Планетарный редуктор

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Планета́рный реду́ктор, дифференциа́льный реду́ктор (от лат. differentia – разность, различие) — один из классов механических редукторов. Редуктор называется планетарным из-за планетарной передачи, находящейся в редукторе, передающей и преобразующей крутящий момент. Планетарный редуктор может быть с одной или более планетарными передачами.

Планетарная передача в действии. Водило остановлено.

Устройство и принцип действия планетарного редуктора[править | править вики-текст]

Устройство планетарного редуктора.
  • Солнечная шестерня — в центре редуктора.
  • Зубчатый венец (эпици́кл) — на периферии редуктора.
  • Сателли́ты — три малые шестерни между солнечной и коронной.
  • Води́ло — не показано (механически соединяет все сателлиты); сателлиты вращаются на осях водила .

В зависимости от кинематической схемы привода вращение может подводиться к любому элементу редуктора и сниматься с любого другого. При этом третий элемент должен быть заторможен. Меняя схему подвода и снятия крутящего момента в рамках одной планетарной передачи можно получать разные передаточные числа и направления вращения. Эта возможность используется в планетарных коробках передач.

Применение планетарных редукторов[править | править вики-текст]

Универсальные планетарные редукторы[править | править вики-текст]

Промышленность всего мира выпускает множество типовых серий планетарных редукторов и мотор-редукторов для использования в приводах различных общепромышленных механизмов, например отечественные 3МП[1]. В одном типоразмере обеспечиваются различные передаточные числа от единиц до десятков и сотен. Преимущества перед обычными цилиндрическими редукторами — компактность, перед червячными — большие долговечность и КПД, в зависимости от конкретных конструкций — простота изготовления, до определённых передаточных отношений — отсутствие самоторможения.

Планетарные редукторы в грузовых лебёдках[править | править вики-текст]

Использование планетарного редуктора в лебёдках имеет дополнительные преимущества: двигатель, компактный редуктор и барабан лежат на одной геометрической оси; можно встроить простой механизм размыкания для размотки троса на участке с небольшим моментом; хороший КПД, меньшие требования к смазке и прогнозируемое самоторможение в сравнении с червячными. Он широко применяется в навесных автомобильных электролебёдках, тельферах, небольших стационарных грузоподъёмных механизмах. В то же время другие типы редукторов имеют свои преимущества для лебёдок: для червячных это гарантированное самоторможение и малое число элементов; для цилиндрических — отсутствие массивного вращающегося водила, что упрощает изготовление механизмов очень большой мощности.

Планетарные редукторы в электроинструменте[править | править вики-текст]

Шуруповёрт в разобранном виде. Справа видны сателлиты и коронарная шестерня первой ступени редуктора.

Распространённый ручной электроинструмент с небольшой частотой вращения рабочего органа (шуруповёрты, гайковёрты, электроотвёртки) построен, как правило, с использованием многоступенчатого планетарного редуктора. Кроме компактности при большом передаваемом моменте, небольших требований к прочности и точности корпуса самого инструмента, такой редуктор позволяет легко ввести переключение передаточных чисел («скоростей») взаимной фиксацией элементов и ограничение момента на рабочем органе — фиксацией одной из коронных шестерен регулируемой трещёткой.

В высокоскоростном мощном инструменте (сетевые дрели, цепные пилы и т. п.) смазка осей сателлитов закладываемыми при сборке консистентными составами была бы затруднена; при этом корпус редуктора, подверженный большим динамическим нагрузкам, в них изначально делается более прочным. Поэтому вместо планетарных в них, как правило, используются обычные одно-двухступенчатые цилиндрические редукторы.

Планетарный редуктор в ведущих мостах и колёсах[править | править вики-текст]

Троллейбус, планетарный редуктор заднего ведущего моста.
Указано отверстие для заливки трансмиссионного масла (закрыто резьбовой пробкой).
Колёсный редуктор военного автомобиля МАЗ-7310. Водило с сателлитами сняты

В ведущих мостах грузовых автомобилей МАЗ, автобусов Ikarus, ЛиАЗ прошлых лет, троллейбусов ЗиУ-9, тракторов Т-150К, К-700, тяжёлых колёсных военных и землеройных машин применяются планетарные редукторы, передающие крутящий момент от полуоси к ступице колеса. Применение планетарного редуктора в бортовой передаче (разнесённая передача) позволяет уменьшить диаметр главной передачи и, следовательно, увеличить дорожный просвет, либо применить одноступенчатую главную передачу вместо двухступенчатой. Вместе с тем облегчаются полуоси и дифференциал, передающие меньший крутящий момент.

В то же время применение планетарных колёсных редукторов увеличивает неподрессоренные массы и разносит их от продольной оси автомобиля, вводит дополнительные детали, требующие высокой точности изготовления (минимум 8 «лишних» высоконагруженных шестерен в каждом мосте и их подшипники), добавляет точки обслуживания. В случае прямозубых редукторов (косозубая планетарная передача невозможна) значительно увеличивается шум движущегося автомобиля, усиливаемый резонансами упругого и сравнительно тонкого колёсного диска. Следствием всего этого является тенденция к отказу от такой конструкции на современных массовых машинах.

Благодаря удобству компоновки (осевая симметрия, разгрузка параллельно работающих шестерен, большое передаточное отношение, компактность) планетарные редукторы нашли применение в электрических и гидравлических мотор-колёсах транспортных машин и шасси специальной техники. Редуктор делает возможным сопряжение конструктивно оптимального встроенного двигателя с крупным медленно вращающимся колесом тихоходного агрегата. В мотор-колёсах карьерных самосвалов встречаются двухступенчатые редукторы.

Электровелосипед с передним мотор-колесом небольшой мощности.

С появлением сравнительно недорогих и массовых электровелосипедов требование удешевления конструкции мотор-колеса привело к использованию встроенного планетарного редуктора вместо установки магнитов ротора прямо на ступице. Такое решение увеличивает статическую тягу при меньшей массе колеса, но вызывает дополнительный шум и высокочастотные вибрации, передающиеся на раму. На текущий момент (2015 год) большинство велосипедных мотор-колёс до 500Вт — редукторные[2]. При большей мощности диаметр мотора в ступице и номинальный ток велики, как следствие — располагаемый момент и так достаточен для лёгкого аппарата. Кроме того, создание дешёвого редуктора на такую мощность уже становится проблематичным, а с ростом скорости мощного велосипеда (100 км/ч и выше[3]) вибрации от быстроходного электромотора большого диаметра могут превысить допустимые.

Планетарные редукторы в коробке передач[править | править вики-текст]

Автоматическая коробка передач в разрезе.

В автоматических коробках перемены передач крутящий момент передаётся от вала с солнечной шестернёй на вал связанный с водилом. Если коронная шестерня будет заторможена — тогда сателлиты будут обкатываться вокруг солнечной и коронной шестерён, приводя во вращение водило. Передаточное число редуктора будет равняться отношению числа зубьев на солнечной шестерне к числу зубьев на коронной. Если коронную шестерню отпустить (растормозить) — тогда крутящий момент будет передаваться напрямую, отношение 1:1. В современных конструкциях автоматических коробок перемены передач чаще всего встречается планетарный механизм Лапелетье (Lepelletier)[4].

Детали механической планетарной коробки передач Ford T.

Изредка встречаются и механические планетарные КПП, отличающиеся компактностью и безударностью включения, но при этом сложностью и дороговизной. Ранний вариант такого агрегата — коробка «Форда-Т». Позднее планетарные коробки применялись на танках, например, советском Т-64 60-х годов. Гораздо более широкое распространение планетарные переключатели передач получили на велосипедах. «Планетарные втулки» могут иметь до 14 скоростей (как правило — три), встроенный тормоз, при аккуратном использовании долговечны и надёжны, не требуют обслуживания, однако в целом дороже и тяжелее традиционных цепных переключателей.

«Редукторный стартёр» автомобильных двигателей[править | править вики-текст]

В получивших в последние годы[когда?] распространение «редукторных» стартёрах также используется планетарный редуктор. Двигатель такого стартёра работает с меньшими механическими нагрузками, имеет меньший вес, электрически более оптимален. В целом «редукторный» стартёр имеет лучший КПД и несколько меньше нагружает аккумулятор. В силу кратковременной работы редуктор может быть выполнен с бóльшими допусками и тем самым значительно удешевлён без ущерба надёжности, что важно для сравнительно недорогой запчасти. В то же время встречаются экземпляры с пластиковой коронной шестернёй, которая, хотя и наименее нагружена из всех, при некачественном исполнении резко снижает надёжность всего стартёра.[источник не указан 562 дня]

Шарикоподшипник[править | править вики-текст]

Шарикоподшипник, анимация.

Шарикоподшипник представляет пример планетарного редуктора, в котором водилом является сепаратор, функции солнечной шестерни выполняет внутреннее кольцо, функции коронной шестерни — наружное кольцо, а сателлиты — это шарики.

На приведённой анимации обратите внимание, что скорость вращения внутреннего кольца заметно больше, чем скорость вращения сепаратора с шариками. Если отпустить наружное кольцо — то скорости вращения сравняются (будет включена «прямая» передача). Если затормозить водило — то будет вращаться наружное кольцо.

С использованием обыкновенных шарикоподшипников могут быть сконструированы маломощные редукторы (для научных или измерительных приборов). Например, шарикоподшипниковые планетарные редукторы используются в конструкции верньера, применяемого для точной настройки радиостанции на нужную частоту приема/передачи.

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

Ссылки[править | править вики-текст]