Как устроены планетарные редукторы

Общие сведения об устройстве, основных конструктивных элементов и принципе действия планетарных редукторов. Преимущества и недостатки механизма, допустимая область применения и рекомендации по выбору для механических приводов разного назначения.

Планетарный редуктор — механизм, позволяющий увеличить и уменьшить угловую скорость выходного вала с соответствующим изменением крутящего момента. В зависимости от схемы подключения может работать в режиме редуктора и мультипликатора без внесения изменений в конструкцию.

Основные конструктивные элементы планетарных редукторов

Основу любого редуктора этого класса обязательно составляет планетарная передача, отличающая двумя степенями свободы. Она представляет собой комплект зубчатых колес, которые находятся в состоянии взаимозацепления. К основным элементам планетарной передачи относят:

Солнечная шестерня — зубчатое колесо небольшого диаметра, ось которого совпадает с основной осью редуктора, зубья нарезаны по внешней части.
Эпицикл или коронная шестерня — наружное зубчатое колесо большого диаметра, отличается внутренней нарезкой зубьев. Размер ограничен только габаритами корпуса редуктора.
Водило — основной конструктивный элемент, за счет которого и реализована идея передачи вращательного движения с помощью планетарной системы. Представляет собой своеобразный рычажный механизм, выполненный в виде пространственной вилки. Основная ось вращения совпадает с осью самого редуктора. А на самой вилке размещены подвижные оси сателлитов, концентрически вращающиеся в плоскости расположения основных шестерней (коронной и солнечной).
Сателлиты — шестерни, установленные на подвижных осях, имеющие наружную нарезку зубьев. Находятся в постоянном зацепление с эпициклом и солнечной шестеренкой. В зависимости от типа механизма количество сателлитов может варьироваться от 2 до 6, но в большинстве устройств применяется только 3 подобные детали. При этом сами сателлиты могут иметь одно- или многовенцовую конструкцию.

Все рабочие элементы размещены в корпусе редуктора, заполненном смазочными материалами, позволяющими снизить величину сил трения при работе механизма.

Принцип работы и сфера применения

Для обеспечения работы редуктора одна из степеней свободы планетарного механизма должна быть исключена. С этой целью стопорят один из основных узлов механизма — солнечную шестерню, эпицикл или водило. Отметим, что крутящий момент может прилагаться и сниматься с любого из этих конструктивных устройств. Именно за счет изменения застопоренного элемента и подключения приводного двигателя и рабочего механизма к разным шестерням и обеспечивается выбор требуемого передаточного числа и редукционный или мультипликационный режим работы устройства.

На практике применяют следующие схемы подключения планетарного редуктора:

При застопоренном эпицикле крутящий момент подается на солнечную шестерню, а снимается с водила — обеспечивает максимальную редукцию.
Застопоренный эпицикл, ведущее водило и ведомая солнечная шестерня — работает в режиме мультипликатора.
Зафиксированная солнечная шестерня, крутящий момент подан на водило, а снимается с эпицикла — работает в режиме мультипликатора с увеличенным передаточным коэффициентом.
Застопоренная солнечная шестерня, ведущий эпицикл, ведомое водило — редукционный режим с уменьшенным передаточным числом.
При зафиксированном водиле нагрузка прилагается к солнечной шестерне, а снимается с эпицикла — работает в качестве редуктора с обратным направлением вращения эпицикла.
Застопоренное водило, крутящий момент приложен к эпициклу, а снимается с солнечной шестерни — мультипликатор с обратным направлением вращения солнечной шестерни.

Если застопорить два из основных конструктивных элементов, редуктор будет работать в режиме прямой передачи, при котором передаточное число равно единице. Отметим, что такой принцип работы характерен для дифференциальных редукторов, у которых нет жесткой фиксации какого-либо основного элемента. А в простейших модификациях одно из таких рабочих звеньев жестко зафиксировано изначально, поэтому они могут работать только в установленном режиме с определенным передаточным числом, зависящим от отношения количества зубьев на разных шестернях. Как и другие механические редукторы, планетарные установки одно или многоступенчатую структуру, что позволяет подобрать модификацию с различными передаточными числами.

Благодаря такой вариативности планетарные редукторы получили применение в приводах станочного оборудования, ведущих мостах и коробках передач транспортных средств, машиностроительном оборудовании. Кроме того, установки этого класса получили применение и в других механических приводах, для которых важна возможность изменения режимов работы.

Стоит отметить и тот факт, что существует несколько модификаций планетарных редукторов. Они могут быть — червячными, цилиндрическими, коническими, глобоидными или волновыми. Благодаря этому крутящий момент может передаваться не только на параллельные валы, но и на пересекающиеся или перекрещивающиеся. За счет этого сфера применения механизма существенно увеличена.

Преимущества и недостатки

Практика применения планетарных редукторов позволила четко определить основные преимущества механизма:

Благодаря реализованной кинетической схеме удалось уменьшить габаритные размеры и массу механизма, без ухудшения технических характеристик.
Возможность получить передаточный коэффициент до 1/600 при небольших размерах основных конструктивных элементов.
Высокий коэффициент полезного действия, значение которого может достигать 95%.
Плавность хода и небольшой уровень шума, создаваемого при работе.
Возможность применения в приводах с большим крутящим моментом.
Значительный рабочий ресурс и надежность.

В то же время планетарным редукторам свойственен и ряд недостатков:

Сложная конструкция, требующая высокой точности при производстве.
Более высокая стоимость по сравнению с другими редукторами.
Требуют качественного технического обслуживания.
Увеличенные силы трения, обусловленные возросшим количеством применяемых шестерен.

Но все эти минусы перекрываются возможностью выбирать требуемый режим работы устройства в зависимости от решаемых посредством механического привода задач.

На что обращать внимание при выборе

Выбирая планетарный редуктор, необходимо обращать внимание на следующие технические и эксплуатационные характеристики:

Взаимное расположение ведущих и ведомых валов или фланцев.
Габаритные размеры корпуса редуктора.
Допустимое передаточное число и величина крутящего момента, с которым механизм может работать.
Реализованный в конструкции тип передачи.
Допустимая температура окружающего воздуха, при которой возможна эксплуатация оборудования.

Только при оценке всех этих показателей вы сможете подобрать планетарный редуктор, способный работать в требуемых режимах с необходимой надежностью.