными элементами можно назвать зубчатое колесо и червяк, усилие передается между валами в одной плоскости. Цилиндрические передачи используют для передачи крутящего момента между соосными валами, а волновые пользуются повышенным спросом из-за высокой плавности и точности движения.

Волновые передачи имеют гибкое передаточное число, что дает возможность использовать их в передачах с повышенными нагрузками. Они состоят их генератора волны, а также их жесткого и гибкого колеса. Генератор волн передает крутящий момент на гибкое колесо, оно соединено с жестким колесом.

В зависимости от расположения вала передачи принято делить на горизонтальные и вертикальные. Кроме того, они могут различаться по типу используемых подшипников. Для низкоскоростных передач используют подшипники качения, для высокоскоростных – скольжения.

Принцип работы планетарного редуктора

Простая конструкция планетарной передачи работает следующим образом. Вращение начинается с солнечной шестерни, от нее крутящий момент передается на присоединённые сателлиты. При их повороте они перемещаются по солнечной шестерне и эпициклу, в результате начинает двигаться водило, к которому прикреплены сателлиты.

При простом эпицикле для входа крутящего момента используется солнечная шестерня, а для выхода – водило, эпицикл при этом остается неподвижным. Однако в конструкции можно использовать любые два звена для входа или выхода энергии, а третий компонент должен быть неподвижным. В любом случае планетарная передача будет сохранять работоспособность, будет меняться только передаточное значение.

Если в конструкции планетарной передачи вращаются все три компонента: солнечная шестерня, водило, эпицикл, то механизм работает в роли дифференциала. Это дает возможность складывать угловые скорости на разных входах или разделять их на два выхода.

Как устроен планетарный редуктор?

Планетарная передача представляет собой ключевой компонент для планетарных редукторов. Он дополнительно комплектуется опорными подшипниками, корпусом, валами для присоединения источника крутящего момента и нагрузки.

Стандартное передаточное отношение планетарной передачи будет находиться в диапазоне от 3 до 7. Чтобы его повысить, несколько планетарных механизмов последовательно соединяются друг с другом. Это позволяет создать редуктор многоступенчатого типа, в котором передаточное отношение достигает десятков тысяч.

Чем отличаются различные варианты исполнения планетарного редуктора?

Планетарные редукторы принято делить на разные типы в зависимости от особенностей конструктивной схемы и назначения. Например, в конструкции могут присутствовать несколько водил эпициклов и солнечных шестерен вместо одиночных элементов в простой передаче. Также выделяют пространственные планетарные механизмы, у которых планетарные колеса вращаются в различных плоскостях и не являются параллельными друг другу.

Чтобы создать планетарный редуктор, может использоваться несколько типов зубчатых колес: они могут быть коническими, шевронными, косозубыми, прямозубыми. От выбранного типа шестерен будут зависеть итоговые характеристики редуктора. Например, использование шестерен косозубого типа позволяет снизить шум во время работы редуктора.

На характеристики редуктора также влияет количество сателлитов. Самый распространенный вариант – три сателлита и одна солнечная шестерня. Однако их количество может быть увеличен до 6: такой вариант применяется в редукторах, работающих под высокой нагрузкой. Сателлиты могут различаться по форме: например, для этой цели могут использоваться двухвенцовые шестерни или разрезные зубчатые колеса подпружиненного типа. Они используются для редукторов с уменьшенным люфтом.

В чем отличия редуктора такого типа от других разновидностей?

В отличие от других типов редукторов, планетарный редуктор обладает небольшим диаметром при способности передавать такой же крутящий момент. Однако он имеет большую осевую длину, чем у других типов.

Ее одним отличием является более широкий диапазон передаточных чисел: он может достигать нескольких тысяч. У других типов редукторов, например, волновых, диапазон не превышает 160 при стандартном исполнении.

Модели редукторов различаются по значению люфта: он может составлять несколько градусов при стандартном исполнении или быть сведенным к минимуму у специальных низколюфтовых вариантов конструкции. Это позволяет обеспечить более высокую точность работы, по сравнению с рядными редукторами, но при этом точность все равно будет ниже, чем у редукторов волнового типа.

Возможности использования

Планетарные редукторы приобрели популярность во многих отраслях машиностроения благодаря целому ряду конструктивных преимуществ. Особенно активно они используются в следующих отраслях:

• В машиностроении, в частности в производстве автомобилей и спецтехники;
• В станкостроении. Планетарные редукторы используются при сборке различных видов промышленного оборудования;
• В самолетостроении их используют при сборке различных конструктивных узлов летательных аппаратов;
• В промышленной робототехнике они нашли применение при сборке компактных и эффективных в эксплуатации механизмов.

Также планетарные редукторы активно используются при сборке различного технологического оборудования, в том числе медицинских приборов, различной электротехники. Удобная конструкция позволила использовать их для самого широкого спектра механизмов, они отличаются высокой надежностью и долго служат.