Ci sono tutti i tipi di dispositivi meccanici. Alcuni di loro ci sono familiari fin dall'infanzia. Questi sono, ad esempio, orologi, biciclette, trottole. Impariamo gli altri quando invecchiamo. Questi sono motori di automobili, argani di gru e altri. Ogni meccanismo in movimento utilizza una sorta di sistema per far girare le ruote e far funzionare la macchina. Uno dei più interessanti e popolari è il meccanismo planetario. La sua essenza sta nel fatto che la macchina è azionata da ruote o ingranaggi che interagiscono tra loro in modo speciale. Diamo un'occhiata più da vicino.
Informazioni generali
L'ingranaggio planetario e il meccanismo planetario sono così chiamati per analogia con il nostro sistema solare, che può essere rappresentato condizionatamente come segue: al centro c'è un "sole" (la ruota centrale nel meccanismo). I "pianeti" (piccole ruote o satelliti) si muovono attorno ad esso. Tutte queste parti nell'ingranaggio planetario hanno denti esterni. Il sistema solare condizionale ha un confine nel suo diametro. Ruoloviene eseguito nel meccanismo planetario da una grande ruota o epiciclo. Ha anche i denti, solo quelli interni. La maggior parte del lavoro in questo progetto viene eseguita dal supporto, che è un meccanismo a leva. Il movimento può essere effettuato in diversi modi: o ruota il sole, oppure l'epiciclo, ma sempre insieme ai satelliti.
Durante il funzionamento del meccanismo planetario, è possibile utilizzare un altro design, ad esempio due soli, satelliti e una portante, ma senza epiciclo. Un' altra opzione sono due epicicli, ma senza il sole. Portante e satelliti devono essere sempre presenti. A seconda del numero di ruote e della posizione dei loro assi di rotazione nello spazio, il design può essere semplice o complesso, piatto o spaziale.
Per comprendere appieno come funziona un tale sistema, è necessario comprenderne i dettagli.
Posizione degli elementi
La forma più semplice di ingranaggio planetario include tre serie di ingranaggi con vari gradi di libertà. I suddetti satelliti ruotano attorno ai loro assi e allo stesso tempo attorno al sole, che rimane al suo posto. L'epiciclo collega dall'esterno il meccanismo planetario e ruota anche per mezzo di un impegno alterno dei denti (esso ei satelliti). Questo design è in grado di modificare la coppia (velocità angolari) su un piano.
In un semplice meccanismo planetario, il sole ei satelliti possono ruotare, mentre l'epicentro rimane fisso. In ogni caso, le velocità angolari di tutte le componenti non sono caotiche, ma hanno una dipendenza lineare l'una dall' altra. Quando il supporto ruota, fornisceuscita coppia alta velocità bassa.
Cioè, l'essenza dell'ingranaggio planetario è che un tale progetto è in grado di cambiare, espandere e aggiungere coppia e velocità angolare. I movimenti di rotazione in questo caso si verificano su un asse geometrico. Viene installato l'elemento di trasmissione necessario di vari veicoli e meccanismi.
Caratteristiche dei materiali strutturali e degli schemi
Tuttavia, una componente fissa non è sempre necessaria. Nei sistemi differenziali, ogni elemento ruota. Gli ingranaggi planetari come questo hanno un'uscita azionata (che controlla) due ingressi. Ad esempio, un differenziale che controlla un asse in un'auto è una marcia simile.
Tali sistemi funzionano secondo lo stesso principio delle strutture ad albero parallelo. Anche un semplice ingranaggio planetario ha due ingressi, la corona dentata fissa è un ingresso costante di velocità angolare zero.
Descrizione dettagliata dei dispositivi
Le strutture planetarie miste possono avere un diverso numero di ruote, nonché diversi ingranaggi attraverso cui sono collegate. La presenza di tali dettagli amplia notevolmente le possibilità del meccanismo. Le strutture planetarie composite possono essere assemblate in modo che l'albero della piattaforma portante si muova ad alta velocità. Di conseguenza, alcuni problemi con il riduttore, l'ingranaggio solare e altri possono essere eliminati nel processo di miglioramento del dispositivo.
Così, come si vede dadate le informazioni, il meccanismo planetario funziona secondo il principio del trasferimento della rotazione tra collegamenti centrali e mobili. Allo stesso tempo, i sistemi complessi sono più richiesti di quelli semplici.
Opzioni di configurazione
È possibile utilizzare ruote (ingranaggi) di varie configurazioni nel meccanismo planetario. Standard adatto con denti dritti, elicoidali, verme, chevron. Il tipo di innesto non influirà sul principio generale di funzionamento del meccanismo planetario. La cosa principale è che gli assi di rotazione del vettore e le ruote centrali coincidono. Ma gli assi dei satelliti possono trovarsi su altri piani (incrocianti, paralleli, intersecanti). Un esempio di incrociato è un differenziale interwheel, in cui gli ingranaggi sono conici. Un esempio di croce è un differenziale autobloccante con ingranaggio a vite senza fine (Torsen).
Dispositivi semplici e complessi
Come notato sopra, lo schema del meccanismo planetario include sempre un supporto e due ruote centrali. Ci può essere un numero qualsiasi di satelliti. Questo è il cosiddetto dispositivo semplice o elementare. In tali meccanismi, i design possono essere i seguenti: "SVS", "SVE", "EVE", dove:
- S è il sole.
- B - vettore.
- E è l'epicentro.
Ciascun gruppo di ruote + satelliti è chiamato gruppo di ingranaggi planetari. In questo caso, tutte le ruote devono ruotare sullo stesso piano. I meccanismi semplici sono a fila singola e doppia. Sono usati raramente in vari dispositivi e macchine tecniche. Un esempiopuò fungere da meccanismo di bicicletta planetaria. Secondo questo principio, funziona la manica, grazie alla quale viene eseguito il movimento. Il suo design è stato creato secondo lo schema "SVE". Satelliti in non 4 pezzi. In questo caso, il sole è rigidamente fissato all'asse della ruota posteriore e l'epicentro è mobile. È costretto a ruotare da un ciclista che preme i pedali. In questo caso, la velocità di trasmissione, e quindi la velocità di rotazione, potrebbe variare.
Più spesso puoi trovare meccanismi planetari a ingranaggi complessi. I loro schemi possono essere molto diversi, il che dipende da ciò a cui è destinato questo o quel design. Di norma, i meccanismi complessi sono costituiti da diversi meccanismi semplici, creati secondo la regola generale per un ingranaggio planetario. Tali sistemi complessi sono a due, tre o quattro file. Teoricamente è possibile creare strutture con un numero elevato di righe, ma in pratica ciò non avviene.
Dispositivi planari e spaziali
Alcune persone pensano che un semplice ingranaggio planetario debba essere piatto. Questo è vero solo in parte. I dispositivi complessi possono anche essere piatti. Ciò significa che gli ingranaggi planetari, indipendentemente dal numero di essi utilizzati nel dispositivo, si trovano su uno o su piani paralleli. I meccanismi spaziali hanno ingranaggi planetari su due o più piani. In questo caso, le ruote stesse possono essere più piccole rispetto alla prima forma di realizzazione. Si noti che il meccanismo planetario piatto è lo stesso di quello spaziale. La differenza è solo nell'area occupata dal dispositivo, ovvero nella compattezza.
Gradi di libertà
Questo è il nome della collezionecoordinate di rotazione, che consentono di determinare la posizione del sistema nello spazio in un determinato momento. In effetti, ogni meccanismo planetario ha almeno due gradi di libertà. Cioè, le velocità angolari di rotazione di qualsiasi collegamento in tali dispositivi non sono correlate linearmente, come in altri ingranaggi. Ciò consente di ottenere velocità angolari in uscita che non sono le stesse di quelle in ingresso. Ciò può essere spiegato dal fatto che nella connessione differenziale nel meccanismo planetario ci sono tre elementi in ogni riga e il resto sarà collegato ad esso linearmente, attraverso un qualsiasi elemento della riga. In teoria, è possibile creare sistemi planetari con tre o più gradi di libertà. Ma in pratica non sono utilizzabili.
Rapporto di trasmissione planetaria
Questa è la caratteristica più importante del movimento rotatorio. Consente di determinare quante volte il momento della forza sull'albero condotto è aumentato rispetto al momento dell'albero motore. È possibile determinare il rapporto di trasmissione utilizzando le formule:
i=d2/d1=Z2/Z1=M2/M1=W1/W2=n1/n2, dove:
- 1 - collegamento principale.
- 2 - collegamento slave.
- d1, d2 - diametri della prima e della seconda maglia.
- Z1, Z2 - numero di denti.
- M1, M2 sono coppie.
- W1 W2 - velocità angolari.
- n1 n2 - velocità.
Quindi, quando il rapporto di trasmissione è maggiore di uno sull'albero condotto, il momento della forza aumenta e la frequenza e la velocità angolare diminuiscono. Questo dovrebbe essere sempre preso in considerazione quando si crea un design, perchéil rapporto di trasmissione nei meccanismi epicicloidali dipende da quanti denti hanno le ruote e da quale elemento della fila è quello principale.
Ambito di applicazione
Nel mondo di oggi ci sono molte macchine diverse. Molti di loro funzionano con l'aiuto di ingranaggi planetari.
Sono utilizzati nei differenziali delle automobili, nei riduttori epicicloidali, negli schemi cinematici di macchine utensili complesse, nei cambi dei motori pneumatici degli aerei, nelle biciclette, nelle mietitrebbie e trattori, nei carri armati e in altre attrezzature militari. Secondo i principi dell'ingranaggio planetario, molti riduttori funzionano negli azionamenti dei generatori elettrici. Considera un altro sistema simile.
Ingranaggio epicicloidale
Questo design è utilizzato in alcuni trattori, veicoli cingolati e carri armati. Un semplice diagramma del dispositivo è mostrato nella figura seguente.
Il principio di funzionamento del meccanismo di rotazione del planetario è il seguente: il supporto (posizione 1) è collegato al tamburo del freno (2) e la ruota motrice situata nel cingolo. L'epiciclo (6) è collegato all'albero di trasmissione (posizione 5). Il sole (8) è collegato al disco della frizione (3) e al tamburo del freno di rotazione (4). Quando la frizione di bloccaggio è innestata e i freni a nastro sono disinseriti, i satelliti non ruoteranno. Diventeranno come leve, poiché sono collegate al sole (8) e all'epiciclo (6) per mezzo di denti. Pertanto, costringono loro e il vettore a ruotare contemporaneamente attorno a un asse comune. In questo caso, la velocità angolare è la stessa.
Quando si disinnesta la frizione di bloccaggio e si applica il frenola rotazione del sole comincerà a cessare e i satelliti inizieranno a muoversi attorno ai loro assi. Pertanto, creano un momento sul supporto e ruotano la ruota motrice del bruco.
Indossare
In termini di durata e smorzamento, nei sistemi epicicloidali lineari, la distribuzione del carico è evidente tra i componenti principali.
La fatica termica e ciclica può aumentare in essi a causa della distribuzione limitata del carico e del fatto che gli ingranaggi epicicloidali possono ruotare abbastanza rapidamente sui propri assi. Inoltre, a velocità e rapporti di trasmissione elevati dell'ingranaggio planetario, le forze centrifughe possono aumentare notevolmente la quantità di movimento. Va inoltre notato che al diminuire della precisione della produzione e all'aumento del numero di satelliti, aumenta la tendenza allo squilibrio.
Questi dispositivi e i relativi sistemi possono anche essere soggetti ad usura. Alcuni progetti saranno sensibili anche a piccoli squilibri e potrebbero richiedere componenti di assemblaggio di qualità e costosi. La posizione esatta dei perni planetari attorno all'asse dell'ingranaggio solare può essere una chiave.
Altre disposizioni planetarie che aiutano a bilanciare i carichi includono l'uso di sottogruppi galleggianti o supporti "morbidi" per mantenere il sole o l'epicentro in movimento il più a lungo possibile.
Fondamenti di sintesi di dispositivi planetari
Questa conoscenza è necessaria durante la progettazione e la creazione di componenti di macchine. Il concetto di "sintesi dei meccanismi planetari" consiste nel calcolare il numero di dentinel sole, epicentro e satelliti. In questo caso, devono essere soddisfatte alcune condizioni:
- Il rapporto di trasmissione deve essere uguale al valore impostato.
- L'innesto dei denti dell'ingranaggio deve essere corretto.
- È necessario garantire l'allineamento dell'albero di entrata e di quello di uscita.
- Vicinanza richiesta (i satelliti non devono interferire tra loro).
Inoltre, durante la progettazione, è necessario tenere conto delle dimensioni della struttura futura, del suo peso e dell'efficienza.
Se è dato il rapporto di trasmissione (n), allora il numero di denti sul sole (S) e sugli ingranaggi planetari (P) deve soddisfare l'equazione:
n=S/P
Se assumiamo che il numero di denti all'epicentro sia precoce (A), con il vettore bloccato, si dovrebbe osservare l'uguaglianza:
n=-S/A
Se l'epicentro è fisso, sarà vera la seguente uguaglianza:
n=1+ LA/S
Così viene calcolato il meccanismo planetario.
Vantaggi e svantaggi
Ci sono diversi tipi di trasmissione che vengono utilizzati con successo in vari dispositivi. Planetary tra questi si distingue per i seguenti vantaggi:
- Fornisce meno carico su ciascun dente delle ruote (sia il sole che l'epicentro e i satelliti) grazie al fatto che il carico su di esse è distribuito in modo più uniforme. Ciò ha un effetto positivo sulla durata della struttura.
- A parità di potenza, l'ingranaggio planetario ha dimensioni e peso inferiori rispetto ad altri tipi di trasmissione.
- Capacità di ottenere rapporti di trasmissione più elevati conmeno ruote.
- Assicurati meno rumore.
Svantaggi degli ingranaggi planetari:
- Necessita di maggiore precisione nella loro fabbricazione.
- Bassa efficienza con un rapporto di trasmissione relativamente grande.
