Планетарные передачи.

Общие сведения. Планетарными называют передачи, имеющие зубчатые колеса с подвижными осями.

Наиболее распространенная простая однорядная планетарная передача(рис. 1) состоит из центрального колеса 1 с наружными зубьями, неподвижного центрального колеса 3 с внутренними зубьями, сателлитов 2 – колес с наружными зубьями, зацепляющихся одновременно с 1 и 3 колесами (здесь число сателлитов с=3), и водила Н, на котором закреплены оси сателлитов. Водило соединено с тихоходным валом. В планетарной передаче одно колесо остановлено (соединено с корпусом).

При неподвижном колесе 3 вращение колеса 1 вызывает вращение сателлита 2 относительно собственной оси, а обкатывание сателлита 2 по колесу 3 перемещает его ось вращает водило Н. Сателлит таким образом совершает вращение относительно водила и вместе с водилом вокруг центральной оси, т.е. совершает движение, подобное движению планет. Поэтому передачи называют планетарными.

При неподвижном колесе 3 движение передают чаще всего от колеса 1 к водилу Н, возможно передавать движение от водила Н к колесу 1.

В планетарных передачах применяют не только цилиндрические , но и конические колеса с прямым или косым зубом. Если в планетарной передаче сделать подвижными все звенья, т. е. оба колеса и водило, то такую передачу называют дифференциальной. С помощью дифференциального механизма можно суммировать движение двух звеньев на одном или раскладывать движение одного звена на два других. Например, в дифференциале заднего моста автомобиля движение от водила Н передают одновременно колесам 1 и 3, что позволяет при повороте одному колесу вращаться быстрее другого.

Достоинства планетарной передачи: широкие кинематические возможности планетарной передачи позволяют использовать передачу как редуктор с постоянным передаточным отношением, как коробку скоростей, передаточное отношение в которой изменяют путем поочередного торможения различных звеньев; как дифференциальный механизм; передача компактна и имеет малую массу. Переход от простых передач к планетарным позволяет во многих случаях снизить массу в 2-4 раза и более, т. к. мощность передается по нескольким потокам, число которых равно числу сателлитов. При этом нагрузка на зубья в каждом зацеплении уменьшается в несколько раз. Планетарный принцип позволяет получать большие передаточные отношения без применения многоступенчатых передач. На опоры действует малая нагрузка, т. к. при симметричном расположении сателлитов силы в передаче взаимно уравновешиваются. Это снижает потери и упрощает конструкцию опор (кроме опор сателлитов).

Недостатки планетарной передачи: повышенная точность изготовления, большое число подшипников качения, наличие долбяка для нарезания колес с внутренними зубьями (долбяк меняет параметры при переточках).

Применение: транспортное машиностроение, станкостроение, приборостроение

При исследовании кинематики планетарных передач широко используют метод остановки водила – метод Виллиса. Всей планетарной передаче мысленно сообщается вращение с частотой вращения водила, но в обратном направлении. При этом водило как бы затормаживается, а все другие звенья освобождаются. Частоты вращения зубчатых колес обращенного механизма равны разности прежних частот вращения и частоты вращения водила. В планетарных передачах существенное значение имеет знак передаточного отношения.

Расчет на прочность выполняют для каждого зацепления.

Формула для расчета на изгиб: σ _F =Y _F F_t K _F / (b_w m) < [ σ _F ].

Наиболее распространенные схемы передач обладают или высоким КПД, или большими передаточными отношениями в одной передаче.

Передаточное отношение обозначают буквой с индексами например u^b_ah.Нижние индексы – направление предачи движения, верхний – звено, обычно неподвижное, относительно которого рассматривается движение.

Для определения передаточного отношения рассмотрим дифференциальный механизм, у которого основные звенья имеют положительные угловые скорости ω_a, ω_b, ω_h .Сообщим мысленно механизму скорость –ω_h. Тогда звенья будут иметь скорости ω_a-ω_h, ω_b-ω_h, ω_h-ω_h=0. Водило неподвижно. Такой механизм называют обращенным. Для него передаточное отношение запишется по формуле Виллиса

u^h_ab=(ω_a-ω_b)/(ω_b-ω_h)=(n_a-n_b)/(n_b-n_h)

Волновые зубчатые передачи.

Общие сведения. Волновая передача – это механизм, в котором движение между звеньями передается перемещением волны деформации гибкого звена. Волновая зубчатая передача (ВЗП) включает z₁ – гибкое колесо с внешними зубьями, выполненное в виде тонкостенного цилиндра, соединенного с тихоходным валом; z₂ – жесткое колесо с внутренними зубьями, соединенное с корпусом; h – генератор волн, состоящий из гибкого подшипника, напрессованного на овальный кулачок, или из двух больших роликов (дисков), расположенных на эксцентриковом валу

Наружный диаметр недеформированного гибкого колеса меньше внутреннего диаметра жесткого колеса.

В конструкциях гибкое колесо выполняют в виде гибкого цилиндра. В передаче по первому варианту с ведомым валом соединено жесткое колесо, по второму варианту – гибкое колесо. В первом варианте левый недеформированный конец гибкого цилиндра присоединен к корпусу. С правого конца в цилиндр вставлен генератор, который представлен водилом с двумя роликами. Наружный размер по роликам больше внутреннего диаметра цилиндра, поэтому с правого конца цилиндр деформирован. Генератор устроен мак, чтобы деформированное гибкое колесо прижималось к жесткому колесу с силой, достаточной для передачи нагрузки силами трения.

Вращение генератора вызывает вращение жесткого или гибкого колес.

Размер деформирования равен радиальному перемещению точки гибкого колеса по большой оси генератора; большая и малая оси генератора – большая и малая оси формы деформирования гибкого колеса в торцевом сечении.

Передаточное отношение находят, используя метод Виллиса.

В простой передаче передаточное отношение равно отношению радиусов, а в волновой – отношению радиуса ведомого колеса к разности радиусов или к размеру деформирования.

Разность радиусов можно выполнить малой, а передаточное отношение – большим. Большое передаточное отношение – одно из положительных качеств волновой передачи. Значение максимального передаточного отношения для фрикционных передач ограничивается точностью изготовления или допускаемыми отклонениями размеров диаметров. Значение минимального передаточного отношения ограничивает прочность гибких колес, т.к. значение напряжения пропорционально размеру деформирования. Ограничение минимального передаточного отношения – один из недостатков волновых передач.

По структуре волновая передача, так же как и планетарная, является трехзвенным механизмом. Она может работать не только в режиме редуктора или мультипликатора, но и в режиме дифференциала.

Метод Виллиса позволяет просто получить формулы для передаточных отношений, но не вскрывает принципа преобразования параметров движения путем деформирования гибкого звена механизма.

Разработано большое число разновидностей волновых передач: с коротким гибким колесом, герметичные, винтовые, с электромагнитным генератором и др.

В передачах с коротким гибким колесом первая ступень работает так же, как в основном типе волновой передачи, а вторая ступень может увеличивать передаточное отношение или выполнять роль зубчатого волнового соединения гибкого колеса с выходным валом.

Можно отметить следующие принципиальные отличия: все ранее известные механические передачи являются механизмами с жесткими звеньями, преобразования движения осуществляются или по принципу рычага, или по принципу наклонной плоскости. Принцип рычага используют в известных зубчатых, фрикционных, ременных и цепных передачах, где отношение радиусов колес функционально подобно отношению плеч рычага. По принципу наклонной плоскости работают червячные и винтовые передачи.

В волновой передаче преобразование движения осуществляется путем деформирования гибкого звена. Этот новый принцип называется принципом деформирования. Сущность этого принципа в том, что при волновом деформировании гибкого колеса всем его точкам сообщаются окружные скорости. При контакте гибкого колеса с жестким по гребням волн окружные скорости волновых перемещений сообщаются жесткому колесу (или гибкому), как ведомому звену передаточного механизма.

Первый вариант позволяет получить очень большие передаточные отношения, но имеет низкий КПД и не получил распространения.

Второй вариант получает все большее распространение наряду с основным типом передачи.

Герметичная передача передает движение через герметичную стенку, разделяющую пространства. Глухой гибкий стакан с гибким фланцем герметично закрепляют к стенке. Зубчатый венец располагают в средней части стакана. Ни одна другая передача не может так просто решать эту задачу. Такая передача находит применение в химической, атомной, космической и других областях техники.

Винтовая передача преобразует вращательное движение в поступательное. Ее применяют преимущественно в герметичном исполнении.

Передача с электромагнитным генератором сочетает функции двигателя и передачи. Здесь волновое деформирование гибкого колеса осуществляют вращающимся электромагнитным полем. Неподвижный генератор имеет ряд электромагнитов (полюсов). С помощью специального устройства электромагниты включают поочередно. Магнитный поток замыкается через гибкое колесо и деформирует его в соответствующих местах. Основное достоинство передачи – весьма малая инерционность. Здесь вращается только гибкое колесо, вращение медленное, а масса небольшая. Малая инерционность существенна для следящих и других подобных систем. Отрицательное свойство передачи – низкий КПД.

Достоинства:

Большое передаточное отношение. В одной ступени можно получить - до 300, а в специальных передачах – до нескольких десятков тысяч. Большое число зубьев в одновременном зацеплении. Уменьшение кинематической погрешности вследствие двухзонности и многопарности зацепления. Известны передачи с кинематической погрешностью, не превышающей 0.5-1.0 мин. При одинаковых передаточных отношениях КПД волновых передач близок к КПД планетарных и многоступенчатых простых передач. Малые нагрузки на валы и опоры вследствие симметричности конструкции. Возможность передачи движения в герметизированное пространство (через герметичную стенку). Малая инерционность при специальном исполнении. Подобно планетарной передаче она может быть использована не только как редуктор или мультипликатор, но и как дифференциальный механизм. Конструкции волновых передач не вызывают особых технологических трудностей при их изготовлении. Число деталей меньше в несколько раз, а стоимость – примерно в 2 раза. Срок службы стандартных передач общего назначения 10000 ч.

Недостатки:сравнительно высокое значение нижнего предела передаточного отношения; сравнительную сложность изготовления гибкого колеса и генератор волн (требуется специальная оснастка). Это затрудняет индивидуальное производство и ремонтные работы.

Применение: в механизмах с большим передаточным отношением, а также в устройствах со специальными требованиями к герметичности, кинематической точности, инерционности и пр.

Литература.

1.Детали машин. под ред. Ряховского изд.: МГТУ им.Н. Э. Баумана, 2002г.

2.Детали машин. Иванов М. Н. Изд.: Высшая школа, 1991г.

3. Детали машин. Н.Г.Куклин, Г.С.Куклина, В.К.Житков Изд.: Илекса, 1999г_.

МГТУ им. Н. Э. Баумана

Реферат на тему:

«Планетарные и волновые зубчатые передачи».

Выполнила студентка

Группы Э7 – 52:

Маркина Т.А.

Проверил: Фомин М.В.

Москва

2006г._h