Планетарные механизмы.

Лекция №12.

Планетарные зубчатые механизмы отличаются от других зубчатых механизмов тем, что имеют зубчатые колёса с подвижными осями вращения. Планетарный механизм с одной степенью свободы называются планетарной передачей. Планетарный механизм с двумя степенями свободы называется дифференциальным механизмом.

При кинематическом расчёте планетарных механизмов применяется уравнение связи угловых скоростей (формула Виллиса), составленное для механизмов с двумя степенями свободы, частными случаями которых являются механизмы с одной степенью свободы (планетарные передачи). Вследствие этого кинематические схемы тех и других планетарных механизмов требуется рассматривать параллельно.

На рис. 12.1 и 12.2 представлены кинематические схемы двух планетарных механизмов, различающихся числом степеней свободы.

Зубчатые колёса а и в, имеющие общую неподвижную ось вращения, называются центральными зубчатыми колёсами, а зубчатое колесо S с подвижной осью вращения – сателлитом. Звено h, на котором размещены подшипники сателлита, именуется водилом. Ось вращения водила совпадает с общей осью центральных зубчатых колёс. Водило и центральные зубчатые колёса являются основными звеньями планетарного механизма.

Механизм, кинематическая схема которого представлена на рис.12.1, имеет две степени свободы. Два любых центральных звена этого механизма можно рассматривать как ведущие звенья. Например, ведущими звеньями могут быть колесо а и водило h, при этом колесо в становится ведомым звеном.

Рис.12.1 Рис.12.2

На рис.12.2 приведена кинематическая схема планетарной передачи. Она отличается от предыдущей схемы тем, что одно из центральных зубчатых колёс (колесо в) остановлено и закреплено на стойке, вследствие чего степеней свободы механизма уменьшилось на единицу. Этот механизм можно применять в качестве понижающей передачи (если передавать движение от колеса а к водилу h) или в качестве повышающей передачи (при передачи движения от водила на колесо а).

Из механизма с двумя степенями свободы можно получить вторую планетарную передачу, если остановить и закрепить на стойке зубчатое колесо а. При этом подвижными звеньями останутся колёсо в и водило h, каждое из которых можно рассматривать как ведущее звено.

Из любого пятизвенного планетарного механизма с двумя степенями свободы образуется две планетарные передачи путём поочередной остановки одного из центральных зубчатых колёс.

На рис. 12.3 представлены кинематические схемы пятизвенных планетарных механизмов с двумя степенями свободы, сателлиты которых имеют два зубчатых венца. Они отличаются друг от друга различными комбинациями способов зацепления центральных зубчатых колёс и зубчатых колёс сателлита (внешнее зацепление, внутреннее зацепление).

a – с двумя внешними зацеплениями;

б – с одним внешним и одним внутренним зацеплением;

в – с двумя внутренними зацеплениями.

Рис.12.3

На рис. 12.4 изображены кинематические схемы четырёхзвенных планетарных передач, полученных посредством остановки и закрепления центрального колеса в. Путём закрепления колеса а также можно образовать три планетарных передачи.

Рис. 12.4

На практике часто применяют планетарные механизмы, в которых зубчатые венцы S и t совмещены. В этом случае упрощается изготовление и сборка механизма. При совмещении зубчатых венцов сателлитов в планетарной передаче с одним внешним и одним внутренним зацеплением (рис. 12.4, б) получаем планетарную передачу, схему которой представлена на рис. 12.2.

В связи с выбором ведущего звена в планетарной передачи необходимо коснуться вопроса о потерях на трение в планетарных механизмах, которых выходит за рамки структурного и кинематического анализа, но имеет важное практическое значение.

При назначении ведущего звена для планетарной передачи с двумя внешними или двумя внутренними зацеплениями (рис.12.4, а, в) необходимо учитывать, что здесь в случае передачи движения от центрального колеса к водилу возможно резкое падение коэффициента полезного действие. При малой разности чисел зубьев зубчатых колёс S и t сателлита и в случае их совмещения происходит самоторможение, механизм не проворачивается. Ввиду этого ведущим звеном в упомянутых передачах служит, как правило, водило.